1.一种基于pwm调控技术的宽配谐磁共振探测装置,用于浅层磁共振探测,其特征在于,该装置包括:pc上位机、stm32+fpga收发主控模块、发射系统、收发切换装置、收发一体线圈以及接收系统,其中,
pc上位机,用于人机交互,向stm32+fpga收发主控模块发送发射参数,显示工作状态以及存储采集到的磁共振信号数据;
发射系统,包括蓄电池,经由dc-dc变换器变换后向储能电容充电,通过大功率二极管与h桥发射模块相连,所述h桥发射模块通过小功率二极管连接至可控恒压源;stm32+fpga收发主控模块通过pwm驱动模块驱动h桥发射模块;所述h桥发射模块通过双向二极管连接至收发切换装置;
接收系统,通过收发切换装置控制与收发一体线圈连接;
收发切换装置,根据stm32+fpga收发主控模块的指令,控制发射系统或接收系统与收发一体线圈的连接。
2.按照权利要求1所述的装置,其特征在于,所述接收系统包括前置放大电路,信号调理电路,程控放大模块,lpf模块,以及a/d转换模块,所述接收系统的前置放大电路连接至收发切换装置,通过前置放大电路将信号放大,依次经由信号调理电路、程控放大模块、lpf模块、以及a/d转换模块后传递至stm32+fpga收发主控模块。
3.按照权利要求3所述的装置,其特征在于,所述收发切换装置包括开关驱动模块以及收发切换开关,所述开关驱动模块根据接收stm32+fpga收发主控模块的指令,通过收发切换开关控制发射系统或接收系统与收发一体线圈的连接。
4.按照权利要求4所述的装置,其特征在于,
所述stm32+fpga收发主控模块,用于与上位机进行交互,参数计算及探测工作时序控制;控制dc-dc变换器将蓄电池中的能量存储至储能电容;调整可控恒压源的电压值;通过pwm驱动模块产生两路pwm控制信号;通过控制开关驱动模块从而控制收发切换开关选择收发一体线圈与h桥发射模块或者前置放大电路的连接;以及控制a/d转换模块采集收发一体线圈感应到的,并通过前置放大电路放大,信号调理电路调理,程控放大模块再次放大以及lpf模块滤波后的磁共振信号,并调整程控放大模块的增益。
5.按照权利要求1所述的装置,其特征在于,发射系统的储能电容,为高压大容值电容,用于在发射时提供能量;通过一个电压值高于储能电容电压的可控恒压源将关断瞬间的高压脉冲钳位,保护构成h桥发射模块的开关器件igbt,以及引导线圈能量在发射脉冲死区时间内快速释放。
6.按照权利要求1所述的装置,其特征在于,
所述大功率二极管,为具有单向导通特性的反向高压快恢复二极管,阻断在激发脉冲死区时间内由储能电容与h桥发射模块构成的放电回路;并防止可控恒压源向储能电容放电;隔绝在激发脉冲死区时间内线圈放电产生的瞬时脉冲,保护电容;
所述小功率二极管,为具有单向导通特性的反向高压快恢复二极管,防止可控恒压源向储能电容、h桥发射模块和双向二极管及线圈放电;使得可控恒压源仅在激发脉冲死区时间内用于钳位而不通过发射回路释放能量;
所述双向二极管,包括有两个反向并联的二极管,用于发射剩余能量吸收。
7.按照权利要求6所述的装置,其特征在于,在发射阶段:在pwm驱动模块发出的pwma信号或pwmb信号有效时,h桥发射模块中的一组igbt导通,储能电容、大功率二极管、一组igbt、双向二极管以及等效为电感l和电阻r串联的收发一体线圈构成回路,由于小功率二极管的单向导通性,可控恒压源ur相当于断路;在pwma信号和pwmb信号均无效时,此时进入激发脉冲死区时间,由于大功率二极管的单向导通性,在这段时间内,储能电容相当于断路,收发一体线圈的能量释放回路由h桥发射模块与小功率二极管以及可控恒压源构成,实现等幅高质量波形发射、快速关断的目的。
8.一种基于pwm调控技术的宽配谐磁共振探测方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤301:stm32+fpga收发主控模块识别pc上位机发送的参数及开始工作信号,包括激发电流im、发射电流个数m、叠加次数k以及激发脉冲频率f,计算发射脉冲时间t以及脉冲周期个数n,并将实际激发时间t回传至pc上位机,其中m,n均为正整数;
步骤302:stm32+fpga收发主控模块通过控制收发切换装置中的开关驱动模块从而控制收发切换开关将收发一体线圈切换至与接收系统的前置放大电路连接,准备进入增益调整及噪声采集阶段;
步骤303:stm32+fpga收发主控模块控制接收系统通过收发一体线圈采集噪声信号,并根据采集到的信号幅度大小调整程控放大模块的增益;
步骤304:判断是否完成程控放大模块增益调整,完成调整则继续进入步骤305,否则返回步骤303,完成增益调整的判断依据为:经a/d转换模块采集后的信号幅度处于a/d的1/2满量程至满量程之间;
步骤305:stm32+fpga收发主控模块通过收发切换装置控制收发切换开关将收发一体线圈切换至与发射系统的h桥发射模块连接,准备进入双极性脉冲激发阶段;
步骤306:stm32+fpga收发主控模块根据激发电流im及约束条件计算激发电压us、激发脉冲占空比d以及钳位电压udc;
步骤307:stm32+fpga收发主控模块根据计算出的钳位电压值udc调整可控恒压源的电压值;
步骤308:判断钳位电压是否达到钳位电压值udc,达到则继续进入步骤309,否则回到步骤307;
步骤309:stm32+fpga收发主控模块根据激发电压值控制dc-dc变换器为储能电容充电;
步骤310:判断是否完成充电,完成充电的判断依据为达到激发电压值,完成充电则进入步骤311,否则回到步骤309;
步骤311:stm32+fpga收发主控模块控制pwm驱动产生两路占空比为d、时间间隔t/2的驱动信号,通过h桥发射模块、双向二极管和收发一体线圈发射n个周期,频率为f的激发脉冲。发射n个周期的脉冲而不是发射固定时长的脉冲目的是使激发脉冲在整周期处关断,从而缩短死区时间;
步骤312:发射关断完成后延迟800us,保证发射全部动作完成,收发一体线圈切换至与接收系统的前置放大电路连接,准备进入信号采集阶段;
步骤313:stm32+fpga收发主控模块控制a/d转换模块将信号采样,并存储至pc上位机,存储时应注意将接收到的信号与步骤301中的发射时间t相对应;
步骤314:判断是否完成当前电流探测,完成则继续进入步骤315,否则返回步骤309;
步骤315:判断是否进行下个电流值的探测,完成结束本次探测,否则返回步骤305。
9.按照权利要求8所述的方法,其特征在于,步骤306:stm32+fpga收发主控模块根据激发电流im及约束条件计算激发电压us、激发脉冲占空比d以及钳位电压udc,满足:
其中,t为发射脉冲周期,满足t=1/f,r为线圈等效电阻值,l为线圈等效电感值,式中各量均采用si单位制,约束条件为:
udc≤1000
0.25≤d≤0.45
目标为使
10.按照权利要求8所述的方法,其特征在于,步骤310:充电在恒压源调整之后进行。