高频脉冲弱磁场检测技术的研究

引 言
随着检 测技 术 的进步 ， 磁场 测量 有 了很大 发展 ， 其应 用 已深入 到工业 、 业 、 农 国防科 技 以及生 物 医学
各 个 领域 。在 生 物 医 学 领 域 ， 其 是 重 复 经颅 尤 磁刺 激 （ｒｎｃａ ｉ ｇ ｅ ｃｓｍ ｌｔ ｎ Ｔ ） 应 ｔ ｓｒｎａ ｍａｎｔ ｔ ｕａｉ ， ＭＳ 的 ａ ｌ ｉ ｉ ｏ
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脉冲磁场 有 多种 测 量 方法 ， 目前 广泛 应用 的磁
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收稿 日期 ：２ １—１０ ，录 用 日期 ： ０２ －９ ０ １１ －８ ２ １ ￣１０ 基 金 项 目： 国家 自然 科 学 基 金 仪 器 专 项 （ １ ２０ ３ ； ８ １７ ０ ） 国家 自然 科 学 基 金 （ １ ７４ ４ ８ １ １２ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｈｉ ｈ ￣ｅ ｕ ｎ ｙ ｔａ ｓ ｅ ｔ ｗｅ ｋ ｓｒ ｃ ： ｇ 一 ｑ ｅ ｅ ｒ ｎ ｉ ｎ ａ ｍａ ｎ ｔ ｅ ｄ ｓ ａ ｗａ ｓ ｎ ｏ ｖ ｄ ｎ ｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ｂ ｕ ｂ ｏ ｄ ｃ ｌ ｇ ｅ ｉ ｆ ｌ ｉ ｌ ｙ ｉ ｖ ｌ ｅ ｉ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ａ ｏ ｔ ｉ ｍｅ ｉ ａ ｃｉ
简单 结构 。常 用 的数 字 积 分 算 法 有 复 化 的 矩 形
高频 脉 冲 弱磁 场 检 测 技术 的研 究
陈怡美 刘志朋 殷 涛
（ 国 医学 科 学 院 北 京协 和 医学 院 生 物 医 学 工程 研 究 所 ，天 津 中 ３ ０９ ０ ｔ２）
摘 要 ： 物 医学 领 域 中通 常涉 及 高 频 瞬 态 弱 磁 场 的应 用 ， 生 目前 通 用 的 磁感 应 强 度 探 头 无 法 满 足 ＭＨ 脉 冲 磁 场 的 ｚ 测 量 需 求 ， 了准 确 测 量 ＭＨ 脉 冲 弱 磁 场 ， 究 设 计 了 对 ０ １—１ＭＨ 脉 冲 磁 场 进 行 测 量 及 标 定 的 技 术 。设 计 一 为 ｚ 研 ． ｚ 套 由非 铁 磁 性 材 料 制 成 的 脉 冲磁 场 测 量 与标 定 装 置 ， 过 装 置 将 磁 场 发 生 线 圈 与 磁 场 检 测 线 圈 的 相 对 位 置 精 确 固 通
用中 ， 常涉及 的 磁 场 为 高 频 瞬 态 弱 磁 场 （ 即频 率 为
０ １～１０ ＭＨ ． ． ｚ的时Leabharlann Baidu变 磁 场 ） 。近 年 来 ， Ｍ Ｔ Ｓ在 脑 神
经与 脑功能 研究 方 向有 广 泛 应 用 ， 所 采 用 的 脉 冲 其 磁场 为 微 秒 级 脉 冲 弱 磁 场 ， 确 测 量 磁 场 强 度 在 准 Ｔ 应 用 的安全 性方 面有 着重要 意 义 。 ＭＳ
定 。选 用 正 弦 脉 冲施 加 于 磁 场 发 生 线 圈 ， 集 检 测 线 圈 产 生 的感 应 电 动 势 ， 据 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 在 Ｍａ ａ 采 根 ｔ ｂ平 ｌ
台编 写 算 法 ， 真 计 算 得 到 ＭＨ 脉 冲磁 场 强 度 并 标 定 。实 现 了 频 率 分 别 为 ０ ５ １０ １５ Ｍ ｚ强 度 为 Ｔ量 级 磁 场 仿 ｚ ． 、． 、． Ｈ 的准 确 测 量 ， 量 结 果 通 过 标 定 ， 真 实 值 的 相 对 误 差 约 为 ２ ５ ， 持 较 好 的稳 定 性 和一 致 性 。 测 与 ．％ 保 关 键 词 ： 频 脉 冲磁 场 ；磁 场 测 量 ； 头 设 计 ；标定 高 探
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由于模拟 积 分 电路 所 用 的运放 、 电容 、 电阻 等均为 非 理想 器件 ， 分结果 会 受 到多种 因素影 响 Ⅲ 。而 积
性 ， 形积 分法 积分 结 果 随实 际 频 率 增 高 而线 性 衰 矩
减 。以文 中激励 参数 为 例 ， ｐ ＝ ０ Ｏ Ｖ， ｚ Ｖ。 ５ ． ｆ＝１ＭＨ ， 采 样频 率 为 ＝ ０ Ｈｚ ５０Ｍ ， ＝０ ０ ２＜０ ０ 。分 别 ．０ ．１
积分 算法 的选 择 遵 循 以下 原 则 ： 采 样 频 率 和 低
数 字积分 性 能稳定 ， 关键 部 分在 于积 分算 法 ， 果 其 结 的一 致性 较好 。
积 分器 。由 图 ７ ａ 知 ， 实 际频 率 为 ０—０ ０ （） 当 ． １倍 时， ３种积 分算 法 的 幅频 响 应差 异 并 不 大 ； 仅 梯 形 但
算 法 和辛 普 森 算 法 的相 频 响 应 有 较 好 的 线 性 一 致
｝通 信 作 者 。 Ｅ ｍ ｉ ｍ ５ ０ １ ３ ｃ ｍ — ａｌ ：ｂ ｅ ０ ＠ ６ ． ｏ
２期
陈 怡 美 ， ： 频 脉 冲 弱 磁 场 检 测 技 术 的 研究 等 高
ｌ３ ９
数据 点采集顺序
（） ａ
图 ６ 数 据 截 短 处 理 。 （ ） 据 时 间 窗 设 置 ； ｂ） 断 后 的 数 据 波 形 ａ数 ｌ 截
ＣＨＥＮ Ｙｉ Ｍｅ ＬＩ ｈ － ｅ ｇ ＹＩ ｏ — ｉ Ｕ Ｚ ｉＰ ｎ Ｎ Ｔａ
（ ｎｔ ｕｅｏ ｉ ｄｃ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ， ｈｎｓ ｃ ｄ ｍ Ｍｅ ｉ ｌ ｃ ｎ ｅ ＆ Ｐ ｋｎ ｎｏ ｄｃ ｌ ｏ ｅ ｅ ｉｎｉ ３ ０ ９ Ｉ ｓ ｔｔ ｆＢ ｏ ｉ ｇｎ ｅｉ Ｃ ｉｅ Ａ ａ ｅ ｙｏ ｉ ｍｅ ａ Ｅ ｎ ｅ ｆ ｄｃ ｉ ｃｓ ａＳｅ ｅ ｉ Ｕ ｉｎＭｅ ｉ ｌ ｇ ，Ｔａ ｊ ０ １ ２，Ｃ ｉａ ｇ ａＣ ｌ ｎ ｈｎ ）
ｅ ｇｎ ｅ ｉｇ ｆ ｌ ｉ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｅ ｄ ｗｈｌ ｃ ｍｍｏ ｇ ｅｉ－ ｅｄ ｓ ｎ ｏｓｃ ｎ ｏ ｒ ｒ ｐ ｒｙ ａ ｒ ｑ ｅ ｃｅ ｓｈ ｇ ｓＭ Ｈｚ ｉ ｅ ｎ ｍａ ｎ ｔｃｆ ｌ ｅ ｓ ｒ ａ ｎ ｔｗｏｋ ｐ ｏ ｅｌ ｔｆｅ ｕ ｎ ｉｓａ ｉｈ ａ ｉ ．Ｔｏ ｍｅ ｓ ｒ ｈ ａｕ ｆＭ Ｈｚｌｖ ｌｗｅ ｋ ｐ ｌｅ ｇ ｅｉ－ｉｌ ｔｅ ｇｈ ａ ｃ ｒｔｌ ａ ｕ ｅ ｔ ｅ ｖ ｌ ｅｏ —ｅ ｅ ａ ｕｓ ｄ ｍａ ｎ ｔ ｆｅｄ ｓｒ ｎ ｔ ｃ ｕ ａｅｙ，ａｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔａ ｄ ｃ ｌ ｒｔｏ ｃ ａ ｕ ｅ ｎ ｎ ａ ｉ ａｉｎ ｂ
中 图分 类 号 Ｒ １ ３８ 文献标志码 Ａ 文 章 编 号 ０ ５ — ２ （ ０ ２ ０ －１ ０ ２ ８８ １ ２ １ ｌ ２０ ９ ￣８ ０
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３ 卷 ２ 期 １ ２ ２年 ４月 ０１
中 国 生
物 医
学
工 程
学
报
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Ｖ０ｌ ３１ ＿ ＮＯ ２ ． Ａｐｒｌ ２ ２ ｉ ０１