[实用新型]一种核磁共振梯度功率放大器的静态电流消除电路

说明书

本实用新型提出了一种核磁共振梯度功率放大器的静态电流消除电路，包括FPGA控制器、第一数模转换器DAC、比例电阻、梯度功率放大器、测量电阻和梯度线圈依次串连，所述梯度线圈的输出端通过Blank开关接地，所述FPGA控制器还连接第二数模转换器DAC，所述第二数模转换器DAC的输出端通过偏置比例电阻连接至梯度功率放大器的输入端。本实用新型通过迭代检测静态电流、计算反馈电压的方法，使静态电流趋于零，同时使用Blank开关隔离梯度功率放大器和梯度线圈回路，阻断静态电流的输出，成为不受外界信号影响、理想的无静态电流梯度功率放大器。

技术领域

本实用新型涉及一种核磁共振梯度功率放大器的静态电流消除电路。

背景技术

核磁共振谱仪是应用核磁共振原理研制生产的，它通过向置于均匀强磁场中的被测物体发射高功率射频脉冲激发被测物体原子核的共振现象，并通过累加、相位编码、梯度选择等方法获取目标样品区域或频谱区域的核磁共振信号。相位编码和梯度选择方法常通过梯度功率放大器输出指定功率的脉冲电流，该电流在梯度线圈中形成线性变化的梯度磁场，使被测样品的各个区域所在的磁场在Z、X、Y方向上的共振特性被精确编码，从而精确地选择目标样品区域或频谱区域的核磁共振信号。为了实现选择的准确性，客观要求核磁共振谱仪的梯度功率放大器输出的脉冲电流线性好、精度高、形状准确、正负脉冲对称性好。

核磁共振谱仪中，梯度功率放大器作为一种模拟功率放大部件，其输出直接与安装于磁体中心的梯度线圈相连，梯度线圈内部近距离安装射频线圈，在实际工作中，核磁共振谱仪对梯度系统有如下要求：

1)梯度功率放大器的输出为脉冲形式，在不输出脉冲时，梯度功率放大器的理想输出电流应为0。梯度功率放大器作为一种模拟功率部件，其内部由大量的运算放大器、功率管等组成，而运算放大器、功率管等模拟器件存在输出偏置的固有特性，在梯度功率放大器中表现为梯度功放输入电压为0时，梯度功率放大器仍会输出不为0的静态电流，根据这些模拟器件的不同特性，静态电流从微安培到毫安培变化。梯度功率放大器的静态电流流经梯度线圈时，梯度线圈会产生Z、X或Y方向的磁场，使超导磁体的磁场均匀性被破坏。

2)当梯度功率放大器存在微弱的静态电流的情况下，可以通过室温匀场进行补偿，但补偿是恒定的，且在核磁测试过程中不可改变，梯度静态电流发生改变，将导致补偿失效。梯度功率放大器作为一种模拟电路，其供电电源电压发生飘移等状态改变时，其静态电流将发生改变，使补偿失效，特别是核磁共振谱仪进行长时间测试时，累计的静态电流飘移会导致测试结果严重变差。

3)梯度功率放大器的输出不应受核磁共振谱仪中其他部件的影响。在核磁共振谱仪中，梯度线圈既是梯度场的发射线圈，但同时也是音频接收线圈，梯度线圈会接收到梯度线圈中间安装的射频线圈的射频脉冲以及外部空间的干扰信号，这些信号通过线缆输入梯度功率放大器将使梯度功率放大器的输出电流产生波动，并同时生成干扰脉冲再输出到梯度线圈，使磁场严重恶化，降低测试信号质量，甚至导致测试结果产生错误。

4)梯度功率放大器的线性度好，输出形状必须准确。核磁常使用多个输出大小呈精确比例关系的梯度脉冲对被测样品进行梯度编码。实际上梯度功率放大器本身存在静态电流，使理论上需要严格比例关系的梯度脉冲偏移理论的比例关系，也使形状脉冲偏离理想的函数形状，客观要求梯度功率放大器的静态电流应达到微安级。

为达到以上要求，现有技术的方法为：

1)由于静态电流是一直存在并且变化的，通过优化器件只能减小，无法消除，一般采用两种办法消除：

a.每间隔一段时间测量一次静态电流的大小，并通过软件的方法将该偏置电流设置在梯度电流的数字控制值中，以消除偏置电流；

b.每次核磁检测之间通过室温匀场的X、Y、Z方向产生额外的电流以抵消由对应方向上梯度静态电流所产生的磁场。