[发明专利]一种用于磁共振系统的集成化矢量磁探测装置及方法

权利要求书

1.一种用于磁共振系统的集成化矢量磁探测装置，其特征在于：包括PC上位机、FPGA模块、微波源模块；

所述PC上位机与FPGA模块进行通信，由PC上位机配置FPGA模块的相应寄存器，所述FPGA模块连接微波源模块进行通信，通过FPGA配置微波源的工作模式及微波扫频区间，所述FPGA模块连接磁共振系统获得磁共振模拟信号，所述微波源模块连接磁共振系统提供微波输出；

所述FPGA模块实现多种仪器功能的集成化设计，包括信号预处理模块、数据采集卡模块、信号发生器模块、锁相放大器模块、PID控制器模块和示波器模块；

所述信号预处理模块连接所述数据采集卡模块、锁相放大器模块、PID控制器模块和示波器模块；所述数据采集卡模块连接所述示波器模块；所述信号发生器模块连接所述锁相放大器模块和示波器模块；所述锁相放大器模块连接所述PID控制器模块和示波器模块。

2.如权利要求1所述的一种用于磁共振系统的集成化矢量磁探测装置，其特征在于：所述磁共振系统是基于金刚石氮空位色心的光学磁共振系统，系统输入为所述微波源提供的微波输出，系统输出为磁共振模拟信号。

3.如权利要求1所述的一种用于磁共振系统的集成化矢量磁探测装置，其特征在于：所述信号预处理模块包含带通滤波子模块、直流偏移子模块、数字放大子模块；其中，带通滤波子模块用于抑制干扰噪声，获得模数转换芯片带宽范围内的可测信号；直流偏移子模块用于去除可测信号中的直流分量或补偿仪器本身的噪声偏移；数字放大子模块用于按照设定的放大倍数放大待测信号。

4.如权利要求1所述的一种用于磁共振系统的集成化矢量磁探测装置，其特征在于：所述数据采集卡模块包含触发子模块、序列关键子模块和乒乓存储子模块；

所述的触发子模块用于选择内触发或外触发采集模式，并在数据中记录下触发源的信息；序列关键子模块用于将采集到的可测信号送入FIFO或RAM中分组缓存；乒乓存储子模块用于依照采集卡的工作模式读取缓存中的数据，并通过以太网接口传输给PC上位机。

5.如权利要求1所述的一种用于磁共振系统的集成化矢量磁探测装置，其特征在于：所述的信号发生器模块用于产生两路0.3mHz～62.5MHz的模拟波形，用于将多块FPGA板卡级联起来扩展通道数，并且由PC上位机确定全部通道之间的固定相位差或同步输出；所述的信号发生器模块产生的信号可由外部触发信号进行同步触发，即满足触发条件后将从预设初始相位处重新开始输出波形。

6.如权利要求1所述的一种用于磁共振系统的集成化矢量磁探测装置，其特征在于：所述锁相放大器模块包括数字混频子模块和低通滤波子模块；数字混频子模块用于对外部输入的待测信号和参考信号进行乘法混频，输出含有高频不必要信号的解调信号；低通滤波子模块用于对解调信号中的高频不必要信号进行滤除，得到最终误差信号，即待测信号在参考信号频点处的强度值；所述的低通滤波子模块采用了5级级联的FIR抽取滤波器进行降采样，并且由一个可调系数FIR低通滤波器和滑动滤波器进行更小带宽的低通滤波。

7.如权利要求1所述的一种用于磁共振系统的集成化矢量磁探测装置，其特征在于：所述PID控制器模块包含误差计算子模块和控制量计算子模块；误差计算子模块用于根据可调整的采样周期计算实际值与设定值的误差；控制量计算子模块用于根据PC上位机配置的比例积分微分增益值，将误差代入进行相应计算得到反馈控制量；所述的PID控制器模块具有动态可调整的采样率以满足不同控制系统的带宽需求。

8.如权利要求1所述的一种用于磁共振系统的集成化矢量磁探测装置，其特征在于：所述示波器模块包含数据选择子模块，DMA传输子模块和PC上位机显示模块；数据选择子模块用于将不同通道的数据流按照可设定的采样率送入数据总线，在PC上位机可选择至多9个数据通道；DMA传输子模块用于将数据总线上的数据传输到DDR3存储器或SD存储器中，等待通过以太网接口发送到PC上位机中存储及分析；PC上位机显示模块用于将PC收到的数据进行缓存和可视化处理。