高壓功率放大器在磁納米溫度測(cè)量交變磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱：磁納米溫度測(cè)量系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)磁場(chǎng)的均勻性研究

研究方向：聲磁納米溫度測(cè)量方法有望解決腫瘤熱療中無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的溫度測(cè)量問(wèn)題。針對(duì)磁納米溫度測(cè)量方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在的交變磁場(chǎng)均勻性低、信噪比低、負(fù)載阻抗較大的問(wèn)題展開分析。首先通過(guò)分析交變磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)信號(hào)鏈，提出采用亥姆霍茲線圈作為交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置并從理論分析、模擬仿真和實(shí)際測(cè)量等層面分析并驗(yàn)證其磁場(chǎng)均勻性;其次針對(duì)信噪比低的問(wèn)題提出采用九階橢圓無(wú)源濾波器，分別通過(guò)理論分析、數(shù)字模擬仿真和實(shí)際測(cè)量等方面驗(yàn)證信噪比達(dá)到100dB;最后依據(jù)阻抗匹配理論，提出利用串聯(lián)諧振電路解決負(fù)載阻抗較大的問(wèn)題，通過(guò)實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)激勵(lì)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到20Gs;同時(shí)為了解決交變磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題，提出采用串聯(lián)大功率電阻的方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激勵(lì)電流以保證激勵(lì)磁場(chǎng)的穩(wěn)定性。

相對(duì)于現(xiàn)有的腫瘤癌癥治療手段，如手術(shù)切除和放化療法，腫瘤癌癥熱療法不僅減少患者治療中的痛苦，而且治愈率較高，因此，腫瘤癌癥熱療被譽(yù)為一種“綠色”療法。然而溫度測(cè)量問(wèn)題是阻礙該療法應(yīng)用推廣的最大瓶頸，其原因是目前現(xiàn)有的溫度測(cè)量方法無(wú)法準(zhǔn)確安全的實(shí)現(xiàn)人體機(jī)體組織細(xì)胞溫度測(cè)量。磁納米溫度測(cè)量是一種全新的、非侵入式溫度測(cè)量方法，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量人體內(nèi)部細(xì)胞溫度的同時(shí)解決傳統(tǒng)溫度測(cè)量方法需要開腔帶來(lái)的安全性問(wèn)題。因此基于磁納米溫度測(cè)量的熱療方法有望解決人類面臨的最大健康難題—腫瘤癌癥，為當(dāng)今腫瘤癌癥根治提供一種全新的治療手段。然而基于磁納米溫度測(cè)量的腫瘤癌癥熱療方法中交變激勵(lì)磁場(chǎng)對(duì)于磁納米測(cè)溫起著決定性作用，在實(shí)際應(yīng)用中還存在若干問(wèn)題，如交變磁場(chǎng)均勻性低、信噪比低、負(fù)載阻抗較大等問(wèn)題，可行性還得需要實(shí)驗(yàn)去不斷驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>驗(yàn)證選擇亥姆霍茲線圈作為交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，能否解決磁納米溫度測(cè)量系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)磁場(chǎng)的均勻性低的問(wèn)題。

測(cè)試設(shè)備：功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、示波器、亥姆霍茲線圈、濾波器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：交變磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)工作原理是首先由計(jì)算機(jī)控制交流信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)頻率單一、幅值穩(wěn)定的正弦信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)ATA-4014C高壓功率放大器進(jìn)行功率放大，通過(guò)功率濾波器進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，最后驅(qū)動(dòng)亥姆霍茲線圈產(chǎn)生激勵(lì)磁場(chǎng)。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)交變磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，使用示波器觀察線圈兩端的電壓，電流監(jiān)測(cè)回路中的電流，利用反饋控制方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由系統(tǒng)工作原理可知系統(tǒng)工作流程如圖1-1所示。

圖1-1磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)原理示意圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：亥姆霍茲線圈是電感元件，其感抗值與信號(hào)頻率有極強(qiáng)的相關(guān)性，這將帶來(lái)負(fù)載驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。通過(guò)實(shí)際測(cè)量，當(dāng)頻率為375Hz時(shí)亥姆霍茲線圈的阻抗值為680Ω，產(chǎn)生20Gs磁場(chǎng)強(qiáng)度的交變磁場(chǎng)難度巨大?！按?lián)諧振”解決亥姆霍茲線圈驅(qū)動(dòng)困難的問(wèn)題,串聯(lián)諧振的電路原理圖，如圖1-2所示，其原理是當(dāng)頻率為諧振頻率點(diǎn)時(shí)，其電容的容抗與電感的感抗相等，從二端口網(wǎng)絡(luò)看其呈純電阻特征。同時(shí)考慮到本交變磁場(chǎng)激勵(lì)系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)頻率為375Hz，把該頻率設(shè)置成串聯(lián)電路的諧振頻率，通過(guò)實(shí)際匹配測(cè)量發(fā)現(xiàn)當(dāng)匹配電容值為616.52nF時(shí)電路處于諧振狀態(tài)，此時(shí)阻抗值為20.719Ω，匹配電容原理圖為圖1-3。

圖1-2串聯(lián)諧振電路圖；圖1-3匹配電容連接原理圖

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圖：ATA-4014C高壓功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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