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核磁共振自由感應(yīng)衰減信號(FID信號) 原理展示
更新時間:2017-04-26   點擊次數(shù):15952次

  自由感應(yīng)衰減(free induction decay, FID)是核磁共振現(xiàn)象的表現(xiàn)形式。下面將對核磁共振中的自由衰減信號(FID)進行簡要的介紹。

  核磁共振設(shè)備中會使用若干種不同種類的線圈。主要包括:梯度線圈和射頻線圈兩種,下面簡單介紹下射頻線圈的功能。

  射頻線圈具有發(fā)射和接收兩個基本功能,包括發(fā)射線圈本接收線圈。發(fā)射線圈的功能是向檢測樣品發(fā)射射頻脈沖,使質(zhì)子的縱向磁化強度矢量發(fā)生翻轉(zhuǎn)。接收線圈的功能是接收樣品的核磁共振信號。

自由感性衰減信號(FID)

  這里以π/2脈沖為例,在x軸方向通過發(fā)射線圈發(fā)射π/2脈沖,在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系內(nèi),脈沖結(jié)束時,縱向磁化強度矢量M0翻轉(zhuǎn)到xOy平面內(nèi)并位于y‘軸方向。這樣在π/2脈沖以后,可以得到一個橫向磁化強度矢量。Mxy ,在xOy平面的運動是螺旋形衰減,見圖1。若把發(fā)射線圈作為接受線圈,依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,當(dāng)旋轉(zhuǎn)的 Mxy穿過xOy平面內(nèi)位于x軸上的接收線圈,引起拖過線圈磁通量的變化時,就可在接收線圈內(nèi)產(chǎn)生一感應(yīng)電動勢(或感應(yīng)電流),這個感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流稱為核磁共振信號。

圖1.橫向磁化螺旋式衰減


  由于Mxy是一個按正弦規(guī)律振蕩、按指數(shù)規(guī)律衰減,所以接受的信號也是按正弦規(guī)律振蕩,按指數(shù)規(guī)律衰減。信號變化如圖2(a)。因此,這種按正弦規(guī)律振蕩、按指數(shù)規(guī)律衰減的核磁共振信號習(xí)慣被稱為自由感應(yīng)衰減信號(free induction decay)

圖2. FID信號波形

  需要特別注意的是:由于Mxy以角頻率ω0繞外磁場轉(zhuǎn)動,接收到信號的角頻率也是ω0,即信號的頻率與射頻脈沖相等,也就是產(chǎn)生核磁共振的頻率。當(dāng)一個較小的縱向磁化強度矢量M0在π/2脈沖作用下翻轉(zhuǎn)到xOy平面內(nèi),其產(chǎn)生的FID信號見圖2(b),這說明FID信號的大小與π/2脈沖停止后,Mxy初始大小或π/2脈沖作用前縱向磁化強度大小有關(guān),Mxy越大,同一時刻產(chǎn)生的FID信號越強。

  FID信號是強度隨時間的變化波形,經(jīng)傅立葉變換后偶可得到核磁共振信號強度隨頻率ν變化的波形,即核磁共振譜,如圖3,圖中ν0為共振頻率。


圖3

 

核磁共振實驗教學(xué)案例展示:硬脈沖FID 序列測量拉莫爾頻率

圖4.偏振狀態(tài)下的FID信號

圖5.接近共振狀態(tài)下的FID信號

圖6.共振狀態(tài)下的FID信號

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