低场核磁共振系统的脉冲功率激励源.pdfVIP

维普资讯 第 23卷 第 2期 电 工 电 能 新 技 术 Vo1．23．No．2 2004年 4月 AdvancedTechnologyofElectricalEngineefingandEnergy Apr．2004 低场核磁共振系统的脉冲功率激励源 周 莹，张一鸣，唐晓泉，荆伯 弘 (中国科学院电工研究所，北京 100080) 摘要：本文提 出了一种实用可靠、经济简单的低场核磁共振系统的脉冲功率激励源设计方案。通 过理论和实验结果验证 了开关功率放 大的互补输 出电路可 以满足低场核磁共振 系统 中功率激励 源的特殊要求。给出了功率MOSFET在开关频率2MHz以下的驱动 电路设计 。该方案 已应用在低 场核磁共振 系统中的脉冲激励源上，具有输 出效率高、频率范围宽、调谐方便 ，有利于核磁共振 实 验时谐振点搜寻等优点。 关键词 ：低场核磁共振 ；脉冲功率激励源 ；高速功率MOSFET驱动 中图分类号 ：TN386 文献标识码 ：A 文章编号 ：1003—3076(2004)02—0056—04 小型化、标准化创造了条件 。 1 引言 核磁共振技术 由于具有无侵入、无破坏和测量 信息丰富等优点，近年来 已成为应用广泛的一种分 析测量工具…。特别是随着 电力电子技术 、控制技 术、磁场技术以及数字信号处理等技术的发展，为核 磁共振系统的研制提供了深入发展的空间。为使核 图 1 单线圈低场核磁共振系统原理图 磁共振技术更有利于推广 ，在构建核磁共振系统的 Fig．1 Diagram ofprinciple in single—coil 平台时力求调试简便 ，经济易行 。单线圈低场核磁 lowfieldNMR system 共振系统的原理图如图1所示。作为低场核磁共振 2 开关功率放大电路的特性 系统的重要部分之一——脉冲功率激励源 ，在核磁 共振实验技术中起着关键作用 ，它的发射功率、波形 A类或 AB类线性功率放大电路 由于静态 电流 质量 、发射效率及发射间歇电路噪声等指标都直接 的存在，系统工作效率低 ，需要大型散热片将功耗所 影响核磁共振回波信号的质量，在设计时要认真考 产生的高热驱散 ，系统体积大，一般不适于大功率输 虑 。 出的场合。开关功率放大电路却完全不同。特别是 发射 电路和接收电路共用同一线圈的单线圈设 采用互补输出的推挽功率放大电路方式 ，电路输出 计 ，要求功率激励源的电路部分尽量简单化 ，它带来 级双 电源供 电，输出电压正、负向动态范围相等 ，结 的直接好处是：(1)为系统微弱信号的接收减少了噪 构简单。同时中点静态 电位为0，可以使发射．接收 声源 ；(2)可以缩短系统延时，为样品的精确测量提 线圈的一端可靠接地，降低系统噪声。由于没有静 供时间保证。本设计 以装置简易化为 目的，在原有 态功耗 ，功率激励源具有体积小，效率高，成本低等 实验室装置的基础上利用开关功率放大电路的推挽 特点。同时它的开关工作方式极易满足低场核磁共 工作原理，针对高速功率 MOSFET器件在频率较高 振系统对脉冲功率激励源的特殊要求 ：(1)功率激励 时的驱动特点，设计了一种互补输 出的脉冲功率激 源是间歇工作的，所以理想的脉冲包络形状是矩形； 励源。在实验室条件下更便于调谐和控制，为系统 (2)在功率源停止发射间隙，接收模块接收核磁共振 收稿 日期