核磁共振测量系统技术方案

提供用来确定试样（１）的质量的磁共振测量方法，其中，确定磁场均匀性，对于测量系统中可能的漂移提供补偿，且确定试样中的金属存在。该方法包括在一问讯区域（１０３）内沿一第一方向施加一磁场，以在位于问讯区域（１０３）内的一试样（１）内形成一纯磁化；在问讯区域（１０３）内沿一第二方向施加一变化的磁场，以暂时地改变位于问讯区域（１０３）内的试样的纯磁化；当试样的纯磁化返回到其原始状态时监视由试样（１）发射的能量，并产生一具有正比于发射能量的特征的输出信号；以及比较监视的输出信号与其它数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用NMR(核磁共振)技术无接触式地校验称重试样。
技术介绍
具有磁矩的原子核在一强磁场中将具有清晰的核震荡的频率(拉莫尔频率)。各原子核的震荡频率将取决于其质量、其双极矩、原子的化学键、原子环境(它将受与附近其它原子电磁偶联的影响)，以及原子所受的磁场强度。因此，震荡频率的特征不仅是各种原子种类的特征，而且是其分子环境的特征。通过共振地激励这些震荡，可以精确地确定原子的种类及其环境。该现象称之为“核磁共振”，或NMR。如果一RF(射频)能的脉冲施加在一特定种类和环境的原子的共振频率处(例如，水环境中的氢原子)，则该类型的原子核和环境将被共振地激励，其后将形成一返回到低的激励状态的跃迁。该跃迁伴随有位于激励频率或一已知低频处的射频信号的发射。该信号称之为自由诱导衰减(FID)。该FID曲线的幅值和形状与过程中所涉及核子量相关，并与环境相联系的原子的特定状态和特性相关。在许多特定的领域中，测量、探测和成像中使用NMR技术正变得越来越需要。NMR的非入侵、非破坏的特性已促进了工业仪器中的应用、分析和控制等的任务。周期表中几乎所有的元素都具有非零核自旋的同位素。该核自旋造成核子磁性激活。在磁性激活的核子中，NMR仅可在天然丰度足够高而可被探测的同位素上进行。通常可见的磁性激活核子是1H、13C、19F、23Na、31P。最为普通的是1H，它也具有最大的磁矩，对于实施NMR分光镜的操作赋予其最大的优点。应用于一静磁场B0的试样时，试样核自旋平行于磁场方向对齐于磁场。磁矩本身可对齐，或平行于静磁场(NSNS)或反平行于磁场(NNSS)。平行于静磁场的对齐是低能状态，而对抗于磁场的对齐是高能状态。在室温下，具有低能级自旋的核子数N+略微地超过高能级的核子数N-。玻耳兹曼统计提出以下式子N-/N+＝exp(-E/kT)， (1)其中，E是两个自旋状态之间的能差；k是玻耳兹曼常数，1.3805×10-23J/Kelvin；以及T是开氏温度。当温度减小时，比值N-/N+也减小。当温度增加时，该比值接近1。由于具有高能级状态下自旋的核子略微不平衡，静磁场中的一试样将显现平行于静磁场的磁化。磁化源自围绕静磁场的核运动(松弛)。该运动的频率取决于静磁场强度，并定义如下v＝γB(2)其中，B是磁场强度，γ是试样材料中至少一个原子(通常是氢原子)的旋磁比。旋磁比与所分析的核子磁矩相关。质子的旋磁比是42.57MHz/Tesla。由此测得的频率称之为拉莫尔频率，v的概念定义为静磁场内核子的运动速率，或对应于可发生上和下状态之间跃迁的能量的频率。通过诱发这些不同校正之间的跃迁可导出基本的NMR信号。通过将一试样暴露在一RF(射频)信号的磁分量中可诱发这样的跃迁，RF信号通常由RF线圈产生。当磁分量垂直于磁场施加时，一共振发生在一特定的RF频率处(与运动频率相同，即，拉莫尔频率)，对应于不同校正之间的一跃迁过程中所发射或吸收的能量。当采用一诸如0.1-2Tesla(特斯拉)(1T＝10,000Gauss)范围内的强磁场时，该共振通常发生在兆赫频率范围内，对应于FM无线电频率。因此，该发射称之为射频(RF)发射。NMR分光镜内的信号由自旋吸收的能量和自旋发射的能量之间的能差产生，前者自旋使低能状态跃迁到高能状态，而后者自旋同时地从高能状态跃迁到低能状态。因此，信号正比于两个状态之间的全域的差值。由于NMR分光镜能探测这些非常小的全域的差值，所以，NMR分光镜获得其高水平的灵敏度。正是在自旋和分光镜之间特定频率处的共振或能量交换给予NMR其灵敏度。脉动的NMR分光镜技术涉及到一磁暴或脉动，在这样试样的质子首先在基本静止磁场内入相之后，所述磁暴或脉冲设计来激励待测量试样的特定核种类的核子；换句话说，运动受脉动而修改。通常地，静磁场Bo的方向被认为沿三维空间中的Z轴线方向。在平衡中，纯磁化矢量沿施加磁场Bo的方向布置，并称之为平衡磁化Mo。在此结构中，磁化的Z分量MZ等于Mo。MZ称之为纵向磁化。在这样一情形中，没有横向磁化(MX或MY)。通过将核自旋系统暴露到等于自旋状态之间能差的频率能量中，可改变纯磁化。如果足够的能量投入到系统内，则能够饱和自旋系统并使MZ＝0。时间常数描述MZ如何返回到其平衡值，该时间常数称之为自旋晶格松弛时间(T1)。支配该特性的方程是其位移后时间的函数，其表达如下MZ＝Mo(1-e-t/T1) (3)T1因此定义为改变磁化的Z分量的一因子e所需要的时间。因此，在t＝T1处，MZ＝0.63Mo。为了合适地执行重复的测量，它是为减小背景噪声和提高信号质量所必须的，应允许Mo返回到MZ。换句话说，在饱和时等于零的纵向磁化MZ应允许完全地返回到+Z方向，并达到其平衡值Mo。尽管这在理论上可以是永远的(即，饱和之后，当t＝∞时，MZ＝Mo)，但通常在MZ＝0.99Mo时就可认为已足够了，这发生在t＝5T1时。这将时间约束放置在一试样可多次地测量的速度上，或放置在通过一询问区域的试样的全部产量上。如果自旋系统过饱和，迫使纯磁化进入Z方向，则它将沿+Z轴线以也由T1支配的速率逐渐地返回到其平衡位置。支配该特性的方程是其位移后时间的函数，其表达如下MZ＝Mo(1-2e-t/T1) (4)自旋晶格松弛时间(T1)是将纵向磁化(MZ)和其平衡值之间的差值减小一因子e所需要的时间。因此，也需要经过t＝5T1的时间，以便使MZ返回到099Mo的值，在全部的试样上设置一同样的时间约束。如果纯磁化转入XY平面内一90°脉冲，则它将围绕Z轴线以一等于一光子频率的频率转动，具有对应于在两个自旋能级之间跃迁的能量。该频率称之为拉莫尔频率。因为各个使其和解的自旋包正经历一略微不同的磁场并因此在其自己的拉莫尔频率处转动，所以，除了转动之外，现位于XY平面内的纯磁化开始移相。脉冲之后经过的时间越长则相位差越大。如果探测器线圈仅在X方向敏感于磁场的测量，则移相导致信号的衰减，最终接近于零。描述横向磁化MXY的这种衰减的时间常数被称之为自旋-自旋松弛时间T2。MXY＝MXY0e-t/T2(5)T2始终小于或等于T1。XY平面内的纯磁化趋于零，而纵向磁化增长直到Mo返回到+Z方向为止。任何横向磁化特性都呈相同的方式。自旋-自旋松弛时间T2是减小横向磁化一因子e的时间。自旋晶格松弛和自旋-自旋松弛之间的差别在于，前者工作是将MZ返回到Mo，而后者工作是将MXY返回到零。为清晰起见，以上分别地讨论了T1和T2。即，在沿Z轴线倒退增长之前，可认为磁化矢量完全地填充了XY平面。实际上，两个过程同时地发生，唯一的限制在于T2小于或等于T1。两个因素有利于横向磁化的衰减-(1)分子互相作用(据说导致一纯T2分子作用)，以及(2)Bo(施加的静磁场)的变化，据说导致不均匀的T2作用。这两种因素的组合实际上导致横向磁化的衰减。组合的时间常数称之为“T2星”并给予符号T2*。在磁场中分子过程的T2和非均匀性的T2之间的关系是1/T2*＝1/T2+1/T2inh。 (6)不均匀性的根源可以是磁场内自然的波动，或产生磁场的磁体的不完善性，或磁性污染，例如，铁或其它铁磁性金属。在实践中，为了使用NMR实际地测量一试样，试样首先放置在一静磁场Bo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一用于确定生产线中的试样质量的磁共振方法，包括：在一问讯区域内沿第一方向施加一第一磁场，以在位于问讯区域内的一试样内形成一纯磁化；在一问讯区域内沿不同的第二方向施加一变化的磁场，以便暂时地改变位于问讯区域内的试样的纯磁化；　 　当试样的纯磁化返回到其初始状态时监视由试样发射的能量，并产生一具有与发射的能量成正比的特征的输出信号；将输出信号特征与从已知质量的至少一个类似试样中获得的类似数据进行比较；以及确定试样的质量；其特征在于：　 　对试样施加一９０°激励的ＲＦ自旋脉冲；监视试样的自由诱发衰减能量，并且产生和测量与其对应的自旋输出信号的特征；对试样施加一１８０°激励的ＲＦ回射脉冲；监视发射的回射诱发的能量，并且产生和测量与其对应的回射输出信号的 特征；以及比较自旋输出信号的特征和回射输出信号的特征之间的数学关系。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JAWM科维，PCJM亨德里克斯，P斯图尔特，A范登伊尔斯肖特，JM姆肯德瑞，M白金汉，G克雷格，
申请(专利权)人：波克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]