一種靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)分析系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)分析領(lǐng)域，尤其涉及一種靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)分析系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]低場(chǎng)核磁共振儀器在石油和天然氣勘探開(kāi)發(fā)方面、食品質(zhì)量檢測(cè)、醫(yī)學(xué)影像分析等方面有著廣泛的應(yīng)用。靜磁場(chǎng)對(duì)待測(cè)樣品核磁信號(hào)的響應(yīng)是核磁共振現(xiàn)象的最基本要求，但常規(guī)的核磁共振測(cè)量?jī)x器對(duì)靜磁場(chǎng)的均勻性要求很高，即，只能進(jìn)行低場(chǎng)均勻靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)的分析。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，帶梯度的低場(chǎng)非均勻靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)的分析也得到越來(lái)越多應(yīng)用。因此有必要對(duì)低場(chǎng)非均勻靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)做進(jìn)一步研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)分析系統(tǒng)，能夠進(jìn)行非均勻靜磁場(chǎng)的核磁效應(yīng)分析，并填補(bǔ)了 2MHz以下靜磁場(chǎng)測(cè)量的空白。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:微型樣品容器、射頻脈沖發(fā)射裝置、微型線圈、信號(hào)放大器和中央處理器CPU。
[0005]微型樣品容器，用于裝載具有預(yù)定縱向弛豫時(shí)間的含氫溶液。
[0006]射頻脈沖發(fā)射裝置，用于接收CPU發(fā)出的命令信號(hào)，并根據(jù)該命令信號(hào)按自旋回波序列產(chǎn)生射頻脈沖以激勵(lì)含氫溶液產(chǎn)生核磁共振。
[0007]微型線圈，用于傳輸含氫溶液發(fā)生核磁共振后產(chǎn)生的核磁信號(hào)。
[0008]信號(hào)放大器，用于采集微型線圈傳輸?shù)暮舜判盘?hào)，并對(duì)該核磁信號(hào)進(jìn)行放大。
[0009]CPU，用于記錄放大后的核磁信號(hào)的強(qiáng)度，并繪制測(cè)試空間各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的核磁信號(hào)強(qiáng)度的分布圖。
[0010]優(yōu)選地，測(cè)試期間微型樣品容器放置于微型線圈內(nèi)，并且微型樣品容器的外壁與微型線圈的內(nèi)壁為過(guò)盈配合。
[0011]其中，微型線圈的內(nèi)徑為毫米_量級(jí);微型樣品容器的外徑小于或等于5_。
[0012]優(yōu)選地，含氫溶液為硫酸銅溶液。
[0013]預(yù)定縱向弛豫時(shí)間為100毫秒ms。
[0014]微型樣品容器采用聚四氟材料。
[0015]微型線圈為自發(fā)自收射頻線圈。
[0016]信號(hào)放大器所處理的信號(hào)量級(jí)為微伏μν級(jí)。
[0017]優(yōu)選地，微型線圈的兩端與信號(hào)放大器的輸入端相連，信號(hào)放大器的輸出端與CPU相連。
[0018]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括:三維坐標(biāo)空間定位裝置;三維坐標(biāo)空間定位裝置用于調(diào)整并定位微型線圈在測(cè)試空間中的立體空間坐標(biāo)。
[0019]優(yōu)選地，三維坐標(biāo)空間定位裝置包括:步進(jìn)電機(jī)和三維坐標(biāo)控制裝置。
[0020]步進(jìn)電機(jī)，用于以步進(jìn)的形式帶動(dòng)微型線圈轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)整微型線圈的位置。
[0021]三維坐標(biāo)控制裝置，用于控制步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)速度和步進(jìn)精度，并確定微型線圈進(jìn)行位置調(diào)整后的立體空間坐標(biāo)。
[0022]其中，微型線圈與步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)軸相連;步進(jìn)電機(jī)與三維坐標(biāo)控制裝置相連;三維坐標(biāo)控制裝置與CPU相連。
[0023 ]優(yōu)選地，步進(jìn)電機(jī)為非鐵磁性材料;步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)精度為mm級(jí)。
[0024]優(yōu)選地，CPU，還用于向三維坐標(biāo)控制裝置發(fā)出微型線圈的位置調(diào)整信號(hào)，并采集三維坐標(biāo)控制裝置返回的微型線圈的立體空間坐標(biāo)。
[0025]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括:磁體。
[0026]磁體，用于產(chǎn)生靜磁場(chǎng);微型線圈置于該靜磁場(chǎng)中。
[0027]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括:三維空間定位工作臺(tái)。
[0028]三維空間定位工作臺(tái)，用于固定信號(hào)放大器并放置磁體。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括:微型樣品容器，用于裝載具有預(yù)定縱向弛豫時(shí)間的含氫溶液。射頻脈沖發(fā)射裝置，用于接收CHJ發(fā)出的命令信號(hào)，并根據(jù)該命令信號(hào)按自旋回波序列產(chǎn)生射頻脈沖以激勵(lì)含氫溶液產(chǎn)生核磁共振。微型線圈，用于傳輸含氫溶液發(fā)生核磁共振后產(chǎn)生的核磁信號(hào)。信號(hào)放大器，用于采集微型線圈傳輸?shù)暮舜判盘?hào)，并對(duì)該核磁信號(hào)進(jìn)行放大。CPU，用于記錄放大后的核磁信號(hào)的強(qiáng)度，并繪制測(cè)試空間各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的核磁信號(hào)強(qiáng)度的分布圖。通過(guò)本發(fā)明的方案，能夠進(jìn)行非均勻靜磁場(chǎng)的核磁效應(yīng)分析，并填補(bǔ)了2MHz以下靜磁場(chǎng)測(cè)量的空白。
【附圖說(shuō)明】
[0030]下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的附圖進(jìn)行說(shuō)明，實(shí)施例中的附圖是用于對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0031 ]圖1為本發(fā)明的靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)分析系統(tǒng)組成框圖；
[0032]圖2為本發(fā)明的微型樣品容器微型線圈在靜磁場(chǎng)中的工作示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明的靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)分析系統(tǒng)簡(jiǎn)單連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并不能用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0035]低場(chǎng)核磁共振儀器在石油和天然氣勘探開(kāi)發(fā)方面、食品質(zhì)量檢測(cè)、醫(yī)學(xué)影像分析等方面有著廣泛的應(yīng)用。靜磁場(chǎng)對(duì)待測(cè)樣品核磁信號(hào)的響應(yīng)是核磁共振現(xiàn)象的最基本要求，但常規(guī)的核磁共振測(cè)量?jī)x器對(duì)靜磁場(chǎng)的均勻性要求很高，即，只能進(jìn)行低場(chǎng)均勻靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)的分析。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，帶梯度的低場(chǎng)非均勻靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)的分析也得到越來(lái)越多應(yīng)用。
[0036]目前針對(duì)低場(chǎng)非均勻靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)的分析還是先通過(guò)磁體仿真軟件進(jìn)行有限元分析，設(shè)計(jì)出能夠產(chǎn)生較為均勻的靜磁場(chǎng)的磁體結(jié)構(gòu)后進(jìn)行加工生產(chǎn)，待加工完成后對(duì)待測(cè)共振區(qū)域利用高斯計(jì)進(jìn)行磁場(chǎng)檢測(cè)，與有限元仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析獲得較為準(zhǔn)確的核磁共振靜磁場(chǎng)共振區(qū)域。利用這種方法能夠較好地獲得并驗(yàn)證低場(chǎng)核磁共振儀器的磁體靜磁場(chǎng)分布，但實(shí)際上還是對(duì)低場(chǎng)均勻靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)的分析，并且核磁共振儀器磁體的磁場(chǎng)不均勻性往往會(huì)對(duì)核磁信號(hào)響應(yīng)產(chǎn)生影響，這種影響的大小無(wú)法通過(guò)高斯計(jì)直接獲得分析。同時(shí)由于非共振效應(yīng)，靜磁場(chǎng)的取向?qū)Υ殴舱裥盘?hào)的影響、臨近共振頻率對(duì)應(yīng)靜磁場(chǎng)大小對(duì)磁共振信號(hào)的貢獻(xiàn)等都無(wú)法通過(guò)常規(guī)的靜磁場(chǎng)測(cè)量方法獲得。雖然有利用核磁共振效應(yīng)的靜磁場(chǎng)分析儀器，但所分析的磁場(chǎng)范圍為2MHz以上，無(wú)法精確分析0.5MHz-2MHz的范圍。同時(shí)測(cè)量的靜磁場(chǎng)是均勻靜磁場(chǎng)，無(wú)法針對(duì)非均勻靜磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)上述分析，有必要發(fā)明一款利用核磁共振響應(yīng)機(jī)制來(lái)測(cè)量低場(chǎng)核磁共振儀器磁體非均勻靜磁場(chǎng)對(duì)核磁響應(yīng)強(qiáng)度分布分析的系統(tǒng)以解決上述問(wèn)題。
[0037]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)分析系統(tǒng)01，如圖1所示，通過(guò)本發(fā)明系統(tǒng)能夠直接獲得儀器共振區(qū)域內(nèi)各個(gè)位置的核磁信號(hào)強(qiáng)度分析，并且適用于磁場(chǎng)范圍為0.5MHz-2MHz的非均勻靜磁場(chǎng)。具體地，該系統(tǒng)包括:微型樣品容器02、射頻脈沖發(fā)射裝置03、微型線圈04、信號(hào)放大器05和中央處理器CPU 06。
[0038]微型樣品容器02，用于裝載具有預(yù)定縱向弛豫時(shí)間的含氫溶液。
[0039 ]優(yōu)選地，含氫溶液為硫酸銅溶液。預(yù)定縱向弛豫時(shí)間為100毫秒ms。
[0040]在本發(fā)明實(shí)施例中，為了能夠利用核磁共振原理對(duì)靜磁場(chǎng)分布進(jìn)行分析，需要預(yù)先設(shè)計(jì)微型線圈04，在該微型線圈04中包裹微型樣品容器02，并在容器中放置短Tl弛豫時(shí)間的激勵(lì)樣品。由于短Tl弛豫時(shí)間的樣品能夠極大地減少本發(fā)明測(cè)量方案的時(shí)間，故這里采用Tl弛豫時(shí)間為10ms左右的硫酸銅溶液。并且，在本發(fā)明實(shí)施例中的微型樣品容器02采用聚四氟材料，以免含氫材料影響樣品的核磁信號(hào)。為保證樣品的不變性，在微型樣品容器02中裝入樣品后，將微型樣品容器02的兩端堵死固定，確保微型樣品容器02處于密封狀態(tài)。[0041 ]射頻脈沖發(fā)射裝置03，用于接收CPU發(fā)出的命令信號(hào)，并根據(jù)該命令信號(hào)按自旋回波序列產(chǎn)生射頻脈沖以激勵(lì)含氫溶液產(chǎn)生核磁共振。
[0042]在本發(fā)明實(shí)施例中，為了能夠激勵(lì)樣品，需要有射頻脈沖發(fā)射裝置03向微型樣品容器02中的樣品，即硫酸銅溶液，發(fā)射激勵(lì)脈沖，以激勵(lì)置于靜磁場(chǎng)中的含氫溶液產(chǎn)生核磁共振。
[0043]在本發(fā)明實(shí)施例中，采用自旋回波方式產(chǎn)生上述的激勵(lì)脈沖，具體地，在按自旋回波陣列產(chǎn)生激勵(lì)脈沖之前，接收CUP發(fā)出的命令信號(hào)，根據(jù)該命令信號(hào)發(fā)射90°的激勵(lì)脈沖，在該激勵(lì)脈沖后會(huì)誘發(fā)頻率鑒別號(hào)碼FID信號(hào)，但是FID信號(hào)一般無(wú)法測(cè)量，在預(yù)定的時(shí)間間隔后再發(fā)射180°的復(fù)相激勵(lì)脈沖，從而獲得自旋回波陣列。
[0044]微型線圈04，用于傳輸含氫溶液發(fā)生核磁共振后產(chǎn)生的核磁信號(hào)。
[0045]本發(fā)明的靜磁場(chǎng)核磁效應(yīng)分析系統(tǒng)的主要分析對(duì)象就是含氫溶液發(fā)生核磁共振后產(chǎn)生的核磁信號(hào)，因此，需要我們將該核磁信號(hào)傳輸出來(lái)以供CPU做進(jìn)一步分析，在本發(fā)明實(shí)施例中，預(yù)先設(shè)計(jì)裝微型線圈04就是為了將產(chǎn)生的核磁信號(hào)傳輸出來(lái)。
[0046]在本發(fā)明實(shí)施例中，該微型線圈04為自發(fā)自收的高Q值核磁射頻線圈。線圈內(nèi)徑在毫米mm量級(jí)，有利于增加共振區(qū)域的布點(diǎn)數(shù)，提高分辨率。
[0047]優(yōu)選地，測(cè)試期間微型樣品容器02放置于微型線圈04內(nèi)，并且微型樣品容器02的外壁與微型線圈04的內(nèi)壁為過(guò)盈配合。這里，過(guò)盈配合一般應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中，在本發(fā)明實(shí)施例中，采用過(guò)盈配合是為了將微型樣品容器02的外壁與微型線圈04的內(nèi)壁緊貼，以提高填充因子。提高填充因子可以提高信噪比，同時(shí)也能極大地提高對(duì)靜磁場(chǎng)測(cè)量的分辨率。
[0048]在本發(fā)明實(shí)施例中，為了提高填充因子還盡量將微型線圈做小，上述內(nèi)容中已經(jīng)說(shuō)明，本發(fā)明的微型線圈04的內(nèi)徑可以達(dá)到mm量級(jí)。另外，為了能將待測(cè)區(qū)域內(nèi)的測(cè)試點(diǎn)分布的盡量多，將微型樣品容器02做的盡量小，這里，微型樣品容器的外徑小于或等于5_。
[0049]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括:磁體08。
[0050]磁體08，用于產(chǎn)生靜磁場(chǎng);微型線圈04置于該靜磁場(chǎng)中。
[0051]如圖2所示，是本發(fā)明的微型樣品容器02和微型線圈04在靜磁場(chǎng)中工作示意圖。其中，08是本發(fā)明所述的能夠產(chǎn)生靜磁場(chǎng)的磁體，10是磁體08產(chǎn)生的非均勻靜磁場(chǎng)B0，將微型樣品容器02放置于微型線圈04中，并將微型樣品容器02和微型線圈04—起放置于由磁體08產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)10中。
[0052]信號(hào)放大器05，用于采集微型線圈傳輸?shù)暮舜判盘?hào)，并對(duì)該核磁信號(hào)進(jìn)行放大。
[0053]在本發(fā)明實(shí)施例中，還設(shè)計(jì)了信號(hào)放大電路，即本發(fā)明的信號(hào)放大器05，對(duì)含氫溶液樣品發(fā)生核磁共振產(chǎn)生的微弱核磁信號(hào)進(jìn)行采集、放大。
[0054]優(yōu)選地，本發(fā)明的信號(hào)放大器05所處理的信號(hào)量級(jí)為微伏μν級(jí)。
[0055]CPU 06，用于記錄放大后的核磁信號(hào)的強(qiáng)度，并繪制測(cè)試空間各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的核磁信號(hào)強(qiáng)度的分布圖。
[0056]在本發(fā)明實(shí)施例中，經(jīng)過(guò)上述的各種操作，獲得了放大后的核磁信號(hào)之后，需要經(jīng)過(guò)CPU對(duì)獲得的核磁信號(hào)做進(jìn)一步的收集與處理。具體地，通過(guò)CPU記錄從測(cè)試空間中獲得的每一個(gè)核磁信