【正文】 學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2020， 39（ 3）： 572575. [18] 高漢賓，鄭耀華 . 簡(jiǎn)明核磁共振手冊(cè) [M]. 武漢：湖北科學(xué)技術(shù)大學(xué)出 版社， 1989. [19] 變?nèi)荻O管和電調(diào)諧 [J]. 電子世界， 2020， 6： 5455. [20] 鄭清明 . 核磁共振測(cè)量?jī)x的自動(dòng)搜索及快速跟蹤系統(tǒng) [J]. 電測(cè)與儀表， 1986， 1：2527. 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 致 謝 本論文是傅元副教授的精心指導(dǎo)下完成的。 3．為了避免共振頻率太大導(dǎo)致 STC12C5410AD 芯片無法測(cè)量，加入芯片74LS160 作為 10 分頻器。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 第 5 章 結(jié) 論 本課題設(shè)計(jì)了一個(gè)基于核磁共振方法的磁場(chǎng)測(cè)量方案，對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論證，綜合 對(duì)比出應(yīng)用最廣泛，最容易實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)方案。 6N137 部分：在傳輸數(shù)據(jù)過程不改變邏輯狀態(tài)，通常 為 3 腳作為輸入端， 2腳直接接高電平， 7 腳作為使能端與 VCC 一起接電源。 TEN：串行發(fā)送使能，低電平有效，內(nèi)置上拉電阻。 GND：公共接地端，直接連到 USB 總線的地線。 RXD： 串口數(shù)據(jù)輸入，內(nèi)置上拉電阻。 6N137 是一款用于單通道的高速光耦合器 。當(dāng)計(jì)入數(shù)值為 1001 時(shí)為 10 計(jì)數(shù)，此時(shí) 4 輸入與非門輸出低電平， 1 腳置 0， 74LS160重新計(jì)數(shù)，進(jìn)而循環(huán)計(jì)數(shù) [1][4][5]。 （ 18） SPI 同步通信口，主模式 /從模式。 （ 14） 外部中斷 9 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， PCA 模式可分別或同時(shí)支持上升沿中斷 /下降沿中斷， Power Down 模式可由外部中斷喚醒，0INT /， 1INT /， T0/， T1/， RxD/， PCA0/， PCA1/，PCA2/， 。精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)。 （ 10） 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 12M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路） 。 每個(gè) I/O 口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到 20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過55mH。 （ 3） 工作頻率范圍： 0~35MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0~420MHz。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 第 4 章 芯片工作原理 STC12C5410AD 單片機(jī) 簡(jiǎn)介 STC12C5410AD 單片機(jī)是 STC 生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 812 倍。 （ 2） 電路中第二個(gè) 三極 管 Q1 的發(fā)射 極通過電容接到第一個(gè) 三極 管 Q2 的基極，引入正反饋，等效于引入一個(gè)負(fù)電阻，利用負(fù)阻效應(yīng)，激發(fā)持續(xù)的振蕩。變?nèi)荻O管 D1 提供反向偏壓 實(shí)現(xiàn) 共振信號(hào)的自動(dòng)搜索和跟蹤 ， 并 調(diào)整邊緣振蕩器的振蕩頻率。 Q 值極小的變化就能引起振蕩幅度的明顯改變，表現(xiàn)為振蕩波形包絡(luò)線發(fā)生變化，將包絡(luò)信號(hào)提取出來，即為核磁共振吸收信號(hào)。負(fù)阻式振蕩器是將一個(gè)呈現(xiàn)負(fù)電阻特性的有源器件接入諧振電路，產(chǎn)生振蕩 [10]。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 表 31 幾種常用原子核的 NMR 相關(guān)參數(shù)對(duì)比 原子核類型 自旋量子數(shù) I 旋磁比 )/( sTrad ?? 共振頻率 )(2 00 MHzf ??? H1 1/2 100 H2 1 Li7 3/2 C13 1/2 N14 1 N15 1/2 O17 5/2 F19 1/2 以上分析都是基于單個(gè)原子核，而物體總是由無數(shù)的原子核組成的。旋磁比最大的核 H3 自然豐度幾乎為零，其次是 H1 核，廣泛存在于水中，由于液體中存在“運(yùn)動(dòng)致窄效應(yīng)”，即粒子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)會(huì)使共振譜線比固體的線寬 窄很多，可達(dá)到很高的準(zhǔn)確度，而且水樣品容易獲得，是最佳待選媒介 。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 3 章 探頭 與邊緣振蕩器 探 頭 基本結(jié)構(gòu) 為了避免電磁干擾，一般使用黃銅制作成空心探桿，在石英玻璃管內(nèi)注入足量的 3FeCl 溶液，用高強(qiáng)度的漆包銅線在管上繞若干圈，制成探頭，外包一層銅盒屏蔽探頭。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 25。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 當(dāng) ? 與某個(gè)已調(diào)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 滿足拉莫爾進(jìn)動(dòng)條件時(shí)，發(fā)生核磁共振，振蕩幅度變化，共振時(shí)間間隔不等。 磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x的整體設(shè)計(jì)方案 使用核磁共振法測(cè)量，實(shí)現(xiàn)大范圍快速搜索和自動(dòng)跟蹤。B ， 可得到交變出現(xiàn)的 NMR信號(hào)。 （ 1）掃場(chǎng)法 給待測(cè)磁場(chǎng)加調(diào)制線圈，其中通以交變電流。感應(yīng)法工作穩(wěn)定度高，噪音低，射頻場(chǎng)頻率范圍寬，但漏電流相位不易調(diào)整，且把兩個(gè)交叉線圈調(diào)成嚴(yán)格垂直存在難度，如果調(diào)整不好會(huì)影響接收 NMR 信號(hào) 。當(dāng)電橋幅度平衡，而相位平衡受到破 壞時(shí)，輸出電壓與色散磁化率成正比 。使用一個(gè)高頻電橋，如安德森 (Anderson)電橋，輸入端接射頻振蕩器，輸出端連接收機(jī)，樣品線圈放到靜磁 場(chǎng)中，基本結(jié)構(gòu)如圖 24 所示。 設(shè)計(jì)中可使用單片機(jī)控制 DDS 芯片產(chǎn)生掃頻信號(hào)，送到與待測(cè)磁場(chǎng)垂直的射頻振蕩線圈，通過更改 DDS 的頻率控制字實(shí)現(xiàn)共振信號(hào)的搜索和跟蹤。當(dāng)射頻場(chǎng)頻率滿足共振條件 (即 0??? )時(shí)，低能級(jí)上的原子核吸收射頻場(chǎng)能量而躍遷到高能級(jí)，從而 破壞了原子核自旋系統(tǒng)的平衡分布。 圖 23 感應(yīng)法基本結(jié)構(gòu) 平衡狀態(tài)時(shí)，核磁矩圍繞 z 軸進(jìn)動(dòng)，由于各個(gè)核磁矩的進(jìn)動(dòng)相位均勻分布，宏觀磁化強(qiáng)度 M 沿著 z 軸方向，這時(shí)在 y 軸的接收線圈中無信號(hào)?？衫眠吘壵袷幤鲗?shí)現(xiàn)，其探頭線圈垂直于待測(cè)磁場(chǎng)，能產(chǎn)生與磁感應(yīng)強(qiáng)度相應(yīng)的射頻振蕩頻率，振蕩信號(hào)的產(chǎn)生以及共振信號(hào)的獲取均通過邊緣振蕩器實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)振蕩器頻率實(shí)現(xiàn)共振信號(hào)的搜索和跟蹤。射頻發(fā)射和吸收共用一個(gè)線圈，把樣品放到探頭的線圈中，再把探頭放入 待測(cè)磁場(chǎng) B。 外 磁場(chǎng)均勻性 如果外磁場(chǎng) 0B 不均勻，則樣品內(nèi)各部分的能量差不同，對(duì)于某個(gè)頻率的電磁波，只有部分原子核參與核磁共振，共振信號(hào)微弱，且容易被噪聲淹沒。 在原子核由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)的同時(shí)，高能態(tài)的核通過自旋一晶格馳豫和自旋一自旋馳豫向周圍環(huán)境轉(zhuǎn)移能量，回到低能態(tài)。 圖 22 2/1?I 粒子磁矩在磁場(chǎng)中的取向和能級(jí) （ 1） 磁量子數(shù) 2/1?m ， ? 與外磁場(chǎng) 0B 同 向，低能態(tài)。 圖 21 拉莫爾進(jìn)動(dòng)示意圖 恒定磁場(chǎng) 0B 的作用，使原本簡(jiǎn)并的核能級(jí)發(fā)生塞曼 ()分裂，分裂為 12?I 個(gè)能級(jí)，用磁量子數(shù) m表示，即 Im? ， 1?I ， 2?I ，??， I? 。當(dāng)核磁矩處于外加磁場(chǎng)中時(shí)，在磁場(chǎng)力作用下，取向趨于與外磁場(chǎng)平行。 原子核所帶的正電荷，均勻分布在核表面，自旋量子數(shù) 0?I的核自旋，正電荷也 繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生循環(huán)電流，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)小磁場(chǎng)， 用磁矩 ? 表示。只有帶有自旋量子數(shù)的原子核才能產(chǎn)生自旋。 （ 2） 核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均為奇數(shù)時(shí)， I 為正整數(shù)。 (3) 用串口調(diào)試助手顯示測(cè)量結(jié)果。 (4) 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)線路板圖。鑒于此，本文設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)易便攜的核磁共振實(shí)驗(yàn)儀器裝置。這必然加重了我國(guó)人民的醫(yī)療負(fù)擔(dān)，并且遏制了國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。目前，我國(guó)釹鐵硼的年產(chǎn)量已達(dá) 9000 多噸，占世界總產(chǎn)量的 50%。因此為了提高國(guó)內(nèi)核磁共振儀的普及度，就必須生產(chǎn)小型化，低成本的儀器。這種磁體主要用在高場(chǎng)方面。 為適應(yīng)日益發(fā)展的需要，必須對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)中的一些理論和測(cè)量方法進(jìn)行分析和研究，尋求并應(yīng)用新效應(yīng)、新現(xiàn)象及新工藝，使磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x沿著電子化、數(shù)字化和智能化的方向，發(fā)展與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的多通道、多參量的測(cè)量系統(tǒng)。在低溫電工學(xué)和電能的發(fā)展中，要求沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 研制在 2K 一 343K 溫度范圍內(nèi)頻率擴(kuò)展至 500Hz 的磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x在磁流體發(fā)電、受控?zé)岷司圩冄b置、磁懸浮列車等能源和動(dòng)力技術(shù)中，要求測(cè)量 10T 以上的恒定磁場(chǎng) :在生物醫(yī)學(xué)、軍事探測(cè)、地震預(yù)報(bào)等方面， 要求測(cè)量 1410? T 甚至更弱的磁場(chǎng) [16]。當(dāng)前主要的發(fā)展趨勢(shì)有 ： （ 1） 研制一些特殊的測(cè)磁設(shè)備 ，如磁性導(dǎo)航儀、磁性探傷儀、腦磁圖測(cè)試儀等。同時(shí)這些科研單位也取得了顯著的成果： 2020 年，由中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院、中國(guó)石化勝利油田測(cè)井公司和北京大學(xué)聯(lián)合自主研制成功的核磁共振測(cè)井儀，填補(bǔ)了我國(guó)核磁共振應(yīng)用于地質(zhì)勘探領(lǐng)域的空白；在醫(yī)療器械領(lǐng)域，華東師范大學(xué)與復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院聯(lián)合開發(fā)擁有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 OPM35I 永磁型磁共振成像儀，其核心控制部件“數(shù)字譜儀”已產(chǎn)業(yè)化，這也打破了發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì) MRI 譜儀的技術(shù)壟斷。落后就要挨打，幾家大的跨國(guó)公司依靠技術(shù)壟斷，在中國(guó)抬高儀器價(jià)格，使我國(guó)買不起儀器。目前，技術(shù)主要被美國(guó)斯侖貝謝公司（ Schlumberger Ltd.）和哈里伯頓公司（ Halliburton Company）等壟斷。它們憑借技術(shù)實(shí)力壟斷了核磁共振儀器世界市場(chǎng) 90%的份額，尤其在高端領(lǐng)域。此外，對(duì)低溫探頭的青睞依然不減。目前，在牛津公司的世界上首臺(tái) 950MHz()的商用譜儀的推動(dòng)下，幾大儀器公司競(jìng)相推出 950MHz 譜儀。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，大致可以將核磁共振技術(shù)可以分為三大類：一、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，主要是核磁共振成像；二、化學(xué)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于化學(xué)分析；三、工業(yè)應(yīng)用，作為分析儀器用于檢測(cè)物質(zhì)含量等。這一階段，核磁共振技術(shù)滲透開始廣泛的科學(xué)技術(shù)各領(lǐng)域，在物質(zhì)勘測(cè)，食品行業(yè)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)以及材料科學(xué)的應(yīng)用大 大加強(qiáng)。首先，分析有機(jī)分子可以通過 2DNMR 來提高效率。此外，超導(dǎo)磁鐵開始應(yīng)用于磁共振，大大提高了核磁共振儀器的頻率極限，從而大大改善了分辨率。各種脈沖激勵(lì)方法的應(yīng)用，不僅使測(cè)定核磁共振譜變得快捷，而且提高了靈敏度和分辨率。這主要?dú)w功于 Russell Varian 提出的基于 均勻磁體使之商品化的決策。短短幾十年時(shí)間核磁共振技術(shù)一路高歌猛進(jìn)。 And discuss specific magic circuit design, magic field simulation. The circuit of the based on edge detection method to improve test oscillator sensitivity, describes the principle of edge oscillator, detailed introduces the oscillator and test the circuitry. Key words: Nuclear magic resonance (NMR)。 關(guān)鍵詞 :核磁共振 。 論文首先簡(jiǎn)述了核磁共振原理，并引出本文所采用的核磁共振實(shí)驗(yàn)方法：連續(xù)波方法。 磁共振高斯計(jì)方案設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn) Magic Resonance Gaussian Plan Design and Experiment 學(xué) 院： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 03 班 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： （副教授） 2020 年 06 月密級(jí)：公開 I 摘 要 核磁共振理論誕生于 1946 年，經(jīng)過 60 多年的發(fā)展 ，核磁共振技術(shù) 己經(jīng)相當(dāng)成熟，用于建立以原子常數(shù)為尺度的磁場(chǎng)參量自然基準(zhǔn)，具 有測(cè)量精度高、受外界干擾小、信號(hào)穩(wěn)定清晰等其它方法無法比擬的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)拉莫爾進(jìn)動(dòng)公式轉(zhuǎn)換成待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，使用串口調(diào)試助手顯示測(cè)量結(jié)果。電路部分采用一種基于邊限振蕩器檢測(cè)方法來提高檢測(cè)的靈敏度，描述了邊限振蕩器的原理，詳細(xì)介紹了振蕩器及檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn) 。頻率測(cè)量 II Abstract Nuclear magic resonance (NMR) theory was born in 1946, after more than 60 years of development has been quite mature, used to set up to the atom of the magic field parameters for constant scale natural benchmark, and has high precision measurement, the interference of small, stable clear signal