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第三章边缘振荡器的设计和测量控制部分的实现31动搜索当出现核磁

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  第三章边缘振荡器的设计和测量控制部分的实现31动搜索当出现核磁共振信号时 搜索器自动断开 单片机输出的DA信号控制压控振荡器去调整频率到T1 T2 也就是叠加的调制场为零的情况 此时的振荡器的频率值对应的就是待测场的磁场值。压控振荡器波形变换单片机中断入口D ANMRT1 T2积分器搜索电压发生器比

  第三章边缘振荡器的设计和测量控制部分的实现31动搜索当出现核磁共振信号时 搜索器自动断开 单片机输出的DA信号控制压控振荡器去调整频率到T1 T2 也就是叠加的调制场为零的情况 此时的振荡器的频率值对应的就是待测场的磁场值。压控振荡器波形变换单片机中断入口D ANMRT1 T2积分器搜索电压发生器比例积分器压控振荡器波形变换单片机中断入口D ANMRT1 T2积分器搜索电压发生器比例积分器图3 18自动搜索及跟踪系统3 150Hz扫场电流下的共振点位置以磁场调制法为例详细介绍共振信号出现的时刻。我们设计了与电网电压同步的50Hz正弦波发生器 经过进一步放大后作为调制电源 在被测磁场上加上同方向的调场线Hz正弦波发生器产生的正弦电流。相当于在磁场B0上叠加了一个小的交变磁场 此时的被测场变成了B0’ B0’ B0 sinωt 如图319所示。图3 19加上调制场后的磁场由图3 19可以看出 只要振荡器的频率f落入f1和f2之间 就会出现共振信号。假设将振荡器的频率调节到fx时刻 那么共振信号就会出现在x1、x2、x3处 周期重复 如图3 20所示。河北大学工学硕士学位论文32图3 20某一频率对应的共振时刻令x1与x2的时间间隔为T1 x2与x3的时间间隔为T2 那么共振信号就以T1和T2的时间间隔连续出现 周期为1 50Hz。在示波器上用xy模式显示共振波形。其中 示波器的x轴用50Hz同步振荡器输出的扫描电压去扫描 y轴接共振信号检波放大出来的电压信号。那么在一个周期内的两次共振波形的形状对称。示波器上出现的共振波形如图3 21所示。图3 21示波器上的共振波形共振波形的交点会出现在示波器的中间或者两边的任何位置 这是由共振点与调制场的关系决定的。具体分析如下 正弦波的扫描加到x轴上 使光点在示波器的y轴上从左到右 再从右到左移动。如图3 22所示 x轴的正弦波在a点对应示波器的中间 b点对应示波器的最右边 c点对应示波器的最左边 d点对应示波器的中间。在xy模式下 光点每个周期内都是在示波器上来回显示一圈。第三章边缘振荡器的设计和测量控制部分的实现33如图3 23 所示假设搜索频率调节到f1 那么在一个周期内就有两个共振点 并且在x轴扫描回来的时候 在示波器上第二个共振点刚好与第一个重合。共振信号出现在xy波形屏幕的左侧。如图3 23 所示假设搜索频率恰好调节到f0 那么在一个周期内的两个共振点刚好重合在屏幕的中央。如图3 23 所示假设搜索频率调节到与f2 那么在一个周期内的两个共振点 重合在屏幕的右侧。图3 22x扫描在示波器上的位置a共振点在示波器左侧b共振点在示波器中间c共振点在示波器右侧图3 23不同频率下共振点出现在示波器的位置经过分析我们知道 必须要将xy图形上共振波形的交点调节到屏幕的中央时 振荡器的频率才是没有叠加调制场的频率 我们所需要的与被测磁场对应的频率。因此 手动搜索是以共振波形在示波器的中间为前提的。河北大学工学硕士学位论文343 2自动搜索电路的设计自动搜索电路如图324所示 当没有出现核磁共振信号时 没有信号输出给100Hz选频放大器 因此其输出为零。场效应管3DJ7F和晶体管3CK3D均导通 继电器接通 积分放大器741 成为跟随器状态来自上一级的DA直流信号输出为零 741 就形成了一个锯齿波发生器在输出端输出一个锯齿波电压 如图3 25所示。将此电压接到振荡器的变容二极管上 控制电容的变化 从而使振荡器的频率循环变化。其中 锯齿波的斜率通过“搜索速度旋钮”100k欧电位器来调节。斜率大则振荡器频率变化快 斜率小则振荡器频率变化慢。锯齿波的下限由“频率下限”22k欧旋钮来控制 调节振荡器搜索频率的下限。搜索上限是25V 下限调节到接近于0V。图3 24自动搜索电路第三章边缘振荡器的设计和测量控制部分的实现35图3 25压控搜索电压3 3自动锁定的实现自动锁定是在发生核磁共振时利用单片机记录两次共振信号的时间间隔 根据T1 T2的大小来控制输出电压 从而调节振荡频率。首先要将核磁共振信号转变成单片机能够处理的信号 然后通过单片机的计时器记录两次共振之间的时间间隔。需要采集共振信号上的特征点 我们选择核磁共振波形上的第一次过零点为特征点 因为在该点上斜率最大 确定位置的准确度较高。我们用施密特触发器对共振波形进行整形 为了防止波形尾波多次过零的情况干扰施密特触发器的动作 在后面紧接了一个单稳态触发器。这样共振信号就被整形成方波 如图3 26所示。河北大学工学硕士学位论文36图3 26频率自动调节电路将整形过的波形经过2200pf的电容和二极管检波 送入单片机的中断口 触发中断。记录单片机触发中断的时间间隔 就是T1和T2的值。将T1 T2的值经过DA转换后变成模拟信号 去控制搜索电路。我们再来看锁定电路 当共振点落入调制范围时 搜索到共振点就会出现共振信号 此时 搜索电路的100Hz选频放大器有了输入信号 后续的检波器输出负信号 此信号分成两路 一路使741 后面的场效应管截止停止搜索。另一路使接在倍压检波器后面的场效应管3DJ7F和三极管3CK3D截止 继电器断开 741 恢复成积分放大器状态。同时来自DA的直流信号不再是零 而是与T1 T2大小成正比的模拟信号。该信号经741 给出压控信号去调整边缘振荡器的频率。根据T1 T2的大小给出的压控电压 使振荡器的频率一步步向调制场过零点的频率逼近。直到调节到T1 T2值为零时 也就是共振等间隔出现 就将共振信号锁定在了屏幕的中央 得到与被测磁场对应的频率 再将测量结果转换成磁场值。3 4频率自动调节的控制程序单片机选用STC89C52该单片机简单、灵活易用。能够满足本程序的要求。将共振信号接入单片机的外部中断入口 设置中断由下降沿电平触发。共振波形经过上面所第三章边缘振荡器的设计和测量控制部分的实现37述的整形后 能够产生一个下降沿 触发单片机的外部中断。使用定时器0自动计数 当出现共振信号时 利用定时器0记录T1和T2的时间间隔 并输出T1 T2的值。具体主程序流程如图3 27所示。首先初始化相关变量 初始化时间间隔 令t1 设置中断寄存器。其次初始化定时器T0附初值0。令P1 out等待中断。3 27主程序流程图出现共振信号时 会进入中断服务程序。这里用到两个中断 定时器计满回零中断和外部中断。定时器0的中断服务函数流程如图3 28所示。主要是定时器计满数溢出时将TH0和TL0清零重新计数。同时另标志位c out幅值0x800x80的输出是共振信号在示波器的中间。初始化相关变量和中断寄存器将t out赋值给输出口P1 等待中断TH0 TL00开启定时器开始河北大学工学硕士学位论文38图3 28定时器0中断服务程序外部中断1的中断服务程序流程如图3 29所示。首先需要判断标志位c 可以理解为第零、一、二次计入中断的标志。第零次进入中断时将定时器附初值零。标志位置为1。第一次进入中断时 将定时器的值取出来 并另t1等于定时器的值。标志位c置为2。第二次进入中断时 取出定时器的值计算t2 并计算出t1与t2的差t dif。令t out dif0x80。标志位置为1 这样在主程序中始终输出t1 t2的值。直到调节到t1与t2相等 即自动调节到f0的频率。定时器附值TH0 TL00标志位c 0t out 0x80结束开始第三章边缘振荡器的设计和测量控制部分的实现39图3 29外部中断1中断程序流程图3 3测量显示控制程序上位机的测量显示程序用labview编写 既能实现磁场的测量与显示 又能将磁场的变化情况曲线显示出来。主要是实现与频率计SR620的通信 采集数据并处理。具体程序前面板界面如图3 30所示。初始化变量和标志位开始C TL00t out 0x80结束另标志位c 1取出定时器的值计算t1另标志位c 2取出定时器的值计算t2 计算t dif另标志位c 1012河北大学工学硕士学位论文40图3 30测量显示程序的前面板测量程序流程图如图3 31所示。首先进行初始化相关的变量和标志位等 然后 请用户手动选择探头类型 有水探头和重水探头。接着进行与频率计的通信 采集频率计测出的频率数据 最后将磁场值和磁场变化曲线显示出来。如此循环测量显示。图3 31测量显示程序流程图初始化SR620及其他变量显示磁场及波形采集频率数据t2请选择探头类型结束开始


 
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