高磁场强度、高均匀度核磁共振磁体结构及测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种高磁场强度、高均匀度核磁共振磁体结构及测量装置，该磁体结构包括：壳体和设置在所述壳体内的至少两层磁体层，其中，所述至少两层磁体层上下叠放在所述壳体内；所述至少两层磁体层的充磁方向一致。该方案通过将两层或两层以上充磁方向一致的磁体层上下叠放在壳体内，组成核磁共振磁体结构，由两层或多层磁体层产生的磁场相叠加，共同产生静磁场，与现有的单层磁体产生的静磁场相比，提高了磁场均匀度和磁场强度、增大了均匀区域体积和探测距离。通过特定的射频天线与该磁体结构配合使用，可以有效测量层状非均质样品和均质样品，扩大了核磁共振测量装置的适用范围。

Structures and measuring devices of high magnetic field intensity and high homogeneity NMR magnets

The present invention provides a high magnetic field strength and high uniformity NMR magnet structure and measuring device. The magnet structure comprises a shell and at least two layers of magnet layers arranged in the shell, in which at least two layers of magnet layers are overlapped in the shell and the magnetizing direction of the at least two layers of magnet layers is identical. In this scheme, two or more layers of magnets with the same direction of magnetization are superimposed on the shell to form the structure of NMR magnets. The magnetic fields produced by two or more layers of magnets are superimposed to produce the static magnetic field. Compared with the static magnetic fields produced by existing single layer magnets, the uniformity and intensity of the magnetic field are improved. The volume of uniform region and detection distance are increased. By using a specific RF antenna in conjunction with the magnet structure, the layered heterogeneous samples and homogeneous samples can be effectively measured, and the application scope of the NMR measurement device can be expanded.

【技术实现步骤摘要】
高磁场强度、高均匀度核磁共振磁体结构及测量装置
本专利技术涉及核磁共振
，尤其涉及一种高磁场强度、高均匀度核磁共振磁体结构及测量装置。
技术介绍
核磁共振(NuclearMagneticResonance，简称“NMR”)是20世纪40年代发展起来的一项新的分析技术。利用核磁共振技术可以在不破坏样品的情况下确定物质的化学结构及某种成分的密度分布，其应用已迅速扩展至物理、化学、材料科学、生命科学和医学等领域。20世纪50年代，核磁共振探测技术开始在石油天然气工业中应用。核磁共振检测技术是利用核磁共振原理探测氢原子的技术。通过探测样品内氢原子的含量和赋存状态，获得样品内各种成分的信息。磁体和天线是核磁共振探测器的最主要组成部分，磁体用于在样品中产生静磁场，以对样品中的氢原子进行极化；天线用于向样品发射射频脉磁场脉冲，激发样品中已经被静磁场极化的氢原子，以此来产生核磁共振现象，同时还用于接收和采集所产生的核磁共振信号。通常的核磁共振探测手段为：通过核磁共振探测器内的磁体形成静磁场，然后通过射频天线向样品发射射频磁场脉冲、采集共振信号，进而根据采集到的信号，确定样品体中氢核的密度及流体分子弛豫特性，根据上述数据即可对贮存在样品内的各成分进行分析。传统核磁共振探测器，依赖于高度均匀的静磁场，均采用磁体包围样品的检测模式，在大磁体(由超导线圈组成)产生的高度均匀的静磁场中进行小样品的检测。这种封闭的结构确保了其产生的静磁场的高磁场强度和高均匀度。但是，由于被测样品必须放置在磁体内部，导致该结构限制了被测样品的大小尺寸。在实际应用中，诸如测量水文地质中土壤湿度等无法将被测样品放置在磁体内部的研究，均不能在传统核磁共振探测器内进行测量和研究。针对上述问题，在现有应用中，出现了小型单边核磁共振探测器。单边核磁共振探测器在使用时，被测样品可以直接放置在磁体的表面，因样品位于磁体一侧，故被称为单边核磁共振探测器。因其体型小巧，便于测量，并且不受到样品位置和大小的限制等诸多优点而被广泛应用。常用的单边核磁共振探测器的磁体结构有如下两种：第一种：如图1所示，该磁体主要包括四块磁体单元和一块铁质基底。其中，缝隙dB两侧的磁体单元为反向充磁，且充磁方向与下方铁质基底垂直。由铁质基底将两磁体单元进行联通，达到增强磁体上部磁场的目的。这种结构的磁体向磁体上表面方向辐射磁场，在一定深度处可得到符合核磁共振探测要求的静磁场B0，其方向和在其表面的天线发射的射频脉冲磁场B1的方向互相垂直(B0与B1正交匹配)，探测敏感区域截面形状为凸起的峰型或凹陷的鞍形。因而导致产生的磁场在水平面上分布较为不均匀，探测的敏感区域形状不规则，并且因其磁体结构的局限性，只能通过调节磁体单元之间的缝隙来改变磁场的分布，所产生的静磁场在水平面上均匀度有限，不利于层状非均匀介质的探测，而且在其对均匀介质探测时因其敏感区域分布不在一个平面上，单频测量的样品体积有限，其信号强度较小，导致信噪比较低。第二种：针对第一种磁体结构的缺陷，加拿大一小组设计了的另一种主流核磁共振探测器磁体结构，如图2所示，该结构的磁体主要由三块磁体单元构成，所有磁体单元的充磁方向均为水平向右方向。这种结构的磁体，通过调整两侧磁体单元间的距离和中心处磁体单元的上下相对位置，在磁体上表面上方产生一个相对平坦且均匀分布的静磁场，相对于第一种磁体的磁场分布更加均匀。但是随着核磁共振探测技术的发展，人们对探测结果精确度要求越来越高，进而要求核磁共振探测器的磁体能够产生均匀度更高的磁场，如图2所示的磁体的结构已无法满足人们对磁场均匀度的要求。并且如图2所示的核磁共振探测器磁体，其产生的磁场在水平方向上均匀分布的磁场强度较低，这就直接导致了探测信号的强度小，信噪比低，进而导致其探测距离较小，如需增大磁场强度，则需极大程度地增加磁体体积，既增加了制作成本，又导致了探测装置的工作适用范围受到一定限制。
技术实现思路
本专利技术提供一种高磁场强度、高均匀度核磁共振磁体结构及测量装置，通过将两层或两层以上充磁方向一致的磁体层上下叠放在壳体内，组成核磁共振磁体结构，每一层磁体层可相同也可不同，由两层或多层磁体层产生的磁场相叠加，共同产生静磁场，与现有的单层磁体产生的静磁场相比，具有均匀度更高、均匀区域体积更大、静磁场强度更大、探测距离更深等特点。通过特定的射频天线与该磁体结构配合使用，可以有效测量层状非均质样品和均质样品。提高了核磁共振磁体结构产生的静磁场的均匀度和强度，增加了可用的磁场均匀区域体积，扩大了核磁共振测量装置的适用范围。本专利技术的第一方面提供高磁场强度、高均匀度核磁共振磁体结构，包括：壳体和设置在所述壳体内的至少两层磁体层，其中，所述至少两层磁体层上下叠放在所述壳体内；所述至少两层磁体层的充磁方向一致。可选地，所述至少两层磁体层中的第一磁体层包括：至少两个第一子磁体，各个所述第一子磁体串联设置，以使所述第一磁体层内的相邻的所述第一子磁体的充磁方向首尾相连。可选地，多个所述第一子磁体呈弧线排列，相邻所述第一子磁体之间相隔第一预设角度排列。可选地，所述至少两层磁体层中的第二磁体层包括：至少一块瓦状磁体，所述瓦状磁体具有预设弧度的瓦面。可选地，所述第二磁体层的所述瓦状磁体的瓦面弯曲方向沿着所述第一磁体层中多个所述第一子磁体排列成的弧线。可选地，所述第一磁体层叠放在最上层，所述第一磁体层还包括：导磁块，所述导磁块设置在所述至少两个第一子磁体之间，用于减小所述第一磁体层与其上方的磁力线之间的距离。可选地，所述第一子磁体包括以下形状中的至少一种：月牙形磁体、条形磁体和/或柱状磁体。可选地，还包括：导磁基底，所述导磁基地叠放在所述至少两层磁体层下方，用于减小所述至少两层磁体层与其下方磁力线之间的距离。可选地，所述导磁基地为铁质基地。本专利技术的第二方面提供一种测量装置，至少包括：射频单元和本专利技术第一方面及其任一可选地方案所述的磁体结构，其中，所述磁体结构用于在待测样品内部产生均匀磁场，以极化所述待测样品；所述射频单元用于向被所述磁体结构极化的所述待测样品发射射频磁场脉冲，并采集所述待测样品产生的共振信号，以根据所述共振信号得到所述待测样品的测量结果。本专利技术提供的高磁场强度、高均匀度核磁共振磁体结构及测量装置，通过将两层或两层以上充磁方向一致的磁体层上下叠放在壳体内，组成核磁共振磁体结构，每一层磁体层可相同也可不同，由两层或多层磁体层产生的磁场相叠加，共同产生静磁场，与现有的单层磁体产生的静磁场相比，具有均匀度更高、均匀区域体积更大、静磁场强度更大、探测距离更深等特点。通过特定的射频天线与该磁体结构配合使用，可以有效测量层状非均质样品和均质样品。提高了核磁共振磁体结构产生的静磁场的均匀度和强度，增加了可用的磁场均匀区域体积，扩大了核磁共振测量装置的适用范围。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中的一个核磁共振探测器探头磁体的结构示意图；图2为现有技术中的另一个核磁共振探测器探头磁体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高磁场强度、高均匀度核磁共振磁体结构，其特征在于，包括：壳体和设置在所述壳体内的至少两层磁体层，其中，所述至少两层磁体层上下叠放在所述壳体内；所述至少两层磁体层的充磁方向一致。

【技术特征摘要】
1.一种高磁场强度、高均匀度核磁共振磁体结构，其特征在于，包括：壳体和设置在所述壳体内的至少两层磁体层，其中，所述至少两层磁体层上下叠放在所述壳体内；所述至少两层磁体层的充磁方向一致。2.根据权利要求1所述的高磁场强度、高均匀度核磁共振磁体结构，其特征在于，所述至少两层磁体层中的第一磁体层包括：至少两个第一子磁体，各个所述第一子磁体串联设置，以使所述第一磁体层内的相邻的所述第一子磁体的充磁方向首尾相连。3.根据权利要求2所述的高磁场强度、高均匀度核磁共振磁体结构，其特征在于，多个所述第一子磁体呈弧线排列，相邻所述第一子磁体之间相隔第一预设角度排列。4.根据权利要求3所述的高磁场强度、高均匀度核磁共振磁体结构，其特征在于，所述至少两层磁体层中的第二磁体层包括：至少一块瓦状磁体，所述瓦状磁体具有预设弧度的瓦面。5.根据权利要求4所述的高磁场强度、高均匀度核磁共振磁体结构，其特征在于，所述第二磁体层的所述瓦状磁体的瓦面弯曲方向沿着所述第一磁体层中多个所述第一子磁体排列成的弧线。6.根据权利要求3所述的高磁场强度、高均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖立志，孙哲，廖广志，李新，罗嗣慧，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11