核磁共振找水仪发射机控制系统的设计

　　0 引 言

　　地面核磁共振找水仪器是目前世界上唯一直接找水的高尖端技术仪器。地面NMR找水仪发射机是该仪器的核心部分，发射机要发射可调频率的交变电流脉冲来激发地下水中的氢核，才能产生核磁共振现象，同时发射机还要能控制发射时间、发射相位及死区时间，保证系统稳定可靠工作及NMR信号的有效接收和处理[1]。为此设计了高准确度的核磁共振找水仪发射机控制系统。

　　1 发射机控制系统的原理及组成

　　图1 是地面核磁共振找水仪发射机控制系统组成原理框图，主要由微处理器(STC89C54)、DDS、计数器、延迟电路和逻辑电路等组成。由STC89C54控制DDS的输出频率，通过延迟电路和逻辑电路输出发射机主电路H 桥的控制信号，同时由计数器来控制发射时间和死区时间.

　　2 总体设计方案

　　2.1 DDS及同相位发射模块

　　为满足发射机的要求，控制电路要精确产生频率、相位可调的信号。直接数字频率合成(DDS)是近年来发展迅猛的一种新的频率合成技术。DDS具有超高速的频率转换时间，极高的频率分辨率和较低的相位噪声，能实现频率、相位和幅度调制，此外还能可编程控制[ 2 ，3 ]。在发射机控制电路设计中利用DDS芯片在频率信号产生上的优势，可以提高发射信号的准确度。该部分电路如图2所示，由微处理器AT89C54来控制DDS芯片9850输出信号的频率，输出信号IOUT经2阶滤波器给AD9850内部高速比较器，最后由QOUT输出拉莫尔频率的方波信号OUT。

　　为保证发射机每次发射的信号相位相同，我们通过软件控制DDS芯片AD9850的控制字，每次输出信号的相位总是相同，另外把该输出信号作为与控制时序相关芯片的时钟，STC89C54单片机系统采用的是对DDS信号进行计数的方式进行计时，因此每次开启和关闭发射机发射信号的时刻都是在DDS信号的上升沿上，也就是说每次都是在相位零时刻实现发射机信号的发射和关闭，这样就保证了发射信号的输出相位相同[ 4 ]。

　　2.2 发射时间及死区时间控制电路

　　由发射机工作原理可知，发射机准确有序地工作需要三个时间的设定，那就是发射时间(0)、线圈释放能量时间称之为死区时间1(T1)和继电器的动作时间称之为死区时间2(T2)。这里我们采用可编程计数器8254来控制三个时间，电路如图3 所示：计数器0 控制发射时间，门控GATE0由发射机的上位机信号A控制其开始计数，时钟CKL0由DDS模块输出信号提供，输出OUT0在计数器计数时为低电平，计数结束为高电平;计数器1 控制死区时间1 ，GATE1由计数器0的OUT0来控制，显然这样可很容易验证死区时间1的大小;计数器2控制死区时间2，同样GATE2由计数器1的OUT1控制[5]。当然三个计数器的三个输出端还要与相应的逻辑电路相连，输出信号来控制系统后续电路，这里我们不再赘述。