[发明专利]一种强磁场凝聚态核磁共振谱仪系统的拓扑结构

摘要

本发明公开了一种强磁场凝聚态核磁共振谱仪系统的拓扑结构，包括恒温晶振、锁相环、零度等幅功分器、第一直接信号合成器、第二直接信号合成器、脉冲功率放大器、核磁共振双工器、核磁共振探头、快恢复前置放大器、多级可调增益低噪声放大链路、无源双平衡混频器、滤波放大模块、高速数字化仪、计算机和现场可编程门阵列。本发明通过数字直接信号合成器直接产生核磁共振实验所需脉冲序列，并采用数字式中频正交采样技术实现对核磁共振信号的高信噪比采集。与传统核磁共振谱仪系统相比，该系统结构简单可靠、造价低廉、研发周期短，且性能优于现有核磁共振系统。

主权项

1.一种强磁场凝聚态核磁共振谱仪系统的拓扑结构，其特征在于：包括恒温晶振、锁相环、零度等幅功分器、第一直接信号合成器、第二直接信号合成器、脉冲功率放大器、核磁共振双工器、核磁共振探头、快恢复前置放大器、多级可调增益低噪声放大链路、无源双平衡混频器、滤波放大模块、高速数字化仪、计算机和现场可编程门阵列，其中：/n恒温晶振的信号输出端与锁相环的信号输入端连接，所述恒温晶振产生低频正弦时钟本振信号并送入锁相环，并经过锁相环倍频后得到高频正弦时钟信号；锁相环的信号输出端与零度等幅功分器的信号输入端连接，由锁相环将高频正弦时钟信号送入零度等幅功分器；所述恒温晶振的信号输出端还与高速数字化仪的信号输入端连接，恒温晶振产生的低频正弦时钟本振信号还送入至高速数字化仪作为参考时钟信号；/n所述零度等幅功分器的信号输出端分别与第一直接信号合成器的时钟信号输入端、第二直接信号合成器的时钟信号输入端连接，由零度等幅功分器将高频正弦时钟信号分为同样高频频率的两组正弦时钟信号后再分别送入第一直接信号合成器、第二直接信号合成器；/n所述计算机中设定核磁共振脉冲序列信息，计算机与现场可编程门阵列通讯连接，由计算机将核磁共振脉冲序列信息送入现场可编程门阵列，并由现场可编程门阵列将核磁共振脉冲序列信息编译为对应的调节字；所述现场可编程门阵列的数据输出端与第一直接信号合成器的数据输入端连接，由现场可编程门阵列将调节字送入第一直接信号合成器，并由第一直接信号合成器基于零度等幅功分器输出的正弦时钟信号、现场可编程门阵列输出的调节字产生核磁共振脉冲信号；/n第一直接信号合成器的信号输出端与脉冲功率放大器的信号输入端连接，脉冲功率放大器的信号输出端与核磁共振双工器的信号输入端连接，核磁共振探头与核磁共振双工器的一个信号输出端连接，第一直接信号合成器产生的核磁共振脉冲信号经脉冲功率放大器进行功率放大后送入核磁共振双工器，在核磁共振双工器中形成与核磁共振脉冲信号频率相同的核磁共振信号，核磁共振信号导入至核磁共振探头，通过核磁共振探头激励核磁共振谱仪系统中原子核体系产生粒子数翻转；/n核磁共振双工器还有一个信号输出端与快恢复前置放大器的信号输入端连接，快恢复前置放大器的信号输出端与多级可调增益低噪声放大链路的信号输入端连接，多级可调增益低噪声放大链路的信号输出端与无源双平衡混频器的一个信号输入端连接，核磁共振双工器产生的核磁共振信号还送入快恢复前置放大器，经快恢复前置放大器放大、多级可调增益低噪声放大链路调整放大后送入无源双平衡混频器，作为无源双平衡混频器的一路输入；/n现场可编程门阵列的数据输出端还与第二直接信号合成器的数据输入端连接，第二直接信号合成器的信号输出端与无源双平衡混频器的另一个信号输入端连接；所述计算机中还设定有参考脉冲序列信息，由计算机将参考脉冲序列信息送入现场可编程门阵列，现场可编程门阵列将参考脉冲序列信息编译为对应的新的调节字后送入第二直接信号合成器，第二直接信号合成器基于零度等幅功分器输出的正弦时钟信号、新的调节字产生参考脉冲信号，且第二直接信号合成器产生的参考脉冲信号与第一直接信号合成器产生的核磁共振脉冲信号之间相位相干、频率具有固定的差值；第二直接信号合成器产生的参考脉冲信号送入无源双平衡混频器，作为无源双平衡混频器的另一路输入；/n无源双平衡混频器的信号输出端与滤波放大模块的信号输入端连接，滤波放大模块的信号输出端与高速数字化仪的信号采样端连接，由无源双平衡混频器将两路相位相干、频率有差值的脉冲信号混频后完成下变频过程形成采样信号，采样信号经滤波放大模块滤波放大后，被高速数字化仪采集；/n高速数字化仪与计算机通讯连接，高速数字化仪将来自于恒温晶振的参考时钟信号、来自于无源双平衡混频器的采样信号转换为数据后分别送入计算机，由计算机对核磁共振信号进行正交检测。/n