MRI系統(tǒng)中梯度放大器的設(shè)計PPT精品文檔

1、1,MRI系統(tǒng)中梯度放大器的設(shè)計,05031115 陳歷曦 電力電子與電力傳動 導(dǎo)師： 王 莉,2,第一部分 MRI系統(tǒng)簡介,1 MRI系統(tǒng)： MRI（magnetic resonance imaging)的物理基礎(chǔ)為NMR（nuclear magnetic resonance),是指射頻波與既有角動量又有磁矩的核系統(tǒng)在外磁場中相互作用所表現(xiàn)出的物理特性，利用這一現(xiàn)象不僅能夠研究物質(zhì)的成分，還可以觀察其微觀結(jié)構(gòu)。MRI是繼CT之后又一項獲得諾貝爾獎的醫(yī)學(xué)影像成果，它綜合了超導(dǎo)技術(shù)，低溫技術(shù)，磁體技術(shù)，電子技術(shù)，成像技術(shù)，圖像處理技術(shù)和計算機技術(shù)的一個復(fù)雜系統(tǒng)，隨著硬件和軟件技術(shù)的不斷進步，MR

2、I的應(yīng)用范圍不斷的擴大，現(xiàn)已成為醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中最先進最昂貴的診斷設(shè)備之一,3,2 MRI 系統(tǒng)的組成,4,結(jié)構(gòu)圖,5,磁體系統(tǒng):提供均勻的穩(wěn)定的主磁場。 梯度系統(tǒng)：為MRI系統(tǒng)提供線性度滿足要求的，可快速開關(guān)的梯度場，以便動態(tài)地修改主磁場，實現(xiàn)成像體素的空間定位。 射頻系統(tǒng)：實施射頻激勵并接受和處理RF信號。 信號采集和圖像重建子系統(tǒng)：對檢波后的兩路信號分別進行A/D轉(zhuǎn)換，使之成為離散數(shù)字信號的過程。這些信號經(jīng)累加及變換處理后就成為重建圖像的原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集和圖像重建是MRI中的最后一步,6,3 MRI 基本原理： 即用RF脈沖誘發(fā)核磁共振信號,7,8,9,第二部分 梯度系統(tǒng)介紹,1 梯度場

3、： 在勻強磁場中，所有的質(zhì)子在同一頻率下共振，既意味著沒有質(zhì)子的位置信息可供利用。但如果能夠隨意的改變各點的場強，就可使各點的共振頻率發(fā)生變化，從而得到以場強標(biāo)記的空間信息。所以在靜磁場 上疊加梯度磁場 ，這樣用含有各種頻率分量的RF脈沖激發(fā)一定數(shù)量的空間質(zhì)子，就可以描繪出質(zhì)子的空間圖像分布,10,梯度坐標(biāo)系： 梯度場的作用：動態(tài)的修改主磁場。 梯度場的波形： 梯度場與主磁場的疊加,11,梯度場與主磁場的疊加： 2 梯度線圈： 梯度子系統(tǒng)工作流程,12,3 梯度放大器： 不同的掃描序列對梯度場有不同的要求，而梯度場是由快速變化的梯度電流所產(chǎn)生的，因此對梯度場的控制就是對梯度電流的控制。 梯度放

4、大器是整個梯度控制電路的功率輸出級，因此必須具有功率大，開關(guān)時間短，輸出電流精確和系統(tǒng)可靠等特點，但是受線路分布參數(shù)，器件以及線圈感性負載的影響，上述要求實現(xiàn)起來比較困難，因而梯度放大器的設(shè)計往往成為梯度子系統(tǒng)的核心,13,第三部分 已完成的工作,1 主電路的設(shè)計,14,主要元件參數(shù)： 梯度線圈電感： 內(nèi)阻： 低通濾波器電感： 電容： 輸入直流電壓： 系統(tǒng)帶寬： 輸入?yún)⒖夹盘枺ǚ讲ǎ╊l率 幅值： IGBT開關(guān)頻率：80K,15,控制環(huán)設(shè)計,16,控制原理： 當(dāng)線圈負載中電流經(jīng)電流傳感器檢測并縮小一定倍數(shù)后小于參考值，IGBT 2,4 導(dǎo)通，1,3 關(guān)斷，使負載兩段承受負電壓，電感線圈中電流減小

5、。 反之，IGBT 1,3導(dǎo)通，2，4關(guān)斷，電流增大。 采用PWM 控制每個周期內(nèi)的占空比，以調(diào)整線圈中電流跟隨輸入電流。 當(dāng)誤差信號為正鉉波時PWM輸出脈沖關(guān)系如下： 控制器采用PID補償器，鑒于系統(tǒng)對于響應(yīng)速度的要求，適當(dāng)加大D 參數(shù)值。 控制部分將最終用Ti公司的 TMS2812 DSP 芯片實現(xiàn)，包括數(shù)字PID 控制器，和每一周期的PWM占空比計算,17,PWM(Matlab,18,PWM (Psim,19,初步仿真，使用單環(huán)控制，并沒有加入濾波器的情況下，仿真波形,20,為消除紋波加入濾波器后得到波形： 可見濾波器雖然有效去除紋波，但由于儲能原件的加入明顯減慢了波形上升和下降的速度,

6、21,為此加入控制電壓內(nèi)環(huán)反饋，并在內(nèi)環(huán)中加入PI調(diào)節(jié)，根據(jù)輸出端電壓和電流的關(guān)系確定反饋參數(shù)電路如圖,22,得到的仿真波形,23,當(dāng)輸入正弦參考信號時,24,存在的問題：當(dāng)輸入信號頻率升高到12KHZ時，受IGBT 開關(guān)頻率的限制，電流跟隨效果不好,25,考慮將兩個全橋拓撲電路級聯(lián)使用,26,使用此拓撲的優(yōu)點： 1 在高電壓強電流（1200v，250Arms,600Apk) 的條件下減少每個IGBT的導(dǎo)通時間，從而減小開關(guān)損耗。 2 允許運用更為復(fù)雜的PWM序列來控制8個IGBT 的導(dǎo)通時間，從而優(yōu)化控制，更為精確的控制輸出電流。 3 通過控制觸發(fā)序列，增高紋波頻率，減小紋波幅度,27,脈沖序列時序基本思想,28,論文 后期工作安排： 完成2812 DSP芯片C語言控制算法的編寫， 在C