[發明專利]高磁場強度、高均勻度核磁共振磁體結構及測量裝置

有效

• 申請號: 201810476287.3
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108931748B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 肖立志;孫哲;廖廣志;李新;羅嗣慧
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: G01R33/383
• 分類號: G01R33/383;G01R33/38;H01F7/02
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 劉丹;黃健

本發明提供一種高磁場強度、高均勻度核磁共振磁體結構及測量裝置，該磁體結構包括：殼體和設置在所述殼體內的至少兩層磁體層，其中，所述至少兩層磁體層上下疊放在所述殼體內；所述至少兩層磁體層的充磁方向一致。該方案通過將兩層或兩層以上充磁方向一致的磁體層上下疊放在殼體內，組成核磁共振磁體結構，由兩層或多層磁體層產生的磁場相疊加，共同產生靜磁場，與現有的單層磁體產生的靜磁場相比，提高了磁場均勻度和磁場強度、增大了均勻區域體積和探測距離。通過特定的射頻天線與該磁體結構配合使用，可以有效測量層狀非均質樣品和均質樣品，擴大了核磁共振測量裝置的適用范圍。

技術領域

本發明涉及核磁共振技術領域，尤其涉及一種高磁場強度、高均勻度核磁共振磁體結構及測量裝置。

背景技術

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，簡稱“NMR”)是20世紀40年代發展起來的一項新的分析技術。利用核磁共振技術可以在不破壞樣品的情況下確定物質的化學結構及某種成分的密度分布，其應用已迅速擴展至物理、化學、材料科學、生命科學和醫學等領域。20世紀50年代，核磁共振探測技術開始在石油天然氣工業中應用。核磁共振檢測技術是利用核磁共振原理探測氫原子的技術。通過探測樣品內氫原子的含量和賦存狀態，獲得樣品內各種成分的信息。磁體和天線是核磁共振探測器的最主要組成部分，磁體用于在樣品中產生靜磁場，以對樣品中的氫原子進行極化；天線用于向樣品發射射頻脈磁場脈沖，激發樣品中已經被靜磁場極化的氫原子，以此來產生核磁共振現象，同時還用于接收和采集所產生的核磁共振信號。通常的核磁共振探測手段為：通過核磁共振探測器內的磁體形成靜磁場，然后通過射頻天線向樣品發射射頻磁場脈沖、采集共振信號，進而根據采集到的信號，確定樣品體中氫核的密度及流體分子弛豫特性，根據上述數據即可對貯存在樣品內的各成分進行分析。

傳統核磁共振探測器，依賴于高度均勻的靜磁場，均采用磁體包圍樣品的檢測模式，在大磁體(由超導線圈組成)產生的高度均勻的靜磁場中進行小樣品的檢測。這種封閉的結構確保了其產生的靜磁場的高磁場強度和高均勻度。但是，由于被測樣品必須放置在磁體內部，導致該結構限制了被測樣品的大小尺寸。在實際應用中，諸如測量水文地質中土壤濕度等無法將被測樣品放置在磁體內部的研究，均不能在傳統核磁共振探測器內進行測量和研究。針對上述問題，在現有應用中，出現了小型單邊核磁共振探測器。單邊核磁共振探測器在使用時，被測樣品可以直接放置在磁體的表面，因樣品位于磁體一側，故被稱為單邊核磁共振探測器。因其體型小巧，便于測量，并且不受到樣品位置和大小的限制等諸多優點而被廣泛應用。常用的單邊核磁共振探測器的磁體結構有如下兩種：

第一種：如圖1所示，該磁體主要包括四塊磁體單元和一塊鐵質基底。其中，縫隙dB兩側的磁體單元為反向充磁，且充磁方向與下方鐵質基底垂直。由鐵質基底將兩磁體單元進行聯通，達到增強磁體上部磁場的目的。這種結構的磁體向磁體上表面方向輻射磁場，在一定深度處可得到符合核磁共振探測要求的靜磁場B0，其方向和在其表面的天線發射的射頻脈沖磁場B1的方向互相垂直(B0與B1正交匹配)，探測敏感區域截面形狀為凸起的峰型或凹陷的鞍形。因而導致產生的磁場在水平面上分布較為不均勻，探測的敏感區域形狀不規則，并且因其磁體結構的局限性，只能通過調節磁體單元之間的縫隙來改變磁場的分布，所產生的靜磁場在水平面上均勻度有限，不利于層狀非均勻介質的探測，而且在其對均勻介質探測時因其敏感區域分布不在一個平面上，單頻測量的樣品體積有限，其信號強度較小，導致信噪比較低。