CN109714004A - 一种激励脉冲信号的调制方法及调制*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激励脉冲信号的调制方法及调制***，其方法包括：发送第一通信数据；接收第一通信数据，对第一通信数据进行转换得到第二通信数据和PWM信号，异步发送第二通信数据和PWM信号；异步接收第二通信数据和PWM信号，根据PWM信号和第二通信数据调制激励脉冲信号。本发明提供的激励脉冲信号的调制方法及调制***，通过异步传输第一通信数据、第二通信数据和PWM信号，利用第一通信数据控制第二通信数据和PWM信号，利用PWM信号和第二通信数据共同控制激励脉冲信号，实现对激励脉冲信号的精确化控制，为磁共振信号提供有效的激励源，提高磁共振信号的信号强度和信噪比。

Description

一种激励脉冲信号的调制方法及调制***

技术领域

本发明涉及核磁共振检测技术领域，尤其涉及一种激励脉冲信号的调制方法及调制***。

背景技术

核四极矩共振(nuclear quadrupole resonance，NQR)是与核磁共振(nuclearmagnetic resonance,NMR)及核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)相关的磁共振现象，由于核四极矩共振只检测待检测物的物质分子本身，不受金属材料、外壳、形状等其他因素的影响，所以核四极矩共振是更具本质的物质识别手段，被广泛应用于检测探雷、石油资源勘探、地矿石油测井、毒品检测、药物配制、矿物质探测等领域。

通过可调脉冲载波调制的方式来产生用作激励源的激励脉冲信号，利用激励脉冲信号激励待检测物产生NQR信号，可以实现NQR检测待检测物，但是激励脉冲信号的形式直接影响了NQR信号，例如：若激励脉冲信号的初始相位不一致，则NQR信号也会具有不同初始相位，一般需要增加相位检测(PSD)模块，使NQR信号相位一致，以提高NQR信号信噪比。

然而，上述方法局限于控制NQR信号，缺少对激励脉冲信号相位控制，无法为NQR信号提供有效的激励源，不利于后续处理NQR信号。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中以激励脉冲信号作为磁共振检测待检测物的激励源，对激励脉冲信号缺少相位控制,无法为磁共振信号提供有效的激励源的不足，提供一种激励脉冲信号的调制方法及调制***。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

依据本发明的第一方面，提供了一种激励脉冲信号的调制方法，包括以下具体步骤：

步骤110、发送第一通信数据；

步骤120、接收所述第一通信数据，对所述第一通信数据进行转换得到第二通信数据和PWM信号，异步发送所述第二通信数据和所述PWM信号；

步骤130、异步接收所述第二通信数据和所述PWM信号，根据所述PWM信号和所述第二通信数据调制激励脉冲信号。

本发明第一方面的有益效果是：通过异步传输第一通信数据、第二通信数据和PWM信号，不同的第一通信数据可以转换为不同的第二通信数据和PWM信号，实现第二通信数据和PWM信号的异步控制，通过第二通信数据和PWM信号共同控制激励脉冲信号，实现对激励脉冲信号的精确化控制，可以提高激励脉冲信号作为激励源时所产生磁共振信号的信号强度和信噪比。

进一步，所述步骤110具体实现为：

步骤111、在用户界面上设置脉冲信号参数，所述脉冲信号参数包括：脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲个数、脉冲幅度、共振频率和载频初相；

步骤112、按照串口通信协议对所述脉冲信号参数进行封包，得到所述第一通信数据；

步骤113、通过第一通信接口发送所述第一通信数据。

上述进一步方案的有益效果是：通过在用户界面上人机交互，便于用户可视化设置脉冲信号参数，实现脉冲信号参数的精确控制，并且通过串口通信协议和串口通信发送通信数据帧，简化脉冲信号参数的发送方式，实现对脉冲信号参数的实时控制。

进一步，所述步骤120具体实现为：

步骤121、通过所述第一通信接口接收所述第一通信数据，并且按照所述串口通信协议对所述第一通信数据进行解析，得到所述脉冲宽度、所述脉冲间隔、所述脉冲个数、所述脉冲幅度、所述共振频率和所述载频初相；

步骤122、根据所述脉冲宽度、所述脉冲间隔和所述脉冲个数对模拟信号电平进行数字编码，得到所述PWM信号；

步骤123、对所述脉冲幅度进行数字转换得到振幅控制字，对所述共振频率进行数字转换得到频率控制字，对所述载频初相进行数字转换得到相位控制字；

步骤124、按照所述串口通信协议对所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字进行封包，得到所述第二通信数据；

步骤125、在通过第二通信接口发送所述第二通信数据后，再通过所述第二通信接口发送所述PWM信号。

上述进一步方案的有益效果是：根据脉冲宽度、脉冲间隔和脉冲个数精确化控制并产生PWM信号，可以控制PWM信号的脉冲宽度和占空比，利用脉冲幅度、共振频率和载频初相分别精确化转换为对应的控制字，可以调制不同的激励脉冲信号序列，实现精确化控制激励脉冲信号的幅度、频率和相位。

进一步，所述步骤121中，通过所述第一通信接口接收所述第一通信数据，具体实现为：

周期性查询所述第一通信数据中的数据标识位；

判断所述数据标识位是否为真，若是，则表示通过所述第一通信接口同步接收到所述第一通信数据，若否，则继续查询所述数据标识位。

上述进一步方案的有益效果是：通过查询法接收第一通信数据，保证第一通信数据的完整性和正确性，相比于中断法接收通信数据，降低了第一通信数据的接收难度。

进一步，所述步骤130具体实现为：

步骤131、通过所述第二通信接口接收所述第二通信数据，按照所述串口通信协议对所述第二通信数据进行解析，得到所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字，并且将所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字存入寄存器；

步骤132、通过所述第二通信接口接收所述PWM信号，根据所述PWM信号读取所述寄存器中的所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字；

步骤133、对读取的所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字进行直接数字频率合成，得到载频信号；

步骤134、根据所述PWM信号中的脉冲信号包络控制窗，对所述载频信号进行包络控制，得到所述激励脉冲信号，所述激励脉冲信号中的每一正弦波序列与每一所述脉冲信号包络控制窗中的高电平对应。

上述进一步方案的有益效果是：对振幅控制字、频率控制字和相位控制字进行直接数字式频率合成，得到载频信号，实现载频信号的波形控制；以PWM信号作为包络信号，对载频信号的激励时间进行精确化控制，实现激励脉冲信号的精确控制，提高了激励脉冲信号在时间上的连续性和稳定性。

依据本发明的第二方面，提供了一种激励脉冲信号的调制***，包括上位机、下位机和激励脉冲信号发生器，所述上位机、所述下位机和所述激励脉冲信号发生器依次通过通信接口连接；

所述上位机用于发送第一通信数据；

所述下位机用于接收所述第一通信数据，对所述第一通信数据进行转换得到第二通信数据和PWM信号，异步发送所述第二通信数据和所述PWM信号；

所述激励脉冲信号发生器用于异步接收所述第二通信数据和所述PWM信号，根据所述PWM信号和所述第二通信数据调制激励脉冲信号。

本发明第二方面的有益效果是：下位机接收上位机发送的第一通信数据以及异步发送第二通信数据和PWM信号，实现第一通信数据、第二通信数据和PWM信号的异步控制，激励脉冲信号发生器根据第二通信数据和PWM信号共同调制激励脉冲信号，实现激励脉冲信号的精确化控制，为磁共振信号(例如：NQR信号)提供有效的激励源，提高磁共振信号的信号强度和信噪比。

进一步，所述上位机包括第一通信接口，所述上位机通过所述第一通信接口与所述下位机连接，所述上位机具体用于：

在所述上位机的用户界面上设置脉冲信号参数，所述脉冲信号参数包括：脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲个数、脉冲幅度、共振频率和载频初相；

按照串口通信协议对所述脉冲信号参数进行封包，得到所述第一通信数据；

通过所述第一通信接口发送所述第一通信数据。

上述进一步方案的有益效果是：上位机为用户提供人机交互的用户界面，方便用户精确化设置脉冲信号参数，实现用户实时控制脉冲信号参数，通过上位机与下位机之间的串口通信传输脉冲信号参数，具有低成本、可视化和人机实时交互等优点。

进一步，所述下位机包括第二通信接口，所述下位机通过所述第二通信接口与所述激励脉冲信号发生器连接，所述下位机具体用于：

通过所述第一通信接口接收所述第一通信数据，并且按照所述串口通信协议对所述第一通信数据进行解析，得到所述脉冲宽度、所述脉冲间隔、所述脉冲个数、所述脉冲幅度、所述共振频率和所述载频初相；

根据所述脉冲宽度、所述脉冲间隔和所述脉冲个数对模拟信号电平进行数字编码，得到所述PWM信号；

对所述脉冲幅度进行数字转换得到振幅控制字，对所述共振频率进行数字转换得到频率控制字，对所述载频初相进行数字转换得到相位控制字；

按照所述串口通信协议对所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字进行封包，得到所述第二通信数据；

在通过所述第二通信接口发送所述第二通信数据后，再通过所述第二通信接口发送所述PWM信号。

上述进一步方案的有益效果是：下位机根据脉冲宽度、脉冲间隔和脉冲个数精确化调制PWM信号，利用脉冲幅度、共振频率和载频初相精确化调制不同的激励脉冲信号序列，实现精确化控制激励脉冲信号的幅度、频率和相位；另外，下位机基于串口通信和串口通信协议，在上位机和激励脉冲信号参数之间异步传输通信数据，实现激励脉冲信号控制，具有成本低、灵活性强和设计简单等优点。

进一步，所述下位机还具体用于：

周期性查询所述第一通信数据中的数据标识位；

判断所述数据标识位是否为真，若是，则表示通过所述第一通信接口同步接收到所述第一通信数据，若否，则继续查询所述数据标识位。

上述进一步方案的有益效果是：下位机以周期性查询第一通信数据中的数据标识位的方式，检验通过第一通信接口发送和接收第一通信数据的同步性，保证第一通信数据的完整性和正确性，降低了第一通信数据的接收难度。

进一步，所述激励脉冲信号发生器包括直接数字式频率合成器DDS和寄存器，所述第二通信接口通过所述DDS与所述寄存器电连接，所述DDS具体用于：

通过所述第二通信接口接收所述第二通信数据，按照所述串口通信协议对所述第二通信数据进行解析，得到所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字，并且将所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字存入所述寄存器；

通过所述第二通信接口接收所述PWM信号，根据所述PWM信号读取所述寄存器中的所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字；

对读取的所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字进行直接数字频率合成，得到载频信号；

根据所述PWM信号中的脉冲信号包络控制窗，对所述载频信号进行包络控制，得到所述激励脉冲信号，所述激励脉冲信号中的每一正弦波序列与每一所述脉冲信号包络控制窗中的高电平对应。

上述进一步方案的有益效果是：激励脉冲信号发生器对振幅控制字、频率控制字和相位控制字进行直接数字式频率合成，得到载频信号，并且将PWM信号作为包络信号，实现载频信号的波形控制，对载频信号的激励时间进行精确化控制，实现激励脉冲信号的精确控制，提高了激励脉冲信号在时间上的连续性和稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种激励脉冲信号的调制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种串口通信的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的测试单激励脉冲信号序列的示意图；

图4为本发明实施例提供的用户界面的示意图；

图5为本发明实施例提供的测试周期性激励脉冲信号序列的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种激励脉冲信号的调制***的结构示意图；

图7为本发明的实施例提供的测试脉冲信号包络控制窗的示意图；

图8为本发明实施例提供的测试激励脉冲信号的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例的一种激励脉冲信号的调制方法的流程示意图100，本实施例以核四极矩共振NQR信号作为磁共振信号进行描述，包括以下具体步骤：

步骤110、发送第一通信数据；

步骤120、接收第一通信数据，对第一通信数据进行转换得到第二通信数据和PWM信号，异步发送第二通信数据和PWM信号；

步骤130、异步接收第二通信数据和PWM信号，根据PWM信号和第二通信数据调制激励脉冲信号。

本实施例中，如图2所示，PC终端通过USB接口向控制装置发送第一通信数据；控制装置接收第一通信数据后对第一通信数据进行解析得到脉冲信号参数，对脉冲信号参数进行转换得到第二通信数据和PWM信号，以及向激励脉冲信号发生器异步发送第二通信数据和PWM信号；激励脉冲信号发生器异步接收第二通信数据和PWM信号，根据PWN信号对第二通信数据进行直接数字频率合成，得到激励脉冲信号，激励脉冲信号为正弦波序列，该正弦波序列用于激励待检测物后产生核四极矩共振NQR信号。

例如：如图3所示，单个正弦波序列的共振时间与PWM信号的高电平所持续时间相等，单个正弦波序列的中心频率为脉冲信号参数中的一个参数。

通过异步传输第一通信数据、第二通信数据和PWM信号，不同的第一通信数据可以转换为不同的第二通信数据和PWM信号，实现第二通信数据和PWM信号的异步控制，通过第二通信数据和PWM信号共同控制激励脉冲信号，实现对激励脉冲信号的精确化控制，可以提高激励脉冲信号作为激励源时所产生磁共振信号的信号强度和信噪比。

优选地，步骤110具体实现为：

步骤111、在用户界面上设置脉冲信号参数，脉冲信号参数包括：脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲个数、脉冲幅度、共振频率和载频初相；

步骤112、按照串口通信协议对脉冲信号参数进行封包，得到第一通信数据；

步骤113、通过第一通信接口发送第一通信数据。

如图4所示，本实施例的PC终端上的用户界面，用户可以在用户界面上输入脉冲信号参数，用户界面可以是采用LabVIEW或者VB语言开发的用户界面；之后，PC终端将脉冲信号参数转换为16进制的字符串，对字符串进行编码，得到数据块，按照串口通信协议对数据块进行封包，得到第一通信数据；其中，串口通信协议如表1所示。

表1串口通信协议

PC终端安装有虚拟串口驱动程序(例如：USB_Virtual_Com)，通过虚拟串口与控制装置建立串口通信，虚拟串口可以为第一通信接口。

通过在用户界面上人机交互，便于用户可视化设置脉冲信号参数，实现脉冲信号参数的精确控制，并且通过串口通信协议和串口通信发送通信数据帧，简化脉冲信号参数的发送方式，实现对脉冲信号参数的实时控制。

优选地，步骤120具体实现为：

步骤121、通过第一通信接口接收第一通信数据，并且按照串口通信协议对第一通信数据进行解析，得到脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲个数、脉冲幅度、共振频率和载频初相。

步骤122、根据脉冲宽度、脉冲间隔和脉冲个数对模拟信号电平进行数字编码，得到PWM信号。

步骤123、对脉冲幅度进行数字转换得到振幅控制字，对共振频率进行数字转换得到频率控制字，对载频初相进行数字转换得到相位控制字；

步骤124、按照串口通信协议对振幅控制字、频率控制字和相位控制字进行封包，得到第二通信数据。

步骤125、在通过第二通信接口发送第二通信数据后，再通过第二通信接口发送PWM信号。

例如：参见如图5，激励脉冲信号为5个正弦波序列，第一个正弦波序列的脉冲宽度为5us，第二个到第五个正弦波序列的脉冲宽度为10us，脉冲间距为1-3us，共振频率为4.6MHz，脉冲幅度为满量程，载频初相为90度。

振幅控制字由第一公式转换脉冲幅度得到，第一公式为：

ASF＝2¹⁴×A

其中，ASF代表振幅控制字，A代表脉冲幅度。

频率控制字由第二公式转换脉冲频率得到，第二公式为：

其中，FTW代表振幅控制字，F_OUT代表脉冲频率，F_SYSCLK代表指令响应时间，指令响应时间代表第一通信接口和第二通信接口接收到返回指令的总时间。

相位控制字由第二公式转换载频初相得到，第二公式为:

其中，POW代表相位控制字，Δθ代表载频初相。

PC终端包括USB接口，控制装置包括发送数据引脚TXD和I/O端口，PC终端通过USB接口发送第一通信数据给控制装置，控制装置通过发送数据引脚TXD发送第二通信数据给激励脉冲信号发生器，控制装置通过I/O端口发送PWM信号给激励脉冲信号发生器；其中，USB作为第一通信接口，发送数据引脚和I/O端口作为第二通信接口。

根据脉冲宽度、脉冲间隔和脉冲个数精确化控制并产生PWM信号，可以控制PWM信号的脉冲宽度和占空比，利用脉冲幅度、共振频率和载频初相分别精确化转换为对应的控制字，可以调制不同的激励脉冲信号序列，实现精确化控制激励脉冲信号的幅度、频率和相位。

优选地，步骤121中，通过第一通信接口接收第一通信数据，具体实现为：周期性查询第一通信数据中的数据标识位；判断数据标识位是否为真，若是，则表示通过第一通信接口同步接收到第一通信数据，若否，则继续查询数据标识位。

第一通信数据中的数据标识位包括起始标识位和结束标识位，按照第一通信数据的接收周期，对第一通信数据中的起始标识位和结束标识位进行判断，若起始标识位和结束标识位均为真，则表示通过第一通信接口同步完整接收到第一通信数据，否则，表示通过第一通信接口未同步接收到第一通信数据，继续查询下一个第一通信数据中的起始标识位和结束标识位。

通过查询法接收第一通信数据，保证第一通信数据的完整性和正确性，相比于中断法接收数据帧，降低了第一通信数据的接收难度。

优选地，步骤130具体实现为：

步骤131、通过第二通信接口接收第二通信数据，按照串口通信协议对第二通信数据进行解析，得到振幅控制字、频率控制字和相位控制字，并且将振幅控制字、频率控制字和相位控制字存入寄存器。

步骤132、通过第二通信接口接收PWM信号，根据PWM信号读取寄存器中的振幅控制字、频率控制字和相位控制字。

步骤133、对读取的振幅控制字、频率控制字和相位控制字进行直接数字频率合成，得到载频信号。

步骤134、根据PWM信号中的脉冲信号包络控制窗，对载频信号进行包络控制，得到激励脉冲信号，激励脉冲信号中的每一正弦波序列与每一脉冲信号包络控制窗中的高电平对应。

如图5所示，脉冲信号包络控制窗中的高电平包络激励脉冲信号中的每一正弦波序列，脉冲信号包络控制窗中的低电平包络激励脉冲信号中的每一正弦波序列间隔。

激励脉冲信号发生器对振幅控制字、频率控制字和相位控制字进行直接数字式频率合成，得到载频信号，实现载频信号的波形控制，并且将PWM信号作为包络信号，对载频信号的共振时间进行精确化控制，实现激励脉冲信号的精确控制，提高了激励脉冲信号在时间上的连续性和稳定性。

实施例二

本实施例中，如图6所示，本发明实施例的一种激励脉冲信号的调制***的结构示意图，包括上位机、下位机和激励脉冲信号发生器，上位机、下位机和激励脉冲信号发生器依次通过通信接口连接。

上位机用于发送第一通信数据；下位机用于接收第一通信数据，对第一通信数据进行转换得到第二通信数据和PWM信号，异步发送第二通信数据和PWM信号；激励脉冲信号发生器用于异步接收第二通信数据和PWM信号，根据PWM信号和第二通信数据调制激励脉冲信号。

上位机包括第一通信接口，第一通信接口可以是USB接口，上位机通过USB接口与下位机进行串口通信，USB接口从上位机传输脉冲信号参数给下位机，下位机按照串口通信协议对脉冲信号参数封包得到第一通信数据；下位机还可以与键盘连接，键盘用于输入脉冲信号参数给下位机，通过键盘微调脉冲信号参数，下位机按照串口通信解析对脉冲信号参数封包更新第一通信数据。

下位机可以采用STM32 F103系列芯片,STM32F103系列芯片中的内核工作频率最高达到72MHz，内置高速存储器(512KB的Flash和64KB的SRAM)，有丰富的I/O端口和大量连接到内部两条APB总线的外设，2个12位模数转换器ADC，2个通用16位定时器，2个集成电路总线I²C，2个串行外设接口SPI，3个通用同步异步收发器USART，1个通用串行总线USB和1个控制器局域网CAN等。

激励脉冲信号发生器可以采用AD9910，AD9910集成有直接数字频率合成芯片和寄存器，内部时钟速度可达1GSPS，可以输出指定频率的载频信号，载频信号具有精度高、稳定性好且相位连续的优点。

下位机上的I/O端口(例如：PC0端口)和发送数据引脚TXD作为第二通信接口，下位机中设置的定时器TIM2翻转第二通信接口中的I/O接口，通过第二通信接口中的I/O接口控制PWM信号的脉冲宽度，若I/O接口输出指定脉冲个数，则关闭定时器TIM2。使用软件I/O模拟输出方波，实现PWM信号的频率、占空比和脉冲个数均可调。

第二通信接口中的I/O端口与AD9910上的OSK引脚电连接，下位机通过第二通信接口中的I/O端口发送PWM信号给OSK引脚；第二通信接口中的发送数据引脚TXD与AD9910上的I/0_UPDATE端口电连接，下位机通过第二通信接口中的发送数据引脚TXD发送第二通信数据给I/0_UPDATE端口。

下位机接收上位机发送的第一通信数据以及异步发送第二通信数据和PWM信号，实现第一通信数据、第二通信数据和PWM信号的异步控制，激励脉冲信号发生器根据第二通信数据和PWM信号共同调制激励脉冲信号，实现激励脉冲信号的精确化控制，为磁共振信号(例如：NQR信号)提供有效的激励源，提高磁共振信号的信号强度和信噪比。

优选地，上位机包括第一通信接口，上位机通过第一通信接口与下位机连接，上位机具体用于：在上位机的用户界面上设置脉冲信号参数，脉冲信号参数包括：脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲个数、脉冲幅度、共振频率和载频初相；按照串口通信协议对脉冲信号参数进行封包，得到第一通信数据；通过第一通信接口发送第一通信数据。

用户界面可以是以基于图形语言的Labview作为开发工具，用图标和连线代替文本的形式来编写程序，利用串口程序设计VISA库编辑函数来完成上位机的串口通信设计，相对于其它编程语言工具，开发速度快4-10倍，具有易学易用，不涉及复杂的底层编程技术。

上位机为用户提供人机交互的用户界面，方便用户精确化设置脉冲信号参数，实现用户实时控制脉冲信号参数，通过上位机与下位机之间的串口通信传输脉冲信号参数，具有低成本、可视化和人机实时交互等优点。

优选地，下位机包括第二通信接口，下位机通过第二通信接口与激励脉冲信号发生器连接，下位机具体用于：通过第一通信接口接收第一通信数据，并且按照串口通信协议对第一通信数据进行解析，得到脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲个数、脉冲幅度、共振频率和载频初相；根据脉冲宽度、脉冲间隔和脉冲个数对模拟信号电平进行数字编码，得到PWM信号；对脉冲幅度进行数字转换得到振幅控制字，对共振频率进行数字转换得到频率控制字，对载频初相进行数字转换得到相位控制字；按照串口通信协议对振幅控制字、频率控制字和相位控制字进行封包，得到第二通信数据；在通过第二通信接口发送第二通信数据后，再通过第二通信接口发送PWM信号。

例如：STM32芯片基于脉冲宽度、脉冲间距和脉冲个数，通过函数输出PWM信号，该函数如下所示，

int8_t Set_PWM_Out(uint32_t frequency,uint8_t Duty,uint32_t Number)

其中，frequency代表PWM信号的频率，Duty代表PWM信号的占空比，Number代表PWM信号中的脉冲个数。

下位机根据脉冲宽度、脉冲间隔和脉冲个数精确化控制PWM信号，实现控制PWM信号中的脉冲周期、脉冲宽度和脉冲间距，提高了参数设置的灵活性和PWM信号的可控性；利用脉冲幅度、共振频率和载频初相精确化数字转换得到振幅控制字、频率控制字和相位控制字，利用该三个控制字调制不同的激励脉冲信号序列，实现精确化控制激励脉冲信号的幅度、频率和相位；另外，下位机基于串口通信和串口通信协议，在上位机和激励脉冲信号参数之间异步传输通信数据，实现激励脉冲信号的控制，具有成本低、灵活性强和设计简单等优点。

优选地，下位机具体用于：周期性查询第一通信数据中的数据标识位；判断数据标识位是否为真，若是，则表示通过第一通信接口同步接收到第一通信数据，若否，则继续查询数据标识位。

下位机周期性查询第一通信数据中的数据标识位，数据标识位包括起始标识位和结束标识位，在起始标识位和结束标识位均为真的条件下，表示通过第一通信接口同步完整接收到第一通信数据，保证通过第一通信接口接收和发送第一通信数据的同步，保证第一通信数据的完整性和正确性，降低了第一通信数据的接收难度。

优选地，激励脉冲信号发生器包括直接数字式频率合成器DDS和寄存器，第二通信接口通过DDS与寄存器电连接，DDS具体用于：通过第二通信接口接收第二通信数据，按照串口通信协议对第二通信数据进行解析，得到振幅控制字、频率控制字和相位控制字，并且将振幅控制字、频率控制字和相位控制字存入寄存器；通过第二通信接口接收PWM信号，根据PWM信号读取寄存器中的振幅控制字、频率控制字和相位控制字；对读取的振幅控制字、频率控制字和相位控制字进行直接数字频率合成，得到载频信号；根据PWM信号中的脉冲信号包络控制窗，对载频信号进行包络控制，得到激励脉冲信号，激励脉冲信号中的每一正弦波序列与每一脉冲信号包络控制窗中的高电平对应。

AD9910上的OSK引脚和I/0_UPDATE端口分别电连接直接数字频率合成芯片DDS；在指令周期内，I/0_UPDATE端口接收发送数据引脚TXD所发送的数据指令，数据指令即为第二通信数据，直接数字频率合成芯片DDS根据数据指令中的存储信息，将振幅控制字、频率控制字和相位控制字写入存储信息对应的寄存器，寄存器包括三个参数，该三个参数分别写入振幅控制字、频率控制字和相位控制字，并且当I/0_UPDATE端口有更新数据时，AD9910产生一个上升沿脉冲，使能更新参数功能。

在指令周期结束之后的数据周期内，当直接数字频率合成芯片DDS通过OSK引脚接收到PWM信号时，从寄存器中读取振幅控制字、频率控制字和相位控制字，以利用PWM信号、幅控制字、频率控制字和相位控制字共同调制激励脉冲信号。

激励脉冲信号发生器对振幅控制字、频率控制字和相位控制字进行直接数字式频率合成，得到载频信号，实现载频信号的波形控制，并且将PWM信号作为包络信号，对载频信号的共振时间进行精确化控制，实现激励脉冲信号的精确控制，提高了激励脉冲信号在时间上的连续性和稳定性。

可选地，激励脉冲信号的调制***还可以包括信号调理电路，信号调理电路分别与AD9910和STM32电连接，用于放大或衰减激励脉冲信号。

图7为本实施例的测试脉冲信号包络控制窗的示意图，图7a为测试单个脉冲信号包络控制窗的示意图，图7b为测试多个脉冲信号包络控制窗的示意图。

例如：单个脉冲信号包络控制窗中，脉冲宽度为50us，脉冲间距T_gap＝T_d+T_s+T_p＝20ms+2.3ms+10ms，T_d表示等待振铃拖尾信号的脉冲控制时间，T_s表示NQR信号采样控制时间，T_p表示***处理NQR信号的预留时间，设置10ms；多个脉冲信号包络控制窗中，在自旋扳倒角为0°时，重聚聚焦脉宽是150us。

图8为本实施例的测试激励脉冲信号的示意图，高频段脉冲幅度衰减较为严重，虽然理论最小脉冲宽是10us，但是在实际测试过程中，脉冲宽度只能在20us左右，相比于脉冲宽度大于100us，脉冲宽度在20us左右不稳定。

需要说明的是，本实施例与实施例一中的数据传输原理、脉冲信号参数转换原理、用户界面和串口通信协议相同，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激励脉冲信号的调制方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤110、发送第一通信数据；

步骤120、接收所述第一通信数据，对所述第一通信数据进行转换得到第二通信数据和PWM信号，异步发送所述第二通信数据和所述PWM信号；

步骤130、异步接收所述第二通信数据和所述PWM信号，根据所述PWM信号和所述第二通信数据调制激励脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的一种激励脉冲信号的调制方法，其特征在于，所述步骤110具体实现为：

步骤111、在用户界面上设置脉冲信号参数，所述脉冲信号参数包括：脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲个数、脉冲幅度、共振频率和载频初相；

步骤112、按照串口通信协议对所述脉冲信号参数进行封包，得到所述第一通信数据；

步骤113、通过第一通信接口发送所述第一通信数据。

3.根据权利要求2所述的一种激励脉冲信号的调制方法，其特征在于，所述步骤120具体实现为：

步骤121、通过所述第一通信接口接收所述第一通信数据，并且按照所述串口通信协议对所述第一通信数据进行解析，得到所述脉冲宽度、所述脉冲间隔、所述脉冲个数、所述脉冲幅度、所述共振频率和所述载频初相；

步骤122、根据所述脉冲宽度、所述脉冲间隔和所述脉冲个数对模拟信号电平进行数字编码，得到所述PWM信号；

步骤123、对所述脉冲幅度进行数字转换得到振幅控制字，对所述共振频率进行数字转换得到频率控制字，对所述载频初相进行数字转换得到相位控制字；

步骤124、按照所述串口通信协议对所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字进行封包，得到所述第二通信数据；

步骤125、在通过第二通信接口发送所述第二通信数据后，再通过所述第二通信接口发送所述PWM信号。

4.根据权利要求3所述的一种激励脉冲信号的调制方法，其特征在于，所述步骤121中，通过所述第一通信接口接收所述第一通信数据，具体实现为：

周期性查询所述第一通信数据中的数据标识位；

判断所述数据标识位是否为真，若是，则表示通过所述第一通信接口同步接收到所述第一通信数据，若否，则继续查询所述数据标识位。

5.根据权利要求3或4所述的一种激励脉冲信号的调制方法，其特征在于，所述步骤130具体实现为：

步骤131、通过所述第二通信接口接收所述第二通信数据，按照所述串口通信协议对所述第二通信数据进行解析，得到所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字，并且将所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字存入寄存器；

步骤132、通过所述第二通信接口接收所述PWM信号，根据所述PWM信号读取所述寄存器中的所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字；

步骤133、对读取的所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字进行直接数字频率合成，得到载频信号；

步骤134、根据所述PWM信号中的脉冲信号包络控制窗，对所述载频信号进行包络控制，得到所述激励脉冲信号，所述激励脉冲信号中的每一正弦波序列与每一所述脉冲信号包络控制窗中的高电平对应。

6.一种激励脉冲信号的调制***，其特征在于，包括上位机、下位机和激励脉冲信号发生器，所述上位机、所述下位机和所述激励脉冲信号发生器依次通过通信接口连接；

所述上位机用于发送第一通信数据；

所述下位机用于接收所述第一通信数据，对所述第一通信数据进行转换得到第二通信数据和PWM信号，异步发送所述第二通信数据和所述PWM信号；

所述激励脉冲信号发生器用于异步接收所述第二通信数据和所述PWM信号，根据所述PWM信号和所述第二通信数据调制激励脉冲信号。

7.根据权利要求6所述的一种激励脉冲信号的调制***，其特征在于，所述上位机包括第一通信接口，所述上位机通过所述第一通信接口与所述下位机连接，所述上位机具体用于：

在所述上位机的用户界面上设置脉冲信号参数，所述脉冲信号参数包括：脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲个数、脉冲幅度、共振频率和载频初相；

按照串口通信协议对所述脉冲信号参数进行封包，得到所述第一通信数据；

通过所述第一通信接口发送所述第一通信数据。

8.根据权利要求7所述的一种激励脉冲信号的调制***，其特征在于，所述下位机包括第二通信接口，所述下位机通过所述第二通信接口与所述激励脉冲信号发生器连接，所述下位机具体用于：

通过所述第一通信接口接收所述第一通信数据，并且按照所述串口通信协议对所述第一通信数据进行解析，得到所述脉冲宽度、所述脉冲间隔、所述脉冲个数、所述脉冲幅度、所述共振频率和所述载频初相；

根据所述脉冲宽度、所述脉冲间隔和所述脉冲个数对模拟信号电平进行数字编码，得到所述PWM信号；

对所述脉冲幅度进行数字转换得到振幅控制字，对所述共振频率进行数字转换得到频率控制字，对所述载频初相进行数字转换得到相位控制字；

按照所述串口通信协议对所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字进行封包，得到所述第二通信数据；

在通过所述第二通信接口发送所述第二通信数据后，再通过所述第二通信接口发送所述PWM信号。

9.根据权利要求8所述的一种激励脉冲信号的调制***，其特征在于，所述下位机还具体用于：

周期性查询所述第一通信数据中的数据标识位；

判断所述数据标识位是否为真，若是，则表示通过所述第一通信接口同步接收到所述第一通信数据，若否，则继续查询所述数据标识位。

10.根据权利要求8或9所述的一种激励脉冲信号的调制***，其特征在于，所述激励脉冲信号发生器包括直接数字式频率合成器DDS和寄存器，所述第二通信接口通过所述DDS与所述寄存器电连接，所述DDS具体用于：

通过所述第二通信接口接收所述第二通信数据，按照所述串口通信协议对所述第二通信数据进行解析，得到所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字，并且将所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字存入所述寄存器；

通过所述第二通信接口接收所述PWM信号，根据所述PWM信号读取所述寄存器中的所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字；

对读取的所述振幅控制字、所述频率控制字和所述相位控制字进行直接数字频率合成，得到载频信号；

根据所述PWM信号中的脉冲信号包络控制窗，对所述载频信号进行包络控制，得到所述激励脉冲信号，所述激励脉冲信号中的每一正弦波序列与每一所述脉冲信号包络控制窗中的高电平对应。