一種用于核磁共振波譜儀或成像儀的前置放大系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于核磁共振儀器領域，更具體地，涉及一種用于核磁共振波譜儀或成像儀的前置放大系統。
【背景技術】
[0002]核磁共振儀器是應用核磁共振原理研制生產的，它通過向被測物體發射高功率脈沖信號激發被測物體原子核的共振現象，并測量原子核的宏觀磁化矢量在核磁共振儀器接收線圈中產生的微弱信號由此得到被測物體信息。由于接收線圈中的信息微弱，因此必須使用前置放大器。在核磁共振波譜儀或成像儀中，高功率脈沖信號和微弱的核磁共振信號需要分時通過前置放大器，前置放大器要完成發射大功率脈沖信號與接收的微弱核磁共振信號的開關切換，做到兩者信號互不干擾，并且對于微弱信號需要提供足夠的增益和很低的噪聲系數。另外，前置放大器還需要將核磁共振信號進行下變頻處理，以便進行數字化處理。
[0003]為了得到較好的測量效果，核磁共振波譜儀或成像儀均需要使用幾個到幾十個前置放大器，以實現多種原子核檢測或并行接收的目的，所有前置放大器均需要在控制器的控制下按一定的邏輯關系協調工作。國內外的公開文獻和專利提到的核磁共振波譜儀前置放大器均只涉及各通道低噪聲放大部分，以及發射、工作狀態檢測部分，缺少前置放大器的結構布局、控制方式，以及放大后信號的處理方法。現有技術均使用一個控制器對多個前置放大器進行控制，如圖1、3所示。通訊控制器101、邏輯控制器102共同組成前置放大器的控制器，其外部接口包括電源接口、通信接口、門控信號接口 ；控制器輸出多組控制線纜
1004、1005、…100η，分別連接至各個前置放大器，線纜中傳輸的信號包括電源、地、邏輯控制信號等。
[0004]現有技術文獻(例如專利文獻US7123090B2、US5545999、CN200920181229.4、CN201020127030.6等)使用的方法均為上述的使用一個控制器(即，通訊控制器101、邏輯控制器102共同組成前置放大器的控制器)對多個前置放大器進行控制的方法，采用這種控制方式的前置放大器其缺點在于:
[0005]I)受限于控制器的輸出引腳數量，導致控制器所能控制的前置放大器數量有限，使這種前置放大器只能應用于只需要少量前置放大器的場合；
[0006]另一方面，在核磁共振波譜儀或成像儀的實際使用中，前置放大器的數量往往不是一定的，而是需要根據使用需求任意添加前置放大器的數量，現有技術方法其控制器均為每個前置放大器定制，在原有基礎上增加任何前置放大器均需要對已有前置放大器的控制器進行修改，這種技術無法適應根據需要任意增加或取消前置放大器數量的需求；
[0007]2)由于各個前置放大器的控制需求存在顯著的差別，用于連接各個前置放大器的控制線纜各式各樣，難以統一，為批量化生產增加了難度。
【發明內容】
[0008]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種用于核磁共振波譜儀或成像儀的前置放大系統，其中通過對其關鍵的前置放大器布局、控制方式、信號流向方式等進行改進，與現有技術相比能夠有效解決控制信號復雜、增減前置放大器困難的問題，并且前置放大器能夠提供足夠的增益和很低的噪聲系數，前置放大的效果好。
[0009]為實現上述目的，按照本發明，提供了一種用于核磁共振波譜儀或成像儀的前置放大系統，其特征在于，該前置放大系統包括中央控制器、系統總線、以及多個前置放大器，其中:
[0010]所述各個前置放大器均包括控制器；
[0011]所述中央控制器通過所述系統總線與所述各個前置放大器的控制器連接，用于將控制信號傳送至所述各個前置放大器；
[0012]所述各個前置放大器通過所述系統總線接收到的控制信號的信號內容彼此保持一致；所述各個前置放大器中的所述控制器通過通信地址標識提取所述控制信號中與相應前置放大器對應的控制命令，并根據所述控制命令調整所述相應前置放大器的工作狀態；此外，所述控制器還用于將所述相應前置放大器的工作狀態上傳至所述中央控制器。
[0013]作為本發明的進一步優選，所述各個前置放大器均包括相互匹配設置的第一濾波器、大功率快速收發切換開關、四分之一波長線、第二濾波器、雙向定向耦合器、檢波模塊、低噪聲放大器和混頻器；其中，
[0014]該第一濾波器與所述大功率快速收發切換開關相連，用于輸入核磁共振波譜儀或成像儀的功率放大器信號；
[0015]該大功率快速收發切換開關依次通過所述第二濾波器和所述雙向定向耦合器與所述檢波模塊相連，用于向核磁共振波譜儀或成像儀的探頭發射上述功率放大器信號或者接收來自所述探頭的信號；
[0016]此外，該大功率快速收發切換開關還依次通過所述四分之一波長線和所述低噪聲放大器與所述混頻器相連，用于對來自所述探頭的信號進行放大和混頻處理以得到前置放大信號，并向核磁共振波譜儀或成像儀輸出此前置放大信號；
[0017]所述系統總線與各個所述前置放大器之間的連接接口均相同，并且該系統總線則用于對各個所述前置放大器中的所述大功率快速收發切換開關執行切換操作，從而起到調整所述前置放大信號輸出的作用。
[0018]作為本發明的進一步優選，該前置放大系統還包括顯示器，所述顯示器與所述中央控制器連接，用于顯示所述各個前置放大器的工作狀態。
[0019]作為本發明的進一步優選，所述中央控制器通過CAN總線與外部進行通信。
[0020]作為本發明的進一步優選，所述中央控制器與前置放大器之間使用SPI通信。
[0021]通過本發明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，具有以下有益效果:
[0022]1.本發明提出的一種使用控制方法的前置放大系統，即，各個前置放大器均具有自己獨立的控制器，實現分布式的控制。多個前置放大器組合在一起時，每個前置放大器的外部通信和控制接口完全一致，各個前置放大器可通過統一的接口單獨進行控制，前置放大器的數量可以無限制地擴展，并根據實際需要，安裝任意數量的前置放大器，而無需對原有系統做任何修改。
[0023]中央控制器通過系統總線與前置放大器的控制器連接，各個前置放大器均并聯在系統總線上。由于采用并聯結構，通過系統總線傳送至各個前置放大器的控制信號保持一致，各個前置放大器的控制器可以通過例如通信地址標識接收對應的通信控制命令，完成各個前置放大器工作狀態的控制。
[0024]與現有技術使用的控制線纜相比，本發明系統總線十分簡單，前置放大器數量的擴展不再受線纜數量的限制，可以實現根據需要任意添加或刪減，且不對現有系統產生影響。
[0025]采用這種分布式的控制方式，由于從中央控制器輸出到各個前置放大器的若干路信號均保持一致，前置放大器的數量將不再受到控制器輸出引腳數量的限制；對于新增加的前置放大器，除了從中央控制器引出已有的若干路控制信號外，僅需對新增的前置放大器單獨設置發射/接收門控信號即可，操作簡單，可靈活的對前置放大器進行增減。另外，由于從中央控制器輸出到各個前置放大器的若干路信號均保持一致，系統總線的型號可以統一，使前置放大器的生產更加便利，也為大規模生產核磁共振波譜儀或核磁共振成像儀提供了便利。
[0026]2.每個前置放大器均設置有雙向耦合器和功率檢波器，雙向耦合器與功率檢波器相連，實現前置放大器與負載間的前向信號和反射信號的幅度檢波處理，可完成信號過載、負載失配報警功能和負載調諧，確保前置放大器工作于安全狀態。
[0027]另外，通過將中央控制器與顯示器連接，可實時顯示各個前置放大器的工作狀態、調諧狀態和報警狀態等，實現對前置放大系統全方位的監控。
【附圖說明】
[0028]圖1是【背景技術】中邏輯控制器、控制線纜與各前置放大器的連接示意圖；
[0029]圖2是本發明中央控制器、系統總線與各前置放大器的連接示意圖；
[0030]圖3是【背景技術】中前置放大系統結構示意圖；
[0031]圖4是本發明前置放大系統的結構示意圖；
[0032]圖5是本發明前置放大器的內部結構示意圖。
[0033]圖1 一 5中附圖標記的含義如下:101為通訊控制器；102為邏輯控制器；1004、
1005、…10n均為控制線纜；104、105、…1n均為前置放大器；
[0034]201為TFT顯示器；202為中央控制器；203為系統總線；204、205、…20η均為前置放大器；
[0035]11為濾波器；12為大功率快速收發切換開關；13為四分之一波長線；14為濾波器；15為雙向定向耦合器；16為檢波模塊；17為低噪聲放大器；18為混頻器；19為前置放大器控制器。
【具體實施方式】
[0036]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0037]實施例1
[0038]本發明提出的前置放大器結構如圖4所示。前置放大器系統由中央控制器、顯示器和多個前置放大器組成。
[0039]圖1、2為【背景技術】和本發明的控制連接線纜信號圖。與【背景技術】控制器由通訊控制器101和邏輯控制器102組成不同，本發明的控制器僅有中央控制器202，其完成與外部系統(例如核磁共振波譜儀或成像儀的其他部分)的通信交互，并將通信內容分發至受中央控制器202控制的前