一种用于磁共振波谱仪的主动匀场电源设计

高均匀度磁场是磁共振波谱仪获得高质量谱图以进行化学结构解析和动力学信息获取的重要保证,需要利用高性能匀场电源驱动匀场线圈产生补偿电磁场保证磁场均匀度.高精度、高稳定性匀场电源是提升磁共振波谱仪主动匀场性能、保持匀场效果的关键部件.本文针对磁共振波谱仪多通道主动匀场需求,开发设计了一款高精度、高稳定、多通道主动匀场电源系统.基于负反馈控制,设计带有输出状态监控的匀场电流驱动器(恒流源),搭配MCU控制平台和上位机软件完成软硬件之间控制指令和数据的闭环传输设计,实现数字化恒流输出控制.在R=2.84Ω,L=25.5µH匀场线圈负载下,满量程输出响应时间小于18.9µs,输出纹波峰峰值控制在30 mV,正负电流输出对称性良好,长时间工作最大输出偏差是4.8‰.该电源在采用0.5 T-Halbach构型磁体的磁共振波谱系统中完成匀场实验,驱动一阶匀场线圈完成24.48 ppm(10^(-6))到2.72 ppm的磁场均匀度优化.此工作有助于紧凑型磁共振波谱仪系统集成及主动匀场技术相关应用的开展.

基于FPGA的NMR谱仪室温匀场电源核心控制系统的设计

论述了基于FPGA的室温匀场电源控制系统.该系统从6个子模块描述系统的构成,采用SPI的通讯方式,由FPGA控制译码横向与径向的D/A通道,从而间接控制匀场恒流源的电流输出.该设计采用VHDL设计语言,硬件采用Altera Cyclone Ⅱ FPGA芯片,相比于现有控制系统,本设计大大提高了每组（14~40路）匀场电流数据传输与控制速度,同时降低了电路的复杂程度,并且具有功能可扩展性.最后给出了相应的测试过程以及测试数据验证本设计的可行性以及稳定性.

NMR谱仪匀场电源初始参数的设置和控制

为了实现匀场电源初始参数的设置和控制,采用STC89C58单片机作为控制器.M95040电可擦除只读存储器用于存储匀场电源初始参数.通过PC机与单片机之间的串口通信以及单片机与电可擦除只读存储器之间的SPI接口通信实现匀场电源初始参数的写入与读取.调试取得了预期的结果.

磁共振成像系统中匀场电源参数优化设计

在匀场电源中,存在LC输出滤波器与负载电感谐振造成系统不稳定和阻尼电阻带来阻尼损耗大的问题。通过建立系统的数学模型推导了控制信号到输出电流的传递函数,由传递函数得到谐振频率和阻尼系数的表达式。在此基础上,提出了一种根据谐振频率和阻尼系数的约束范围来对滤波器和控制环路参数进行优化设计的方案。该方案降低了阻尼损耗,同时具有良好的动态性能和稳态性能。最后,搭建了一台48 V/5 A的实验样机。实验结果表明,系统在跟踪频率为100 Hz、幅值为5 A的梯形参考电流下,延时时间仅为60μs,阻尼损耗仅为4.4 W,验证了理论分析的正确性。