针对限制幅值磁共振脉冲的优化设计

在磁共振脉冲优化领域,优化脉冲普遍存在幅值过大的问题,这极大地限制了优化脉冲的使用范围。为了限制优化脉冲的幅值,扩大其应用范围,提出了一种基于L-BFGS-B数值算法的脉冲优化设计方法。首先基于Liouville-von Neuman方程,使用最优控制思想构建优化模型;然后使用L-BFGS-B算法,在限制幅值的条件下对优化模型进行数值迭代求解;最后以脉冲的激发效率以及激发轮廓的均匀性作为衡量优化脉冲优劣的标准对该方法进行仿真和实验验证。结果表明,采用该方法获得的优化脉冲在幅值被限制的前提下,仍能获得较传统磁共振脉冲更好的共振激发效果,进而增强信号的灵敏度,提高图像的质量。     

用于同时多层MRI的选择性射频脉冲的优化设计

近年来,为提高磁共振成像（MRI）信号信噪比（SNR）、缩短成像时间,同时多层成像技术受到了极大的关注.为了实现同时多层的选择性激发,现有的多层成像序列大多使用组合射频（RF）脉冲,该脉冲可包含多个独立的幅值相同相位不同的简单脉冲,由于其采用简单的线性叠加方法,该类脉冲射频功率随脉冲数量呈现平方增长,因而应用受限.针对这一问题,基于自旋动力学和优化控制原理,本文提出了一种针对同时多层MRI的选择性射频脉冲的数值优化方法,该方法充分运用射频脉冲的调控机制,获得优化脉冲,并配合层选梯度,可实现任意层厚、层间距、层数的同时高效选择性激发.最后,通过数字模体的同时多层模拟成像实验验证了优化脉冲的有效性.     

非线性色散渐减光纤中高峰值脉冲的激发和传输

本文基于变系数的非线性薛定谔方程,数值地讨论高峰值脉冲在色散渐减光纤中的激发和传输。首先,基于变系数非线性薛定谔方程的Peregrine孤子解,解析和数值地讨论精确的Peregrine孤子在色散渐减光纤中的传输特性。其次,通过输入不同的平面波背景上的局域脉冲,研究高峰值脉冲在非线性色散渐减光纤中的激发和传输。结果显示Peregrine孤子在色散渐减光纤中传输时,会产生一个空间和时间都局域化的高峰值单脉冲,并且当啁啾为负时,脉冲的幅值增加,脉宽被压缩。若光纤系统存在增益,脉冲的幅值也会增加。由于非线性光纤中的调制不稳定性过程,不同平面波背景上的小局部扰动都可激发出高峰值脉冲,除了峰值和宽度略有不同外,激发脉冲的形状几乎相同。     

优化脉冲间距的多脉冲尾流加速PIC模拟

多脉冲激光尾波场加速电子方法中限制尾波场振幅的主要机理是“相位失谐”,起源于非线 性效应导致尾波波长随振幅的增长而变大,从而后续脉冲逐渐偏离加速相位. 借助2D3V PIC 模拟方法优化各脉冲之间的间距,使之等于前面脉冲激发的尾波波长,模拟结果表明激发了 更大振幅的尾波场,同时激发了更强的“前向Raman散射”,它在限制尾波场进一步增长的 过程发挥了重要作用. 关键词： 多脉冲激光尾波加速 有质动力 相位失谐 前向Raman散射     

全固态模块化MARX电路及脉冲同步叠加设计

选用雪崩三极管作为开关器件,详细讨论了设计和优化Marx电路的方法;将Marx电路进行模块化改进,设计了一种新型四路同步叠加立体结构,并得出了叠加倍数与模块数量的理论关系式。最终,利用+300V直流电源供电,通过四路输出幅值为-2.6kV的Marx模块叠加,在50Ω阻性负载上得到了幅值-5.0kV、半高脉宽5.3ns、脉冲能量约2.0mJ的高斯型脉冲,时延抖动小于100ps,重复频率达10kHz,叠加效率达96.2%。调节直流偏置电压为200~300V,并配合模块数量的增减,可调节脉冲幅值为1.6~5.0kV。     

采用小波脊系数幅值导数方差质量图的相位展开法

针对小波变换轮廓术中相位无法快速准确展开的问题,提出了一种能有效抑制噪音的相位展开算法.首先,分析了小波脊系数幅值质量图和相位导数方差质量图的特征;然后依据相位值与其数学期望的偏差程度,利用小波脊系数幅值矩阵和导数方差思想构造了"小波脊系数幅值导数方差"质量图;最后分别进行软件仿真和真实模型实验,并将利用新质量图引导的相位展开效果与传统相位展开质量图法和改进的质量图法进行对比.实验结果表明,本文算法提高了相位展开精确度,相位展开误差率降低了2.61%.所提质量图易于构造,在引导相位展开时不仅能得到较准确的绝对相位值,还能有效抑制噪音的影响,从而重建出精确度高的物体三维模型.     

补偿脉冲发电机放电波形优化方法

基于一台两相四极空心补偿脉冲发电机,研究了多相脉冲电机放电波形调节的最优化问题。对补偿脉冲发电机的三种典型负载:电磁轨道炮、脉冲激光器和电热化学炮的基本特性进行了阐述,针对这三种负载分别提出了相应的优化指标,分析了量化脉冲波形对负载的适用程度,并将波形优化问题转化为函数优化问题。在建立了脉冲电机放电数学模型的基础上,使用差分进化算法对优化问题进行求解,找到最优点火角组合。对电磁轨道炮,优化指标为弹丸加速度比。将加速度比的概念进行拓展,可得到适用于脉冲激光器的尖顶脉冲。对电热化学炮,提出了“形状方差”的概念,消除了电流幅值的影响,能够较好地衡量脉冲形状的适用性。仿真结果表明,提出的脉冲波形优化指标是有效的,在智能优化算法的帮助下,能够通过控制量的组合得到不同类型负载的最优波形。     

大气压空气中重复频率纳秒脉冲气体放电模式研究

利用上升沿100ns、脉宽150ns的单级磁压缩纳秒脉冲电源,通过电压电流测量和放电图像拍摄实验,研究了大气压空气中极不均匀电场结构重复频率纳秒脉冲气体放电的放电模式。结果表明纳秒脉冲气体放电存在三种典型的放电模式:电晕放电、弥散放电和火花放电。施加的脉冲电压幅值对放电模式影响显著,随着电压幅值的增加,放电依次经历电晕、弥散和火花放电。固定电压幅值时,放电可能同时存在两种模式。重复频率加强了放电强度,弥散放电的激发电压随重复频率的增加变化不大,但火花放电的激发电压随着重复频率的增加而降低。因此降低重复频率有利于在较大电压范围获得大气压空气弥散放电。     

变压器寄生参数和负载特性对高压脉冲波形的影响

构建了输出电压幅值为0～20 kV、脉冲重复频率为0.25～20 kHz的双极性高压脉冲电源实验平台,研究了变压器寄生参数与负载特性对输出脉冲波形的影响。采用等效电路复频域解析方法,分析了变压器寄生参数对输出脉冲波形的上升沿、平顶及下降沿的影响规律,并通过改变变压器绕线方案间接验证。发现变压器分布电容和漏感越大,输出脉冲波形上升沿与下降沿越平缓,过冲电压幅值越大,并采用脉冲变压器二次侧均匀密绕、一次侧均匀疏绕、高匝数的方案进行优化。进一步分析了纯阻性、阻容性或阻感性负载特性对输出高压脉冲波形的影响规律,发现电阻值增大（5～50 kΩ）,过冲电压幅值增大,脉冲上升沿和下降沿变陡;当负载电阻回路串联小电容时,过冲电压幅值显著增大,而电容值高于一定值时输出脉冲波形恢复至与纯电阻波形一样;当负载电阻回路串联电感时,输出脉冲波形下降沿变平缓。     

采用单个压电传感器的单模式兰姆波激发频率的选择

考虑了压电传感器(PZT)与板之间的耦合作用,从理论上研究了单个压电传感器激发时产生单模式兰姆波的频率调节方法,实验给出了模式选择在兰姆波结构健康监测中的应用. 在板材、板厚以及PZT尺寸一定的情况下,从理论上能够预测到作为频率函数的各兰姆波模式的幅值变化. 根据某特定兰姆波模式的幅值最大而其他模式幅值相对最小时所对应的频率,即可识别出该兰姆波模式优化的激发频率. 数值仿真验证了理论的有效性以及单模式兰姆波选择的可能性. 在不同的激发频率下,分别激发了优化的A0 模式,优化的S0模式以及共存的A0和S0模 关键词： 兰姆波 压电传感器 激发频率 结构健康监测     

特形脉冲调制中射频泄漏的影响及其补偿

模拟器件的非理想因素和电路分布参数等影响造成了特形脉冲调制时的射频泄漏;这些射频泄漏将对特形脉冲的激发轮廓产生缺陷.本文从特形脉冲的射频调制原理着手,分析了射频泄漏对选择激发轮廓的影响,并采用一种新的相位循环方法对它进行补偿.实验的结果表明这种补偿方法有一定的实用性.     

Barker码激励超声导波在长骨检测中的应用

单脉冲激励的超声导波在长骨中传播时,信号的衰减大,导致接收信号的幅度很小,且噪声严重。Barker码激励能有效增大接收信号幅度,提高信噪比(SNR)。将其应用到超声导波长骨检测中,进行仿真和长骨实验,得到的信号分别用加权匹配滤波器和有限冲激响应-最小均方误差(FIR-LS)逆滤波器进行压缩,并与单脉冲激励的结果进行了对比。结果表明,对于13位的Barker码,采用加权匹配滤波器进行解码时,压缩信号幅度是单脉冲激励接收信号的13倍;而FIR-LS逆滤波器则达到-63.59 dB的峰值旁瓣水平(PSL),更好地抑制噪声。说明可以将Barker码激励超声导波应用于长骨的检测中。      

Gapped pulses for frequency-swept MRI

A recently introduced method called SWIFT (SWeep Imaging with Fourier Transform) is a fundamentally different approach to MRI which is particularly well suited to imaging objects with extremely fast spin–spin relaxation rates. The method exploits a frequency-swept excitation pulse and virtually simultaneous signal acquisition in a time-shared mode. Correlation of the spin system response with the excitation pulse function is used to extract the signals of interest. With SWIFT, image quality is highly dependent on producing uniform and broadband spin excitation. These requirements are satisfied by using frequency-modulated pulses belonging to the hyperbolic secant family (HSn pulses). This article describes the experimental steps needed to properly implement HSn pulses in SWIFT. In addition, properties of HSn pulses in the rapid passage, linear region are investigated, followed by an analysis of the pulses after inserting the “gaps” needed for time-shared excitation and acquisition. Finally, compact expressions are presented to estimate the amplitude and flip angle of the HSn pulses, as well as the relative energy deposited by the SWIFT sequence.     

飞秒激光脉冲整形技术及其应用

通过频域上控制飞秒激光脉冲幅度、相位和偏振在时域上可以获得几乎任意形状的飞秒激光脉冲,这种飞秒激光脉冲整形技术可为研究光与原子分子非线性相互作用提供一种全新实验技术手段.本文介绍飞秒激光脉冲整形发展历史、技术方法、控制方式及其相关应用,并展望飞秒激光脉冲整形技术未来的发展方向.     

多量子相干激发脉冲序列的设计方法

提出了一种设计多量子相干激发脉冲序列的新方法,用双线旋转脉冲作为基本激发单元,按照自旋偶合网络构建脉冲序列,达到(一)满自旋数激发,P_max=N,(二)处于最佳转移条件下的高效率激发。     

快脉冲直线型变压器驱动源同步触发系统

提出了一种基于单传输线脉冲成形技术的模块化快脉冲直线型变压器驱动源的同步触发系统的概念设计,主要由级数较少的Marx发生器、脉冲形成线、主开关、脉冲传输线及触发引出电缆等组成。利用等效电路模型,研究了Marx发生器与脉冲形成线的配合关系,当发生器同时驱动多路形成线时,可以有效增加触发脉冲的数量,并能提高能量利用效率,但触发脉冲的幅值会降低。研究了水介质线阻抗与引出电缆数量对触发脉冲的影响,结果表明:随着电缆序号的增加,触发脉冲的幅值逐渐降低,并且水介质线的阻抗越高,幅值降低的速度越快。触发脉冲也可同时引出,驱动单路形成线输出60路时,触发脉冲的峰值约为293 kV,前沿约11 ns;当驱动5路形成线输出300路时,触发脉冲的峰值约为151 kV,前沿约11 ns。     

Dynamics of Single-Pulse Echo Signals under the Conditions of Zeeman Switching

The signals of a single-pulse echo (SE) generated on nonresonant excitation of an inhomogeneously broadened two-level system by a radio-frequency pulse (RFP), against the background of which a magnetic video pulse (MVP) of certain length has been switched on, have been described analytically. It is established that under the conditions of such excitation several SE signals are formed whose generation moments are determined by the duration and amplitudes of the RFP and MVP. The amplitudes of some of these signals depend on the Rabi frequency according to a quadratic law, and the amplitudes of others depend on this frequency according to a biquadratic law. It has been established that the mechanism underlying the appearance of these signals is associated with zero beats arising as a result of superposition of the magnetization fluctuations at variable frequencies and at a frequency of detuning from resonance. It is shown that in the limiting case, where the RFP duration considerably exceeds the duration of the MVP or is comparable with it, the number of SE signals decreases to two. Theoretical results on the formation of SE and the dependence of the amplitude of these signals on the MVP amplitude agree with the experimental data on NMR pulsed signals in ferromagnetic materials.