一種磁共振譜儀及基于fpga的磁共振譜儀控制裝置的制造方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了一種磁共振譜儀及基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置，其中，所述控制裝置包括：控制單元和轉(zhuǎn)換接收單元，所述控制單元包括時(shí)鐘源；所述控制裝置內(nèi)部的波形產(chǎn)生單元和信號(hào)接收單元經(jīng)同一個(gè)時(shí)鐘源同步。所述控制裝置包括兩種工作模式：連續(xù)波模式以及脈沖波模式；所述控制裝置能夠輸出經(jīng)過任意波調(diào)制的微波信號(hào)，且相較于現(xiàn)有技術(shù)中采用多個(gè)分離時(shí)鐘源的電子順磁共振譜儀控制裝置具有較高的同步性和時(shí)間分辨率，使得其控制下的電子順磁共振譜儀產(chǎn)生的脈沖形式的第二微波信號(hào)的脈沖寬度和脈沖相對(duì)延時(shí)的最小可分辨時(shí)間小，即所述第二微波信號(hào)的時(shí)間分辨率高。所述控制裝置基于FPGA設(shè)計(jì)，集成度高，設(shè)計(jì)靈活，成本低。
【專利說明】
一種磁共振譜儀及基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及磁共振領(lǐng)域以及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種磁共振譜儀及基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電子順磁共振(Electron Paramagnetic Resonance，EPR)技術(shù)是一種檢測(cè)樣品中未成對(duì)電子特性的譜學(xué)方法，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、物理、材料、環(huán)境、生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。順磁共振實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用到的電子順磁共振譜儀的工作模式主要分為脈沖波模式和連續(xù)波模式。
[0003]電子順磁共振技術(shù)中通常使用連續(xù)波式或脈沖波式的微波信號(hào)對(duì)電子自旋進(jìn)行激勵(lì)，最后使用電子學(xué)讀出的方法對(duì)電子自旋的量子態(tài)進(jìn)行測(cè)量。微波信號(hào)主要由任意波形發(fā)生器、方波發(fā)生器以及必要的微波器件來產(chǎn)生，電子學(xué)讀出主要通過基于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的數(shù)據(jù)采集單元來完成。
[0004]現(xiàn)有集成脈沖波模式和連續(xù)波模式的電子順磁共振譜儀通常采用獨(dú)立的任意波形發(fā)生器、方波發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集單元，通過上位機(jī)軟件分別實(shí)現(xiàn)對(duì)上述模塊的控制。這類設(shè)計(jì)中，各個(gè)模塊使用各自的時(shí)鐘基準(zhǔn)源，通過異步觸發(fā)實(shí)現(xiàn)同步，導(dǎo)致譜儀同步性差，難以應(yīng)用于時(shí)間分辨率較高的場(chǎng)合。另外，系統(tǒng)設(shè)備繁多，集成度低，成本高，在軟件和硬件上都很復(fù)雜，不易于調(diào)試，難以維護(hù)。
[0005]因此，如何提高順磁共振譜儀的時(shí)間分辨率，同時(shí)又能提高譜儀的集成度，且實(shí)現(xiàn)較高的設(shè)計(jì)靈活性，是技術(shù)人員面臨的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種磁共振譜儀及基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置。所述控制裝置具有較高的同步性，可以提高所述磁共振譜儀的時(shí)間分辨率，同時(shí)具有較高的集成度和設(shè)計(jì)靈活性。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案:
[0008]一種基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置，應(yīng)用于電子順磁共振譜儀，所述順磁共振譜儀包括:上位機(jī)、微波收發(fā)機(jī)、樣品腔，所述微波收發(fā)機(jī)具有微波開關(guān);所述控制裝置包括:控制單元和轉(zhuǎn)換接收單元，所述控制單元包括時(shí)鐘源;其中，
[0009]所述控制單元用于接收所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)和控制指令和根據(jù)所述時(shí)鐘源產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)生成工作時(shí)鐘信號(hào)，根據(jù)所述控制指令選擇所述控制裝置的預(yù)設(shè)工作模式，所述預(yù)設(shè)工作模式包括連續(xù)波模式和脈沖波模式；
[0010]當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述控制單元在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，根據(jù)所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)生成第一數(shù)字信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元用于接收所述第一數(shù)字信號(hào)，在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，利用所述第一數(shù)字信號(hào)與微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行處理，生成第二微波信號(hào)并向所述樣品腔發(fā)送，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào)；并接收所述第三微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將所述第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息；
[0011 ]當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述控制單元控制所述轉(zhuǎn)換接收單元產(chǎn)生參考信號(hào)，并控制所述微波收發(fā)機(jī)向所述樣品腔發(fā)送第一微波信號(hào)，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第四微波信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元用于接收經(jīng)過所述參考信號(hào)調(diào)制的第四微波信號(hào)，并將經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制后的第四微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將所述第三數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品ig息；
[0012]所述控制單元設(shè)置于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA中。
[0013]優(yōu)選的，當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述波形數(shù)據(jù)為脈沖波形數(shù)據(jù)，所述第二微波信號(hào)和所述第三微波信號(hào)為脈沖微波信號(hào)。
[0014]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)換接收單元包括波形轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)接收單元；
[0015]當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述波形轉(zhuǎn)換單元用于接收所述第一數(shù)字信號(hào)，在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，利用所述第一數(shù)字信號(hào)對(duì)所述微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行處理，生成第二微波信號(hào)，所述第二微波信號(hào)用于激勵(lì)樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào)；
[0016]所述信號(hào)接收單元用于接收所述脈沖微波信號(hào)形式的第三微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息。
[0017]優(yōu)選的，所述控制裝置還包括控制時(shí)鐘管理單元；
[0018]所述控制時(shí)鐘管理單元用于接收所述控制單元輸出的工作時(shí)鐘信號(hào)，并進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)以及驅(qū)動(dòng)能力的調(diào)節(jié)之后，向所述波形轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)接收單元傳輸。
[0019]優(yōu)選的，當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述第四微波信號(hào)為連續(xù)微波信號(hào)。
[0020]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)換接收單元包括波形轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)接收單元；
[0021]當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述微波收發(fā)機(jī)向所述樣品腔發(fā)送連續(xù)微波信號(hào)，所述連續(xù)微波信號(hào)用于激勵(lì)樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的連續(xù)微波信號(hào)形式的第四微波信號(hào)；
[0022]所述信號(hào)接收單元在所述控制單元的控制下發(fā)送參考信號(hào);所述信號(hào)接收單元用于接收經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制的攜帶有樣品信息的連續(xù)微波信號(hào)形式的第四微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息。
[0023]優(yōu)選的，所述控制裝置還包括存儲(chǔ)單元，所述預(yù)設(shè)工作模式還包括存儲(chǔ)模式；
[0024]當(dāng)所述控制裝置處于存儲(chǔ)模式時(shí)，所述控制單元將所述上位機(jī)傳送的波形數(shù)據(jù)傳送給所述存儲(chǔ)單元進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0025]優(yōu)選的，當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述控制單元用于從所述存儲(chǔ)單元中讀取所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理后生成第一數(shù)字信號(hào)。
[0026]優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)工作模式還包括方波模式；
[0027]當(dāng)所述控制裝置處于方波模式時(shí)，所述控制單元在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，根據(jù)所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)生成第一方波信號(hào)；
[0028]所述轉(zhuǎn)換接收單元用于接收所述第一方波信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行電平調(diào)節(jié)獲得第二方波信號(hào)并向所述微波收發(fā)機(jī)的微波開關(guān)輸出，用于驅(qū)動(dòng)所述微波開關(guān)，產(chǎn)生微波脈沖信號(hào)，所述微波脈沖信號(hào)用于激勵(lì)樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第四微波信號(hào);所述信號(hào)接收單元接收到所述第四微波信號(hào)后，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第四數(shù)字信號(hào)返回所述控制單元，以便所述控制單元將攜帶有樣品信息的第四數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品?目息O
[0029]—種磁共振譜儀，包括至少一個(gè)如上述任一實(shí)施例所述的控制裝置。
[0030]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種磁共振譜儀及基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置，所述控制裝置包括:控制單元和轉(zhuǎn)換接收單元;其中，所述控制單元內(nèi)部集成時(shí)鐘源，所述控制單元根據(jù)所述時(shí)鐘源產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)生成工作時(shí)鐘信號(hào)和用于接收所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)和控制指令，根據(jù)所述控制指令選擇所述控制裝置的預(yù)設(shè)工作模式，所述預(yù)設(shè)工作模式包括連續(xù)波模式和脈沖波模式；當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述控制單元在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，根據(jù)所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)生成第一數(shù)字信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元用于接收所述第一數(shù)字信號(hào)，在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，利用所述第一數(shù)字信號(hào)與微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行處理，生成第二微波信號(hào)并向所述樣品腔發(fā)送，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào);并接收所述第三微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將所述第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息；當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述控制單元控制所述轉(zhuǎn)換接收單元產(chǎn)生參考信號(hào)，并控制所述微波收發(fā)機(jī)向所述樣品腔發(fā)送第一微波信號(hào)，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第四微波信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元用于接收經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制后的第四微波信號(hào)，并將經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制后的第四微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將所述第三數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息;通過上述工作流程可以發(fā)現(xiàn)，所述控制單元通過同一個(gè)時(shí)鐘源產(chǎn)生工作時(shí)鐘信號(hào)，所述控制單元和轉(zhuǎn)換接收單元在同源的工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下完成對(duì)所述電子順磁共振譜儀的控制；同源的所述工作時(shí)鐘信號(hào)的同步性較高，因而所述控制裝置相較于現(xiàn)有技術(shù)中采用多個(gè)分離時(shí)鐘源的電子順磁共振譜儀控制裝置具有較高的同步性，而所述控制裝置的同步性越高，在其控制下的電子順磁共振譜儀產(chǎn)生的脈沖形式的第二微波信號(hào)的脈沖寬度和脈沖相對(duì)延時(shí)的最小可分辨時(shí)間寬度越小，即所述第二微波信號(hào)的時(shí)間分辨率越高。
【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的一種基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的一種控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的一種轉(zhuǎn)換接收單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的一種波形轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖5為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的一種信號(hào)接收單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖6為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供的一種控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖7為本發(fā)明的一個(gè)具體優(yōu)選實(shí)施例提供的一種基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]正如【背景技術(shù)】所述，現(xiàn)有順磁共振譜儀通常采用獨(dú)立的任意波形發(fā)生器、方波發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集單元來實(shí)現(xiàn)微波的產(chǎn)生和數(shù)據(jù)的采集，通過上位機(jī)軟件分別實(shí)現(xiàn)對(duì)上述模塊的控制。這類設(shè)計(jì)中，各個(gè)模塊使用各自的時(shí)鐘基準(zhǔn)源，通過異步觸發(fā)實(shí)現(xiàn)同步，導(dǎo)致譜儀同步性差，難以應(yīng)用于時(shí)間分辨率較高的場(chǎng)合。另外，系統(tǒng)設(shè)備繁多，集成度低，成本高，在軟件和硬件上都很復(fù)雜，不易于調(diào)試，難以維護(hù)。
[0040]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置，應(yīng)用于電子順磁共振譜儀，所述順磁共振譜儀包括:上位機(jī)、微波收發(fā)機(jī)、樣品腔;其特征在于，所述控制裝置包括:控制單元和轉(zhuǎn)換接收單元，所述控制單元包括時(shí)鐘源;其中，
[0041]所述控制單元用于接收所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)和控制指令和根據(jù)所述時(shí)鐘源產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)生成工作時(shí)鐘信號(hào)，根據(jù)所述控制指令選擇所述控制裝置的預(yù)設(shè)工作模式，所述預(yù)設(shè)工作模式包括連續(xù)波模式和脈沖波模式；
[0042]當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述控制單元在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，根據(jù)所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)生成第一數(shù)字信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元用于接收所述第一數(shù)字信號(hào)，在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，利用所述第一數(shù)字信號(hào)與微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行處理，生成第二微波信號(hào)并向所述樣品腔發(fā)送，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào)；并接收所述第三微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將所述第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息；
[0043]當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述控制單元控制所述轉(zhuǎn)換接收單元產(chǎn)生參考信號(hào)，并控制所述微波收發(fā)機(jī)向所述樣品腔發(fā)送第一微波信號(hào)，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第四微波信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元用于接收經(jīng)過所述參考信號(hào)調(diào)制的第四微波信號(hào)，并將經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制后的第四微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將所述第三數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品ig息；
[0044]所述控制單元設(shè)置于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA中。
[0045]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種磁共振譜儀及基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置，所述控制裝置包括:控制單元和轉(zhuǎn)換接收單元;其中，所述控制單元內(nèi)部集成時(shí)鐘源，所述控制單元用于接收所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)和控制指令和根據(jù)所述時(shí)鐘源產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)生成工作時(shí)鐘信號(hào)，根據(jù)所述控制指令選擇所述控制裝置的預(yù)設(shè)工作模式，所述預(yù)設(shè)工作模式包括連續(xù)波模式和脈沖波模式；當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述控制單元在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，根據(jù)所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)生成第一數(shù)字信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元用于接收所述第一數(shù)字信號(hào)，在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，利用所述第一數(shù)字信號(hào)與微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行處理，生成第二微波信號(hào)并向所述樣品腔發(fā)送，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào);并接收所述第三微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將所述第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息；當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述控制單元控制所述轉(zhuǎn)換接收單元產(chǎn)生參考信號(hào)，并控制所述微波收發(fā)機(jī)向所述樣品腔發(fā)送第一微波信號(hào)，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第四微波信號(hào)；所述轉(zhuǎn)換接收單元用于接收經(jīng)過所述參考信號(hào)調(diào)制后的第四微波信號(hào)，并將經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制后的第四微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將所述第三數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息；通過上述工作流程可以發(fā)現(xiàn)，所述控制單元通過同一個(gè)時(shí)鐘源產(chǎn)生工作時(shí)鐘信號(hào)，所述控制單元和轉(zhuǎn)換接收單元在同源的工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下完成對(duì)所述電子順磁共振譜儀的控制；同源的所述工作時(shí)鐘信號(hào)的同步性較高，因而所述控制裝置相較于現(xiàn)有技術(shù)中采用多個(gè)分離時(shí)鐘源的電子順磁共振譜儀具有較高的同步性，在其控制下的電子順磁共振譜儀產(chǎn)生的脈沖形式的第二微波信號(hào)的脈沖寬度和脈沖相對(duì)延時(shí)的最小可分辨時(shí)間分辨率越尚O
[0046]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0047]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置，應(yīng)用于電子順磁共振譜儀，所述順磁共振譜儀包括:上位機(jī)、微波收發(fā)機(jī)、樣品腔；如圖1所示，所述控制裝置包括:控制單元200和轉(zhuǎn)換接收單元300，所述控制單元200包括時(shí)鐘源100;其中，
[0048]所述控制單元200用于接收所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)和控制指令和根據(jù)所述時(shí)鐘源100產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)生成工作時(shí)鐘信號(hào)，根據(jù)所述控制指令選擇所述控制裝置的預(yù)設(shè)工作模式，所述預(yù)設(shè)工作模式包括連續(xù)波模式和脈沖波模式；
[0049]當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述控制單元200在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，根據(jù)所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)生成第一數(shù)字信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元300用于接收所述第一數(shù)字信號(hào)，在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，利用所述第一數(shù)字信號(hào)與微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行處理，生成第二微波信號(hào)并向所述樣品腔發(fā)送，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào)；并接收所述第三微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元200，以便所述控制單元200將攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息；
[OOM]當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述控制單元200控制所述轉(zhuǎn)換接收單元300產(chǎn)生參考信號(hào)，并控制所述微波收發(fā)機(jī)向所述樣品腔發(fā)送第一微波信號(hào)，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第四微波信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元300用于接收經(jīng)過所述參考信號(hào)調(diào)制的第四微波信號(hào)，并將經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制后的第四微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元200，以便所述控制單元200將所述第三數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息；
[0051 ] 所述控制單元200設(shè)置于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA中。
[0052]具體的，所述控制單元200利用所述第一數(shù)字信號(hào)與微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行的處理一般包括，將所述第一數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換成為基帶信號(hào)，基帶信號(hào)和所述第一微波信號(hào)經(jīng)過調(diào)制產(chǎn)生第二微波信號(hào)。但上述過程僅為利用所述第一數(shù)字信號(hào)與所述第一微波信號(hào)進(jìn)行處理的一般流程，本申請(qǐng)對(duì)此并不做限定，具體視實(shí)際情況而定。
[0053]需要說明的是，在現(xiàn)有技術(shù)中，上位機(jī)分別與所述控制裝置的波形產(chǎn)生單元、通訊控制單元200和數(shù)據(jù)采集單元連接，所述波形產(chǎn)生單元、通訊控制單元200和數(shù)據(jù)采集單元由其各自內(nèi)部的時(shí)鐘源100提供各自的時(shí)鐘信號(hào)，在所述上位機(jī)向其輸送的控制指令的控制下向所述樣品腔輸出連續(xù)波或脈沖波式的微波信號(hào)。并且在現(xiàn)有技術(shù)中的控制裝置控制下的電子順磁共振譜儀只能輸出一種或幾種相位、幅度和頻率固定的微波信號(hào)，用戶不能根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)要求或工作目的調(diào)節(jié)其輸出的微波信號(hào)的相位、幅度和頻率，用戶的自由度低。
[0054]而在本實(shí)施例中，所述時(shí)鐘源100用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；所述控制單元200用于接收所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)和控制指令和用于接收所述時(shí)鐘信號(hào)，根據(jù)所述時(shí)鐘信號(hào)生成工作時(shí)鐘信號(hào)，根據(jù)所述控制指令選擇所述控制裝置的預(yù)設(shè)工作模式，所述預(yù)設(shè)工作模式包括連續(xù)波模式和脈沖波模式；當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述控制單元200在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，根據(jù)所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)生成第一數(shù)字信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元300用于接收所述第一數(shù)字信號(hào)，在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，利用所述第一數(shù)字信號(hào)與微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行處理，生成第二微波信號(hào)并向所述樣品腔發(fā)送，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào);并接收所述第三微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元200，以便所述控制單元200將所述第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息；當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述控制單元200控制所述轉(zhuǎn)換接收單元300產(chǎn)生參考信號(hào)，并控制所述微波收發(fā)機(jī)向所述樣品腔發(fā)送第一微波信號(hào)，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第四微波信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元300用于接收經(jīng)過所述參考信號(hào)調(diào)制的第四微波信號(hào)，并將經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制后的第四微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元200，以便所述控制單元200將所述第三數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息；通過上述工作流程可以發(fā)現(xiàn)，所述控制單元200通過同一個(gè)時(shí)鐘源100產(chǎn)生工作時(shí)鐘信號(hào)，所述控制單元200和轉(zhuǎn)換接收單元300在同源的工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下完成對(duì)所述電子順磁共振譜儀的控制；同源的所述工作時(shí)鐘信號(hào)的同步性較高，因而所述控制裝置相較于現(xiàn)有技術(shù)中采用多個(gè)分離時(shí)鐘源100的電子順磁共振譜儀控制裝置具有較高的同步性，而所述控制裝置的同步性越高，在其控制下的電子順磁共振譜儀產(chǎn)生的脈沖形式的第二微波信號(hào)的脈沖寬度和脈沖相對(duì)延時(shí)的最小可分辨時(shí)間分辨率越高。
[0055]進(jìn)一步的，本發(fā)明實(shí)施例所述的控制裝置可以接收上位機(jī)傳送的波形數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生所述第一微波信號(hào)。用戶可以編寫時(shí)域上一定帶寬范圍內(nèi)的任意波形數(shù)據(jù)，這意味著最終產(chǎn)生的第一微波信號(hào)的波形的幅度、相位、頻率都是可以實(shí)時(shí)控制的，以所述任意波形數(shù)據(jù)為基帶信號(hào)，與微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后可實(shí)現(xiàn)所述第一微波信號(hào)的幅度、相位、頻率的實(shí)時(shí)快速調(diào)制。因此所述第一微波信號(hào)的幅度、相位和頻率可以由用戶通過所述上位機(jī)輸入不同的波形數(shù)據(jù)而獲得，滿足了用戶不同的實(shí)驗(yàn)或工作需求，提高了用戶的自由度。
[0056]還需要說明的是，在本實(shí)施例中，由于所述上位機(jī)需要將波形數(shù)據(jù)向所述控制單元200進(jìn)行傳送，因此所述控制單元200與所述上位機(jī)之間需要利用高速的數(shù)據(jù)傳輸接口，以滿足所述波形數(shù)據(jù)的傳輸需求。而所述控制指令相較于所述波形數(shù)據(jù)而言，其對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度的要求很低，只要能夠滿足所述波形數(shù)據(jù)的傳輸需求，就能滿足所述控制指令的傳輸需求。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述上位機(jī)與所述控制單元200之間通過串行數(shù)據(jù)接口連接;在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述上位機(jī)與所述控制單元200之間通過并行數(shù)據(jù)接口連接;在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述上位機(jī)與所述控制單元200之間通過USB數(shù)據(jù)接口連接;本發(fā)明對(duì)此并不做限定，具體視實(shí)際情況而定。
[0057]進(jìn)一步的，現(xiàn)成可編程門陣列(Field— Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)是一種硬件可重復(fù)編程的芯片，F(xiàn)PGA的可重復(fù)編程不僅體現(xiàn)在內(nèi)部邏輯單元的功能可現(xiàn)場(chǎng)重新配置，其I/O管腳以及工作時(shí)鐘分配都可以重新定義，因此基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置具有成本低、集成度高、配置靈活等優(yōu)點(diǎn)。FPGA內(nèi)部的時(shí)鐘源100可以為所述控制裝置提供時(shí)鐘信號(hào)，但在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述時(shí)鐘源100并不與所述控制單元200集成于同一塊FPGA中，所述時(shí)鐘源100設(shè)置于其他芯片或器件中。本發(fā)明對(duì)此并不做限定，具體視實(shí)際情況而定。
[0058]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述FPGA為SRAM型，其型號(hào)為Virtex-7，所述型號(hào)的FPGA具有性能強(qiáng)、速度快且可重復(fù)配置的優(yōu)點(diǎn)。但在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述FPGA為DRAM型。本發(fā)明對(duì)所述FPGA的具體類型和所述FPGA的具體型號(hào)并不做限定，具體視實(shí)際情況而定。
[0059]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述波形數(shù)據(jù)為脈沖波形數(shù)據(jù)，所述第二微波信號(hào)和所述第三微波信號(hào)為脈沖微波信號(hào)。
[0060]所述轉(zhuǎn)換接收單元300接收到所述第一數(shù)字信號(hào)后，在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，利用所述第一數(shù)字信號(hào)對(duì)所述微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行處理，生成脈沖微波信號(hào)形式的第二微波信號(hào)，所述脈沖微波信號(hào)形式的第二微波信號(hào)用于激勵(lì)樣品腔中的樣品產(chǎn)生脈沖微波信號(hào)形式的攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào)；并接收所述第三微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元200，以便所述控制單元200將攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息。
[0061]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換接收單元300包括波形轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)接收單元；
[0062]當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述波形轉(zhuǎn)換單元用于接收所述第一數(shù)字信號(hào)，在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，利用所述第一數(shù)字信號(hào)對(duì)所述微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行處理，生成第二微波信號(hào)，所述第二微波信號(hào)用于激勵(lì)樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào)；
[0063]所述信號(hào)接收單元用于接收所述脈沖微波信號(hào)形式的第三微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元200，以便所述控制單元200將攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息。
[0064]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，所述控制裝置還包括控制時(shí)鐘管理單元；
[0065]所述控制時(shí)鐘管理單元用于接收所述控制單元200輸出的工作時(shí)鐘信號(hào)，并進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)以及驅(qū)動(dòng)能力的調(diào)節(jié)之后，向所述波形轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)接收單元傳輸。
[0066]需要說明的是，在本實(shí)施例中，設(shè)置所述控制時(shí)鐘管理單元的目的是集中管理所述控制單元200輸出的工作時(shí)鐘信號(hào)。
[0067]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述第四微波信號(hào)為連續(xù)微波信號(hào)。
[0068]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換接收單元300包括波形轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)接收單元；
[0069]當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述微波收發(fā)機(jī)向所述樣品腔發(fā)送連續(xù)微波信號(hào)，所述連續(xù)微波信號(hào)用于激勵(lì)樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的連續(xù)微波信號(hào)形式的第四微波信號(hào)；
[0070]所述信號(hào)接收單元在所述控制單元的控制下發(fā)送參考信號(hào);所述信號(hào)接收單元用于接收經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制的攜帶有樣品信息的連續(xù)微波信號(hào)形式的第四微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元200，以便所述控制單元200將攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息。
[0071]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述控制裝置還包括存儲(chǔ)單元，所述預(yù)設(shè)工作模式還包括存儲(chǔ)模式；
[0072]當(dāng)所述控制裝置處于存儲(chǔ)模式時(shí)，所述控制單元200將所述上位機(jī)傳送的波形數(shù)據(jù)傳送給所述存儲(chǔ)單元進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0073]需要說明的是，設(shè)置所述存儲(chǔ)單元的目的在于當(dāng)所述控制裝置工作時(shí)，可以預(yù)先將常用的所述波形數(shù)據(jù)向所述存儲(chǔ)單元中進(jìn)行存儲(chǔ)，而不用每次都要從所述上位機(jī)中向所述控制裝置中傳輸波形數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)化所述控制裝置的工作流程。當(dāng)所述控制裝置處于存儲(chǔ)模式時(shí)，所述上位機(jī)向所述控制單元200發(fā)送所述波形數(shù)據(jù)以及控制指令，所述控制指令中包含存儲(chǔ)地址;所述控制單元200根據(jù)所述存儲(chǔ)地址將所述波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)單元中。由于根據(jù)存儲(chǔ)地址向內(nèi)存中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的流程已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，本發(fā)明在此不做贅述。
[0074]在本實(shí)施例中，所述存儲(chǔ)單元的內(nèi)存規(guī)格為DDR3型。但在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述存儲(chǔ)單元的內(nèi)存規(guī)格為DDR4型。本發(fā)明對(duì)所述存儲(chǔ)單元的內(nèi)存規(guī)格的具體類型并不做限定，只有能夠?qū)崿F(xiàn)快速存儲(chǔ)與讀取數(shù)據(jù)即可，具體視實(shí)際情況而定。
[0075]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述控制單元200用于從所述存儲(chǔ)單元中讀取所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理后生成第一數(shù)字信號(hào)。
[0076]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述微波收發(fā)機(jī)具有微波開關(guān)，所述預(yù)設(shè)工作模式還包括方波模式；
[0077]當(dāng)所述控制裝置處于方波模式時(shí)，所述控制單元200在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，根據(jù)所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)生成第一方波信號(hào)；
[0078]所述轉(zhuǎn)換接收單元300用于接收所述第一方波信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行電平調(diào)節(jié)獲得第二方波信號(hào)并向所述微波收發(fā)機(jī)的微波開關(guān)輸出，用于驅(qū)動(dòng)所述微波開關(guān)，產(chǎn)生微波脈沖信號(hào)，所述微波脈沖信號(hào)用于激勵(lì)樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第四微波信號(hào)；所述轉(zhuǎn)換接收單元300接收到所述第四微波信號(hào)后，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第四數(shù)字信號(hào)返回所述控制單元200，以便所述控制單元200將攜帶有樣品信息的第四數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息。
[0079]需要說明的是，所述第二方波信號(hào)用于控制所述微波開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)；當(dāng)所述第二方波信號(hào)處于高電平時(shí)，所述微波開關(guān)開啟，所述微波收發(fā)機(jī)發(fā)送的第一微波信號(hào)得以通過;當(dāng)所述第二方波信號(hào)處于低電平時(shí)，所述微波開關(guān)關(guān)閉，所述微波收發(fā)機(jī)發(fā)送的第一微波信號(hào)不能通過，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一微波信號(hào)的調(diào)制，生成所述微波方波信號(hào)。但在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以當(dāng)所述第二方波信號(hào)處于低電平時(shí)，所述微波開關(guān)開啟，所述微波收發(fā)機(jī)發(fā)送的第一微波信號(hào)得以通過；當(dāng)所述第二方波信號(hào)處于高電平時(shí)，所述微波開關(guān)關(guān)閉，所述微波收發(fā)機(jī)發(fā)送的第一微波信號(hào)不能通過。用戶可以通過調(diào)節(jié)所述第二方波信號(hào)高低電平的持續(xù)時(shí)間來調(diào)節(jié)所述微波方波信號(hào)的周期。
[0080]還需要說明的是，在本實(shí)施例中，所述微波脈沖信號(hào)可以應(yīng)用于不需要幅度、相位、頻率快速調(diào)制的場(chǎng)合。并且所述控制單元200將所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)串處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)率翻倍，并結(jié)合延時(shí)鏈技術(shù)進(jìn)行延時(shí)處理，使得所述微波方波信號(hào)的時(shí)間分辨率可以達(dá)到5 O P s的量級(jí)，相較于在任意波模式下輸出的微波方波信號(hào)的時(shí)間分辨率更高。由于利用所述延時(shí)鏈技術(shù)對(duì)方波進(jìn)行延時(shí)處理的方法已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，本發(fā)明對(duì)其具體過程和原理本發(fā)明在此并不做贅述。
[0081]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，如圖2所示，所述控制單元200包括管理模塊210、方波數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊230、任意波數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊240、時(shí)鐘管理模塊250、數(shù)據(jù)讀取模塊220和串行外設(shè)接口管理模塊260;
[0082]所述時(shí)鐘管理模塊250用于接收時(shí)鐘源100產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)，并根據(jù)所述時(shí)鐘信號(hào)生成工作時(shí)鐘信號(hào)，所述工作時(shí)鐘信號(hào)包括系統(tǒng)工作時(shí)鐘信號(hào)、數(shù)據(jù)率加倍時(shí)鐘信號(hào)和參考時(shí)鐘信號(hào)；
[0083]所述管理模塊210用于接收所述上位機(jī)傳送的波形數(shù)據(jù)和控制指令，根據(jù)所述控制指令選擇所述控制裝置的預(yù)設(shè)工作模式，所述預(yù)設(shè)工作模式包括連續(xù)波模式、脈沖波模式、存儲(chǔ)模式和方波模式；
[0084]當(dāng)所述控制裝置處于存儲(chǔ)模式時(shí)，所述管理模塊210將上位機(jī)傳送的波形數(shù)據(jù)與控制指令中的存儲(chǔ)地址將所述波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)單元中；
[0085]所述波形數(shù)據(jù)包括原始任意波數(shù)據(jù)和原始方波數(shù)據(jù)；
[0086]當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述管理模塊210從所述存儲(chǔ)單元中讀取原始任意波數(shù)據(jù)并將其傳送給所述任意波數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊240，所述任意波數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊240在數(shù)據(jù)率加倍時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下對(duì)所述原始任意波數(shù)據(jù)進(jìn)行高速并轉(zhuǎn)串處理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)率翻倍，獲得第一數(shù)字信號(hào)并向所述波形轉(zhuǎn)換單元傳送；
[0087]當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述管理模塊210通過所述數(shù)據(jù)讀取模塊220在所述參考時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，控制所述轉(zhuǎn)換接收單元300產(chǎn)生參考信號(hào)；
[0088]當(dāng)所述控制裝置處于方波模式時(shí)，所述管理模塊210從所述存儲(chǔ)單元中讀取原始方波數(shù)據(jù)并將其傳送給所述方波數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊230，所述方波數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊230在數(shù)據(jù)率加倍時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下對(duì)所述原始方波數(shù)據(jù)進(jìn)行高速并轉(zhuǎn)換處理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)率翻倍，并結(jié)合延時(shí)鏈技術(shù)對(duì)其進(jìn)行延時(shí)處理后獲得第一方波信號(hào)向所述轉(zhuǎn)換接收單元300發(fā)送；
[0089]所述控制指令通過所述串行外設(shè)接口管理模塊260向所述轉(zhuǎn)換接收單元300傳輸。
[0090]需要說明的是，在本實(shí)施例中，當(dāng)所述控制裝置處于存儲(chǔ)模式時(shí)，所述管理模塊210將上位機(jī)傳送的波形數(shù)據(jù)與控制指令中的存儲(chǔ)地址將所述波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)單元中；當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述管理模塊210根據(jù)上位機(jī)傳送的控制指令中的地址信息從所述存儲(chǔ)單元中讀取原始任意波數(shù)據(jù)，經(jīng)過實(shí)時(shí)處理后將其送入所述管理模塊210內(nèi)的高速并轉(zhuǎn)串模塊中進(jìn)行并行數(shù)據(jù)向串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)率翻倍，得到所述第一數(shù)字信號(hào)；然后通過FPGA的雙倍率數(shù)據(jù)輸出I/O端口向所述轉(zhuǎn)換接收單元300傳輸；當(dāng)所述控制裝置處于方波模式時(shí)，所述管理模塊210根據(jù)上位機(jī)傳送的控制指令中的地址信息從所述存儲(chǔ)單元中讀取原始方波數(shù)據(jù)，經(jīng)過所述FPGA內(nèi)部邏輯進(jìn)行譯碼后，將方波數(shù)字信號(hào)送入所述FPGA內(nèi)的高速并轉(zhuǎn)串模塊中進(jìn)行并行數(shù)據(jù)向串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)率的翻倍，然后利用延時(shí)鏈技術(shù)對(duì)其進(jìn)行延時(shí)處理，得到所述第一方波信號(hào)并向所述轉(zhuǎn)換接收單元300傳輸。
[0091]還需要說明的是，為了在數(shù)據(jù)高速傳輸條件下滿足FPGA內(nèi)部邏輯設(shè)計(jì)的信號(hào)完整性，上述邏輯單元的布局布線都依據(jù)FPGA底層設(shè)計(jì)約束條件設(shè)計(jì)完成，以將并行數(shù)據(jù)的輸出時(shí)間對(duì)齊，保證信號(hào)輸出的正確性。
[0092]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，所述轉(zhuǎn)換接收單元300包括波形轉(zhuǎn)換單元310和信號(hào)接收單元320;其中，如圖4所示，所述波形轉(zhuǎn)換單元310包括方波驅(qū)動(dòng)模塊311、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊312和正交調(diào)制器313;其中，
[0093]所述方波驅(qū)動(dòng)模塊311用于在所述控制裝置處于方波模式時(shí)，接收所述第一方波信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行電平調(diào)節(jié)獲得第二方波信號(hào)，以使其達(dá)到驅(qū)動(dòng)微波開關(guān)的要求，所述第二方波信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)所述微波開關(guān)，產(chǎn)生微波方波信號(hào)；
[0094]所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊312用于在所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，接收所述第一數(shù)字信號(hào)，在所述系統(tǒng)工作時(shí)鐘的觸發(fā)下對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理獲得第一子信號(hào)和第二子信號(hào)并向所述正交調(diào)制器313傳輸；
[0095]所述正交調(diào)制器313用于接收所述第一子信號(hào)、第二子信號(hào)及所述微波收發(fā)機(jī)發(fā)送的第一微波信號(hào)L0;對(duì)所述第一子信號(hào)、第二子信號(hào)及所述微波收發(fā)機(jī)發(fā)送的第一微波信號(hào)LO進(jìn)行調(diào)制后獲得所述第二微波信號(hào)，所述第二微波信號(hào)用于激勵(lì)樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào)。
[0096]如圖5所示，所述信號(hào)接收單元320包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊321、振蕩器322、正交解調(diào)器323和檢波器324;其中，
[0097]所述振蕩器322用于在所述控制單元200的控制下產(chǎn)生參考信號(hào)；
[0098]所述檢波器324用于當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)接收經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制的攜帶有樣品信息的連續(xù)微波信號(hào)形式的第四微波信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行非相干解調(diào)后獲得攜帶有樣品信息的連續(xù)微波信號(hào)形式的第一模擬信號(hào)，并將其傳送給所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊321;
[0099]所述正交解調(diào)器323用于當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)接收所述樣品腔返回的攜帶有樣品信息的脈沖波信號(hào)形式的第三微波信號(hào)，結(jié)合所述微波收發(fā)機(jī)發(fā)送的第一微波信號(hào)LO進(jìn)行處理獲得攜帶有樣品信息的脈沖波信號(hào)形式的第一模擬信號(hào)并向所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊321傳輸；
[0100]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊321在所述系統(tǒng)工作時(shí)鐘的觸發(fā)下，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)或第三數(shù)字信號(hào)，并向所述模數(shù)數(shù)據(jù)管理模塊210傳輸。
[0101]需要說明的是，在本實(shí)施例中，如圖6所示，所述數(shù)據(jù)讀取模塊220包括:數(shù)字鎖相放大模塊221和模數(shù)數(shù)據(jù)管理模塊222;其中，
[0102]所述數(shù)字鎖相放大模塊221用于當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，在所述參考時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下控制所述振蕩器322產(chǎn)生參考信號(hào)，并通過所述模數(shù)數(shù)據(jù)管理模塊222接收攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行處理后傳送給所述管理模塊210。
[0103]當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述模數(shù)數(shù)據(jù)管理模塊222用于接收所述攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)并傳送給所述數(shù)字鎖相放大模塊221;當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述模數(shù)數(shù)據(jù)管理模塊222用于接收所述攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行處理后傳送給所述管理模塊210。
[0104]還需要說明的是，在本實(shí)施例中，所述控制單元200與所述上位機(jī)之間通過USB總線控制單元200連接;所述存儲(chǔ)單元采取DDR3存儲(chǔ)格式;所述鼓勵(lì)模塊包括USB控制模塊、DDR3管理模塊210以及核心管理模塊210;其中，
[0105]所述USB控制模塊用于控制所述上位機(jī)與所述控制單元200之間的數(shù)據(jù)傳輸;所述DDR3管理模塊210用于對(duì)所述存儲(chǔ)單元進(jìn)行管理，根據(jù)所述上位機(jī)的控制指令進(jìn)行波形數(shù)據(jù)的讀取以及存儲(chǔ)操作;所述核心管理模塊210執(zhí)行所述管理模塊210的其他功能。
[0106]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在本發(fā)明的一個(gè)具體優(yōu)選實(shí)施例中，如圖7所示，所述控制裝置包括:控制單元200、波形轉(zhuǎn)換單元310、輸出時(shí)鐘管理單元400及信號(hào)接收單元320，所述控制單元200包括時(shí)鐘源100;其中，
[0107]所述時(shí)鐘源100與控制單元200集成于同一塊FPGA中，為了表示方便，圖7中并未標(biāo)識(shí)出所述時(shí)鐘源100;
[0108]所述控制單元200包括管理模塊210、方波數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊230、任意波數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊240、時(shí)鐘管理模塊250、數(shù)據(jù)讀取模塊220和串行外設(shè)接口管理模塊260;
[0109]所述時(shí)鐘管理模塊250用于接收時(shí)鐘源100產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)，并根據(jù)所述時(shí)鐘信號(hào)生成工作時(shí)鐘信號(hào)，所述工作時(shí)鐘信號(hào)包括系統(tǒng)工作時(shí)鐘信號(hào)、數(shù)據(jù)率加倍時(shí)鐘信號(hào)和參考時(shí)鐘信號(hào)；
[0110]所述管理模塊210用于接收所述上位機(jī)傳送的波形數(shù)據(jù)和控制指令，根據(jù)所述控制指令選擇所述控制裝置的預(yù)設(shè)工作模式，所述預(yù)設(shè)工作模式包括連續(xù)波模式、脈沖波模式、存儲(chǔ)模式和方波模式；
[0111]當(dāng)所述控制裝置處于存儲(chǔ)模式時(shí)，所述管理模塊210將上位機(jī)傳送的波形數(shù)據(jù)與控制指令中的存儲(chǔ)地址將所述波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)單元500中；
[0112]所述波形數(shù)據(jù)包括原始任意波數(shù)據(jù)和原始方波數(shù)據(jù)；
[0113]當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述管理模塊210從所述存儲(chǔ)單元500中讀取原始任意波數(shù)據(jù)并將其傳送給所述任意波數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊240，所述任意波數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊240在數(shù)據(jù)率加倍時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下對(duì)所述原始任意波數(shù)據(jù)進(jìn)行高速并轉(zhuǎn)串處理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)率翻倍，獲得第一數(shù)字信號(hào)并向所述波形轉(zhuǎn)換單元310傳送；
[0114]當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述管理模塊210通過所述數(shù)據(jù)讀取模塊220在所述參考時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，通過所述數(shù)字鎖相放大模塊221控制所述振蕩器324產(chǎn)生參考?目號(hào);
[0115]當(dāng)所述控制裝置處于方波模式時(shí)，所述管理模塊210從所述存儲(chǔ)單元500中讀取原始方波數(shù)據(jù)并將其傳送給所述方波數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊230，所述方波數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊230在數(shù)據(jù)率加倍時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下對(duì)所述原始方波數(shù)據(jù)進(jìn)行高速并轉(zhuǎn)換處理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)率翻倍，并結(jié)合延時(shí)鏈技術(shù)對(duì)其進(jìn)行延時(shí)處理后獲得第一方波信號(hào)向所述轉(zhuǎn)換接收單元300發(fā)送；
[0116]所述控制指令通過所述串行外設(shè)接口管理模塊260向所述波形轉(zhuǎn)換單元310及信號(hào)接收單元320傳輸。
[0117]所述波形轉(zhuǎn)換單元310包括方波驅(qū)動(dòng)模塊311、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊312和正交調(diào)制器313;其中，
[0118]所述方波驅(qū)動(dòng)模塊311用于在所述控制裝置處于方波模式時(shí)，接收所述第一方波信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行電平調(diào)節(jié)獲得第二方波信號(hào)，以使其達(dá)到驅(qū)動(dòng)微波開關(guān)的要求，所述第二方波信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)所述微波開關(guān)，產(chǎn)生微波方波信號(hào)；
[0119]所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊312用于在所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，接收所述第一數(shù)字信號(hào)，在所述系統(tǒng)工作時(shí)鐘的觸發(fā)下對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理獲得第一子信號(hào)和第二子信號(hào)并向所述正交調(diào)制器313傳輸；
[0120]所述正交調(diào)制器313用于接收所述第一子信號(hào)、第二子信號(hào)及所述微波收發(fā)機(jī)發(fā)送的第一微波信號(hào)L0;對(duì)所述第一子信號(hào)、第二子信號(hào)及所述微波收發(fā)機(jī)發(fā)送的第一微波信號(hào)LO進(jìn)行調(diào)制后獲得所述第二微波信號(hào)，所述第二微波信號(hào)用于激勵(lì)樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào)。
[0121]所述檢波器324用于當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)接收經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制的攜帶有樣品信息的連續(xù)微波信號(hào)形式的第四微波信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行非相干解調(diào)后獲得攜帶有樣品信息的連續(xù)微波信號(hào)形式的第一模擬信號(hào)，并將其傳送給所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊321;
[0122]所述正交解調(diào)器323用于當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)接收所述樣品腔返回的攜帶有樣品信息的脈沖波信號(hào)形式的第三微波信號(hào)，結(jié)合所述微波收發(fā)機(jī)發(fā)送的第一微波信號(hào)LO進(jìn)行處理獲得攜帶有樣品信息的脈沖波信號(hào)形式的第一模擬信號(hào)并向所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊321傳輸；
[0123]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊321在所述系統(tǒng)工作時(shí)鐘的觸發(fā)下，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)，并向所述模數(shù)數(shù)據(jù)管理模塊222傳輸。
[0124]所述輸出時(shí)鐘管理單元400與所述時(shí)鐘管理模塊250連接，用于接收所述系統(tǒng)工作時(shí)鐘信號(hào)，并向所述波形轉(zhuǎn)換單元310及信號(hào)接收單元320提供所述系統(tǒng)工作時(shí)鐘信號(hào)。
[0125]在本實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)讀取模塊220包括:數(shù)字鎖相放大模塊221和模數(shù)數(shù)據(jù)管理模塊222;其中，
[0126]所述數(shù)字鎖相放大模塊221用于當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，在所述參考時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下控制所述振蕩器324產(chǎn)生參考信號(hào)，并通過所述模數(shù)數(shù)據(jù)管理模塊222接收攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行處理后傳送給所述管理模塊210。
[0127]當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述模數(shù)數(shù)據(jù)管理模塊222用于接收所述攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)并傳送給所述數(shù)字鎖相放大模塊221;當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述模數(shù)數(shù)據(jù)管理模塊222用于接收所述攜帶有樣品信息的第二樣品信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行處理后傳送給所述管理模塊210。
[0128]還需要說明的是，在本實(shí)施例中，所述控制單元200與所述上位機(jī)之間通過USB總線控制單元200連接;所述存儲(chǔ)單元500采取DDR3存儲(chǔ)格式;所述管理模塊包括USB控制模塊、DDR3管理模塊210以及核心管理模塊210;其中，
[0129]所述USB控制模塊用于控制所述上位機(jī)與所述控制單元200之間的數(shù)據(jù)傳輸;所述DDR3管理模塊210用于對(duì)所述存儲(chǔ)單元500進(jìn)行管理，根據(jù)所述上位機(jī)的控制指令進(jìn)行波形數(shù)據(jù)的讀取以及存儲(chǔ)操作;所述核心管理模塊210與所述微波收發(fā)機(jī)的微波橋All連接以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述微波收發(fā)機(jī)的控制，并執(zhí)行所述管理模塊210的其他功能。
[0130]相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種電子順磁共振譜儀，所述電子順磁共振譜儀包括:至少一個(gè)如上述任一實(shí)施例所述的控制裝置。
[0131]相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種電子磁共振譜儀的控制方法，包括:
[0132]步驟一:上位機(jī)向譜儀控制裝置發(fā)送控制命令+地址+數(shù)據(jù)，選擇工作模式，若工作于連續(xù)波模式，則進(jìn)入步驟二，若工作于脈沖模式，則進(jìn)入步驟三，若工作于數(shù)據(jù)傳輸模式，則進(jìn)入步驟四；
[0133]步驟二:FPGA通過所述控制單元內(nèi)部的串行總線控制模塊，控制所述信號(hào)接收單元內(nèi)部的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過所述控制單元內(nèi)部的數(shù)字鎖相放大模塊進(jìn)一步處理，得到連續(xù)波式的樣品信號(hào)，結(jié)束；
[0134]步驟三:上位機(jī)向譜儀控制裝置發(fā)送控制命令，控制波形的產(chǎn)生，同時(shí)控制所述信號(hào)接收單元進(jìn)行信號(hào)采集，經(jīng)過所述控制單元內(nèi)部的ADC數(shù)據(jù)管理模塊，得到脈沖式的樣品信號(hào)，結(jié)束；
[0135]步驟四:上位機(jī)向譜儀控制裝置發(fā)送波形地址和波形數(shù)據(jù)；
[0136]步驟五:FPGA接受波形地址和波形數(shù)據(jù)，并解析地址，然后根據(jù)地址將數(shù)據(jù)存入所述存儲(chǔ)器中。
[0137]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種磁共振譜儀及基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置，所述控制裝置包括:控制單元200和轉(zhuǎn)換接收單元300，所述控制單元200包括時(shí)鐘源100;其中，所述控制單元200內(nèi)部集成時(shí)鐘源100，所述控制單元200根據(jù)所述時(shí)鐘源100產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)生成工作時(shí)鐘信號(hào)和用于接收所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)和控制指令，根據(jù)所述控制指令選擇所述控制裝置的預(yù)設(shè)工作模式，所述預(yù)設(shè)工作模式包括連續(xù)波模式和脈沖波模式；當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述控制單元300在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，根據(jù)所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)生成第一數(shù)字信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元300用于接收所述第一數(shù)字信號(hào)，在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，利用所述第一數(shù)字信號(hào)與微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行處理，生成第二微波信號(hào)并向所述樣品腔發(fā)送，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào)；并接收所述第三微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元300，以便所述控制單元300將所述第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息；當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述控制單元300控制所述轉(zhuǎn)換接收單元300產(chǎn)生參考信號(hào)，并控制所述微波收發(fā)機(jī)向所述樣品腔發(fā)送第一微波信號(hào)，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第四微波信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元300用于接收經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制后的第四微波信號(hào)，并將經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制后的第四微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元300，以便所述控制單元300將所述第三數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息；通過上述工作流程可以發(fā)現(xiàn)，所述控制單元300通過同一個(gè)時(shí)鐘源100產(chǎn)生工作時(shí)鐘信號(hào)，所述控制單元300和轉(zhuǎn)換接收單元300在同源的工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下完成對(duì)所述電子順磁共振譜儀的控制；同源的所述工作時(shí)鐘信號(hào)的同步性較高，因而所述控制裝置相較于現(xiàn)有技術(shù)中采用多個(gè)分離時(shí)鐘源100的電子順磁共振譜儀具有較高的同步性，在其控制下的電子順磁共振譜儀產(chǎn)生的脈沖形式的第二微波信號(hào)的脈沖寬度和脈沖相對(duì)延時(shí)的最小可分辨時(shí)間寬度越小，即所述第二微波信號(hào)的時(shí)間分辨率越高。
[0138]本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0139]對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于FPGA的磁共振譜儀控制裝置，應(yīng)用于電子順磁共振譜儀，所述順磁共振譜儀包括:上位機(jī)、微波收發(fā)機(jī)、樣品腔，所述微波收發(fā)機(jī)具有微波開關(guān);其特征在于，所述控制裝置包括:控制單元和轉(zhuǎn)換接收單元，所述控制單元包括時(shí)鐘源;其中， 所述控制單元用于接收所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)和控制指令和根據(jù)所述時(shí)鐘源產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)生成工作時(shí)鐘信號(hào)，根據(jù)所述控制指令選擇所述控制裝置的預(yù)設(shè)工作模式，所述預(yù)設(shè)工作模式包括連續(xù)波模式和脈沖波模式； 當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述控制單元在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，根據(jù)所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)生成第一數(shù)字信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元用于接收所述第一數(shù)字信號(hào)，在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，利用所述第一數(shù)字信號(hào)與微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行處理，生成第二微波信號(hào)并向所述樣品腔發(fā)送，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào)；并接收所述第三微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將所述第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品ig息； 當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述控制單元控制所述轉(zhuǎn)換接收單元產(chǎn)生參考信號(hào)，并控制所述微波收發(fā)機(jī)向所述樣品腔發(fā)送第一微波信號(hào)，激勵(lì)所述樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第四微波信號(hào);所述轉(zhuǎn)換接收單元用于接收經(jīng)過所述參考信號(hào)調(diào)制的第四微波信號(hào)，并將經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制后的第四微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將所述第三數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品ig息; 所述控制單元設(shè)置于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述第二微波信號(hào)和所述第三微波信號(hào)為脈沖微波信號(hào)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換接收單元包括波形轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)接收單元； 當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述波形轉(zhuǎn)換單元用于接收所述第一數(shù)字信號(hào)，在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，利用所述第一數(shù)字信號(hào)對(duì)所述微波收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的第一微波信號(hào)進(jìn)行處理，生成第二微波信號(hào)，所述第二微波信號(hào)用于激勵(lì)樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第三微波信號(hào)； 所述信號(hào)接收單元用于接收所述脈沖微波信號(hào)形式的第三微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將攜帶有樣品信息的第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置還包括控制時(shí)鐘管理單元； 所述控制時(shí)鐘管理單元用于接收所述控制單元輸出的工作時(shí)鐘信號(hào)，并進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)以及驅(qū)動(dòng)能力的調(diào)節(jié)之后，向所述波形轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)接收單元傳輸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述第四微波信號(hào)為連續(xù)微波信號(hào)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換接收單元包括波形轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)接收單元； 當(dāng)所述控制裝置處于連續(xù)波模式時(shí)，所述微波收發(fā)機(jī)向所述樣品腔發(fā)送連續(xù)微波信號(hào)，所述連續(xù)微波信號(hào)用于激勵(lì)樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的連續(xù)微波信號(hào)形式的第四微波信號(hào)； 所述信號(hào)接收單元在所述控制單元的控制下發(fā)送參考信號(hào);所述信號(hào)接收單元用于接收經(jīng)所述參考信號(hào)調(diào)制的攜帶有樣品信息的連續(xù)微波信號(hào)形式的第四微波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)后返回所述控制單元，以便所述控制單元將攜帶有樣品信息的第三數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置還包括存儲(chǔ)單元，所述預(yù)設(shè)工作模式還包括存儲(chǔ)模式； 當(dāng)所述控制裝置處于存儲(chǔ)模式時(shí)，所述控制單元將所述上位機(jī)傳送的波形數(shù)據(jù)傳送給所述存儲(chǔ)單元進(jìn)行存儲(chǔ)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制裝置，其特征在于，當(dāng)所述控制裝置處于脈沖波模式時(shí)，所述控制單元用于從所述存儲(chǔ)單元中讀取所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理后生成第一數(shù)字信號(hào)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述預(yù)設(shè)工作模式還包括方波模式； 當(dāng)所述控制裝置處于方波模式時(shí)，所述控制單元在所述工作時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，根據(jù)所述上位機(jī)發(fā)送的波形數(shù)據(jù)生成第一方波信號(hào)； 所述轉(zhuǎn)換接收單元用于接收所述第一方波信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行電平調(diào)節(jié)獲得第二方波信號(hào)并向所述微波收發(fā)機(jī)的微波開關(guān)輸出，用于驅(qū)動(dòng)所述微波開關(guān)，產(chǎn)生微波脈沖信號(hào)，所述微波脈沖信號(hào)用于激勵(lì)樣品腔中的樣品產(chǎn)生攜帶有樣品信息的第四微波信號(hào);所述信號(hào)接收單元接收到所述第四微波信號(hào)后，將其轉(zhuǎn)換為攜帶有樣品信息的第四數(shù)字信號(hào)返回所述控制單元，以便所述控制單元將攜帶有樣品信息的第四數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)獲取樣品信息。10.一種磁共振譜儀，其特征在于，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的控制裝置。
【文檔編號(hào)】G01R33/32GK105929348SQ201610301908
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月5日
【發(fā)明人】榮星, 石致富, 秦熙, 謝進(jìn), 謝一進(jìn), 王淋, 蔣振, 杜江峰
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)