核磁共振半自动调谐系统及调谐方法
阅读说明：本技术 核磁共振半自动调谐系统及调谐方法 (Semi-automatic tuning system and tuning method for nuclear magnetic resonance ) 是由 臧珊珊 刘雪辉 欧先金 李雪梅 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本公开涉及一种核磁共振半自动调谐系统及调谐方法,包括控制系统和驱动系统,其中：所述控制系统被配置成：获取用户输入的运行信息,生成控制信号发送给所述驱动系统；所述驱动系统被配置成：响应于接收到所述控制信号,驱动核磁共振调谐杆运动。通过本公开的半自动调谐系统进行调谐,不仅调谐方便快捷,还能避免调谐过度。(The invention relates to a semi-automatic tuning system and a tuning method for nuclear magnetic resonance, which comprise a control system and a driving system, wherein: the control system is configured to: acquiring operation information input by a user, generating a control signal and sending the control signal to the driving system; the drive system is configured to: and driving the nuclear magnetic resonance tuning rod to move in response to receiving the control signal. By tuning through the semi-automatic tuning system disclosed by the invention, not only is tuning convenient and fast, but also excessive tuning can be avoided.)
技术领域
本公开涉及核磁共振技术领域，尤其涉及核磁共振半自动调谐系统及调谐方法。
背景技术
核磁共振技术自1946年发现以来，经历了近70多年的发展，不断的向高场、数字化发展。目前国内外核磁共振谱仪的普及率很高，已然是高校和科研院所的必备硬件设施，当然也已经广泛的应用于化学化工、医药、高分子材料、多糖及大分子生物科学等各领域。核磁共振谱仪由最早的永磁体到现在的高分辨超导磁体，由低场向高场发展，由最开始的瓦里安公司推出的30MHz发展到现在的布鲁克1.2GHz，灵敏度和分辨率大大的提高。为了满足不同的需求，核磁共振探头也发展迅速，各种探头层出不穷，三核、四核、多核探头以及液体、固体、半固体探头，反向探头、正向探头、变温探头以及活体探头等。
探头调谐是样品进行核磁共振检测的第一步操作。根据待检测的原子核及实验类型，将探头调谐至每个原子核对应的共振频率。目前核磁共振探头调谐方式有两种：一为传统手动调谐，二为全自动调谐。
市场上大部分仪器使用传统手动方式对探头进行调谐，调谐杆位于磁体探头底部。因为强磁场的原因，磁体与采集数据的工作站有一定距离(六米左右)。操作人员由工作站处取样品，放入磁体探头，然后回到工作站进行软件调谐界面的操作，选中需要调谐的原子核。随后操作人员需返回磁体处，蹲在磁体探头底下用专用调谐工具手动旋转探头底部的调谐杆，随后操作人员返回工作站观察调谐信号图，或者提前将工作站的显示屏幕转向磁体远距离观察调谐信号图，直到调谐至目标位置。调谐操作一次只能调一种原子核，多核调谐时需要到工作站的调谐界面依次选择下一个需要调谐的核，进行多次操作。因为距离原因，手动调谐时操作和观察都十分不便。
全自动调谐通过自动调谐软件完成探头调谐。目前只有一小部分新型核磁共振仪购置时配备了全自动调谐系统。布鲁克、安捷伦和日本电子是目前高场核磁共振谱仪三大品牌，其自动调谐系统价格昂贵，维修及配件费用都比较高。不同样品的溶解状态、温度、溶剂、盐浓度以及不同的实验类型等都会影响调谐位置的变化，全自动调谐通过软件计算共振频率和位置，难免会出现因为样品情况复杂脉冲功率计算紊乱，导致调谐杆接收指令后调谐过度进而损坏调谐杆。
发明内容
本公开要解决的技术问题是：一方面是手动调谐操作和观察不便；另一方面是全自动调谐设备价格昂贵，可能出现调谐过度。
本发明人为解决上述技术问题，提供了核磁共振半自动调谐系统。
具体来说，本公开提出了如下技术方案：
一种核磁共振半自动调谐系统，包括控制系统和驱动系统，其中：
所述控制系统被配置成：获取用户输入的运行信息，生成控制信号发送给所述驱动系统；
所述驱动系统被配置成：响应于接收到所述控制信号，驱动核磁共振调谐杆运动。
可选地，上述的调谐系统，其中，所述驱动系统包括驱动器，所述控制系统被进一步配置成：接收并储存驱动系统发送的对应于所述核磁共振调谐杆位置的驱动器信息。
可选地，上述的调谐系统，其中，所述控制系统被进一步配置成：获取用户设定的调谐限位信息，当所述核磁共振调谐杆位于所述调谐限位信息指示的限位位置时，呈现预警信息。
可选地，上述的调谐系统，其中，所述预警信息包括图像、文本和/或音频。
可选地，上述的调谐系统，其中，所述驱动系统包括至少一个电机，所述控制信号包括电机标识和脉冲序列。
可选地，上述的调谐系统，其中，所述驱动系统包括电机、软轴和调谐杆接头，所述软轴两端分别连接电机和调谐杆接头。
可选地，上述的调谐系统，其中，所述软轴为非磁性或弱磁性软轴；所述调谐杆接头为非磁性接头。
另一方面，本公开提供了上述调谐系统进行调谐的方法，包括如下步骤：
控制系统获取用户输入的运行信息，生成控制信号发送给驱动系统；
所述驱动系统相应于接收到所述控制信号，驱动核磁共振调谐杆运动。
可选地，上述的调谐方法，还包括步骤：
所述控制系统检测到用户输入的储存操作，接收并储存所述驱动系统发送的对应于所述核磁共振调谐杆位置的驱动器信息。
可选地，上述的方法，还包括步骤：
所述控制系统获取用户设定的调谐限位信息，当核磁共振调谐杆位于所述调谐限位信息指示的限位位置时，呈现预警信息。
本公开的有益效果包括：
本公开一些实施方式提供的半自动调谐系统，可以解决手动调谐带来的不便的问题，操作人员无需在工作站处和磁体间反复走动，可以自动实现各个原子核的切换，操作简便，易于观察。
本公开一些实施方式提供的半自动调谐系统，可将传统手动调谐方式升级为半自动调谐方式，对于原仪器无需进行改动，不影响原仪器设备的正常运行，不会对设备有任何损坏。
本公开一些实施方式提供的半自动调谐系统，可以避免全自动调谐计算紊乱而导致调谐过度损坏调谐杆的危险。
附图说明
图1为现有手动调谐探头底部调谐杆示意图，包括六根调谐杆，图中，1：X-Band调谐杆，2：X-Match调谐杆，3：X-Tune1调谐杆，4：X-Tune2调谐杆，5：1H-Match调谐杆，6：1H-Tune调谐杆。
图2为根据本公开一个实施例的核磁共振半自动调谐系统连接到调谐杆的示意图。
图3为根据本公开一个实施例的核磁共振半自动调谐系统软件界面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
如上所述，本公开的目的在于提供核磁共振半自动调谐系统，以解决手动调谐不便等技术问题。
图1显示了手动调谐核磁共振仪探头底部的示意图(仰视)。
示例的探头底部设置了六根核磁共振调谐杆，针对不同的待测原子核，选择性顺时针旋转或者逆时针旋转对应调谐杆进行调谐。X-Band调谐杆1调节不同原子核共振频率范围，1H-Match调谐杆5和1H-Tune调谐杆6调谐H1和F19两种检测原子核，X-Match调谐杆2、X-Tune1调谐杆3和X-Tune2调谐杆4调谐其他多种常用原子核，例如C13、P31、N15、Si29、O17和Se77等。
图2示出了根据本公开一个实施例的核磁共振半自动调谐系统连接到图1的探头底部调谐杆的结构示意图。
核磁共振半自动调谐系统包括控制系统和驱动系统，驱动系统的一端与控制系统连接，另一端通过调谐杆接头连接到探头底部的调谐杆，示例的探头底部有六根调谐杆，与之对应地，示例的驱动系统设置了六根调谐杆接头与调谐杆相连。用户根据待测原子核，向控制系统输入驱动系统的运行信息，控制系统接收到运行信息后，根据运行信息生成控制信号发送给驱动系统，驱动系统接收到控制系统发送的控制信号后，驱动调谐杆运动，从而对探头调谐。控制系统包括上位机，上位机可放置在与核磁共振工作站临近的位置，因此通过半自动调谐系统对原子核进行调谐时，用户可同时观察工作站电脑呈现的调谐信号，当调谐未完成时，可继续用半自动系统进行调谐，直到调谐完成，无需多次走到探头处。
在一些实施方式中，控制系统包括上位机和控制器，驱动系统包括驱动器、电机、软轴和调谐杆接头。用户在上位机输入电机的运行信息，上位机将运行信息发送给控制器。控制器接收到来自上位机的运行信息，生成控制信号发送给驱动器。驱动器根据控制信号控制电机转动，电机的转动通过软轴带动调谐杆接头转动，进而驱动核磁共振调谐杆转动，从而实现探头调谐。示例的半自动调谐系统通过六个电机分别带动六根核磁共振调谐杆的转动，每个电机具有唯一且彼此区分的电机标识，控制器生成的控制信号包括电机标识和脉冲序列，驱动器控制接收到的电机标识对应的电机运转。这里，脉冲序列包括电机运行方向和电机运行角位移信息，运行方向包括逆时针或顺时针。为了不干扰检测，软轴和调谐杆接头均采用弱磁性或非磁性材料制成，例如软轴可采用304不锈钢等弱磁性材料制成，调谐杆接头可采用黄铜等非磁性材料。
在一些实施方式中，控制系统接收并储存驱动系统发送的对应于核磁共振调谐杆位置的驱动器信息。驱动器信息包括电机转动方向以及电机转动角度，电机转动方向和转数与核磁共振调谐杆转动的方向和转数一一对应，因此能够确定核磁共振调谐杆的位置。用户首次操作时，将待测原子核对应的调谐完成时的对应于核磁共振调谐杆位置的驱动器信息储存在控制系统中，下次测试相同原子核时，可提取该原子核对应的对应于核磁共振调谐杆位置的驱动器信息作为电机运行信息，多个电机同时转动同时调节多个调谐杆，节约调谐时间。
由于核磁共振调谐杆在探头上能够旋转的圈数固定，不同的调谐杆具有不同的转数，在一些实施方式中，用户可在控制系统中设定调谐限位信息，当核磁共振调谐杆位于限位信息指示的限位位置时，控制系统将呈现预警信息，例如通过图像、文本和/或音频来提示用户核磁共振调谐杆到达限位位置，防止电机过度运行造成设备损害。
图3示出了本公开一个实施例的核磁共振半自动调谐系统上位机软件界面。用户首次使用核磁共振半自动调谐系统时，需要进行“初始化”以设定相对零点。这里的相对零点是以核磁共振谱仪的标准样品调谐完成时的对应于核磁共振调谐杆位置的驱动器信息。初始化后，对于首次测试的原子核，例如待测原子是Si29，首先调节X-Band调谐杆1的位置到原子核的共振频率范围，选择“X-Band”并通过粗调和细调输入驱动系统运行信息，控制系统根据运行信息发送控制信号给驱动系统，对应于X-Band调谐杆1的电机旋转，驱动X-Band调谐杆1旋转，从而调节X-Band调谐杆1的位置。待X-Band调谐杆1调谐完成后，则在“channel 2”通道选择对应的Si29原子核，并分别点击“X-Match”、“X-Tune 1”和“X-Tune2”，通过粗调和细调输入驱动系统运行信息，进行X-Match调谐杆2、X-Tune1调谐杆3和X-Tune2调谐杆4调谐。观察工作站的调谐信号图确认调谐是否完成，若调谐未完成，则继续调谐；若调谐完成，则继续在“channel 1”通道选择对应的原子核(例如H1核)，然后分别点击“H1-Match”和“H1-Tune”并通过粗调和细调输入驱动系统运行信息对1H-Match调谐杆5和1H-Tune调谐杆6进行调谐，若调谐完成，则点击“Save”，保存此时调谐杆接头位置对应的驱动器信息，待下次测试Si29核时，点击选择Si29核作为待测原子核，控制系统将提取保存的Si29核驱动器信息进行自动切换，然后视样品情况进行微调即可。
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