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磁共振任意波形发生器的研制

作　者: 季文彬
导　师: 蒋瑜
学　校: 华东师范大学
专　业: 无线电物理
关键词: 核磁共振任意波形发生器直接数字合成模拟乘法器
分类号: O482.532
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

任意波形发生器(又叫函数发生器)作为一种通用的信号源,在物理,电子,计算机领域有着广泛的应用。现代任意波形发生器要求频率输出范围较大,同时能够实现频率、相位和幅度的快速切换能力。目前,主流的任意信号发生器主要来自于国外的进口商用产品。它们有着很高的频率稳定性,较宽的输出频率范围,丰富的调制功能,友好的人机界面和易用性,但是全进口产品售价较高,核心技术仍然掌握在国外厂商手中。本文提出了一种可用于磁共振系统、整合了通用串行总线(USB)、可编程逻辑器件(FPGA)和数字直接合成(DDS)的任意波形发生器(AWG)设计方案。围绕着这种方案,研制了80MHz通用磁共振任意波形发生器,提供了实际测试的结果和成像实验结果,并对研制和实验结果进行了讨论。本论文主要内容如下:第一,主要介绍了核磁共振原理,核磁共振成像的原理,核磁共振成像系统的结构。第二,介绍各种任意波形发生器的实现方法和各种方法的优缺点。在此基础上,介绍自行研制的波形发生器的思路第三,介绍了任意波形发生器的研制过程,并分别从硬件部分设计和软件部分设计上进行了相应的描述。第四,介绍波形发生器的性能测试结果,并将它整合到实验室自行研制的0.3T永磁成像系统中,进行了水模和人脑的实验,取得了与系统原有的射频激发单元相同的性能,完全能够满足低场磁共振成像的需要。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第一章绪论  10-12
  核磁共振发展与现状  10
  论文研究的主要内容  10-12
第二章磁共振成像基本原理  12-20
  2.1.核磁共振的基本原理  12-14
  2.2.磁共振成像基本原理  14-17
    2.2.1.成像基本原理  14
    2.2.2.层面选择  14-15
    2.2.3.相位编码  15-16
    2.2.4.频率编码  16-17
  2.3.常规成像序列和K空间  17-20
    2.3.1.常规成像脉冲序列简介  17-19
    2.3.2.K空间  19-20
第三章磁共振成像系统的基本结构  20-24
  3.1.磁体部分  20-21
    3.1.1 主磁体  20
    3.1.2 射频线圈  20-21
    3.1.3 匀场线圈  21
  3.2.谱仪部分  21-23
    3.2.1 射频发射单元  21
    3.2.2 信号接收单元  21-22
    3.2.3 脉冲梯度单元  22-23
    3.2.4 脉冲序列控制单元  23
  3.3.计算机部分  23-24
第四章波形发生器原理及其实现方法  24-32
  4.1.信号产生电路原理  24-26
    正弦波振荡电路  24-25
    非正弦信号产生电路  25-26
  4.2.传统波形合成的方式及其特点  26-27
    4.2.1.程序控制输出  26-27
    4.2.2.DMA方式  27
  4.3.基于直接数字频率合成的波形发生方式  27-32
    4.3.1.直接数字合成DDS的原理  27-30
    4.3.2.基于DDS的AWG设计方式的原理及其特点  30-32
第五章磁共振任意波形发生器的设计与实现  32-54
  5.1.整体设计思想  32-33
  5.2.设计概述  33-54
    5.2.1.系统架构概述  33-35
    5.2.2.硬件部分设计概述  35-45
    5.2.3.软件部分设计概述  45-54
第六章应用与实验  54-65
  6.1.任意波形发生器的性能测试  54-59
  6.2.磁共振成像实验结果  59-61
  6.3.设计总结和问题讨论  61-65
参考文献  65-67
已发表的文章  67-68
致谢  68

磁共振任意波形发生器的研制

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