专利名称：核磁共振分析仪滑台和核磁共振分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及核磁共振测量技术，特别涉及一种核磁共振分析仪滑台和核磁共振分析仪。
背景技术：
核磁共振分析仪是利用核磁共振原理对被测样品进行核磁共振实验的一种仪器， 通过对实验数据的解析实现对样品内部结构和宏观性质的探测。目前，现有的核磁共振分析仪主要包括磁体、天线、主控电路、电子线路和上位机等，磁体用于产生核磁共振所需的静磁场；主控电路用于根据上位机设置的各种参数生成发射信号，并通过电子线路对发射信号进行处理后传送给天线，以激励天线产生使被测样品核磁共振的射频场；电子线路还可对天线采集的被测样品的回波信号进行处理以传送给主控电路；主控电路将该回波信号转换成数字信号，并得到回波的幅值和相位信息；上位机对主控电路传送的回波信号的幅值和相位信息进行解析，以得到被测样品中的流体信息和孔隙信息等。在对被测样品进行核磁共振测量时，需将被测样品放置于磁体产生的静磁场中， 现有的核磁共振分析仪中，磁体产生的静磁场在一定空间范围内，而被测样品的尺寸不能超过磁体产生静磁场的空间范围，因而，被测样品的尺寸特别是长度，受到很大限制。
发明内容
本发明提供了一种核磁共振分析仪滑台和核磁共振分析仪，以扩大进行核磁共振测量的被测样品的尺寸。本发明提供的核磁共振分析仪滑台，包括主框架，所述主框架上设置有无磁平台，所述无磁平台用于放置核磁共振分析仪的磁体箱体；样品支架，固定连接于所述无磁平台上，所述样品支架用于放置被测样品；驱动机构，设置于所述主框架上，所述驱动机构与核磁共振分析仪的磁体箱体相连，所述驱动机构用于驱动所述核磁共振分析仪的磁体箱体的移动以改变核磁共振分析仪的磁体箱体与被测样品的相对位置。本发明另一个方面是提供了一种核磁共振分析仪，包括玻璃钢管、磁体和天线，还包括本发明实施例提供的滑台；其中，所述天线缠绕于玻璃钢管外表面，所述天线相对于所述磁体固定设置，且置于所述磁体产生的磁场中；所述天线、玻璃钢管和磁体均设置于磁体箱体内，所述磁体箱体放置于所述滑台的无磁平台上，被测样品穿过所述玻璃钢管且放置于所述样品支架上。本发明提供的核磁共振分析仪滑台，核磁共振分析仪的磁体箱体可放置于无磁平台上，被测样品可放置于样品支架上，并设置有驱动机构，通过驱动机构带动磁体箱体的移动可改变磁体箱体与被测样品的相位位置，当磁体箱体在主框架上移动时，磁体箱体与被测样品的相位位置将发生改变，而磁体设置于磁体箱体内，也就是磁体与被测样品的相位位置发生改变，进而，磁体产生的均匀磁场与被测样品的相对位置也就改变，可使待测样品的不同部位置于均匀磁场中，对待测样品的不同部分进行核磁共振测量，因而，待测样品的尺寸不受限制，扩大了进行核磁共振测量的被测样品的尺寸。
图I为本发明实施例所提供的核磁共振分析仪滑台的结构示意图2为本发明另一实施例所提供的核磁共振分析仪滑台的结构示意图3为本发明实施例所提供的核磁共振分析仪的结构示意图4为本发明另一实施例所提供的核磁共振分析仪的结构示意图
图5为本发明实施例所提供的核磁共振分析仪中天线调谐电路的结构示意图6为本发明实施例所提供的核磁共振分析仪中Q转换电路和隔离电路的结构示意图。
具体实施例方式核磁共振分析仪是利用核磁共振原理对被测样品进行核磁共振实验的仪器，核磁共振分析仪主要包括磁体、天线、主控电路、电子线路和上位机等。 本发明实施例提供了一种核磁共振分析仪滑台，在利用核磁共振分析仪进行核磁共振实验时，可将核磁共振分析仪和被测样品分别放置于该滑台上，并且使被测样品置于核磁共振分析仪中磁体产生的磁场中，以进行核磁共振实验。图I为本发明实施例所提供的核磁共振分析仪滑台的结构示意图，如图I所示，该滑台包括主框架I、样品支架2和驱动机构3。主框架I上设置有无磁平台101，无磁平台101用于放置核磁共振分析仪的磁体箱体20 ;样品支架2固定连接于无磁平台101上，样品支架2用于放置被测样品21 ;驱动机构3设置于主框架I上，驱动机构3与核磁共振分析仪的磁体箱体20相连，通过驱动机构 3带动核磁共振分析仪的磁体箱体20的移动以改变核磁共振分析仪的磁体箱体20与被测样品21的相对位置。主框架为整个滑台的支撑框架，可采用多种材料制作,例如,木质材料,铜、铝合金等金属材料，主框架的结构形式也有多种，可以为如I图所示，为桌子式的结构，包括多个支撑腿，多个支撑腿上设置一水平桌面，该水平桌面即可作为无磁平台，无磁平台采用非磁化材料制作，例如，木材、铝合金等。当然，主框架也可为其他的结构，不限于图I所示。核磁共振分析仪的磁体可放置于磁体箱体内，以对磁体进行保护，并且，磁体箱体可起到屏蔽磁体产生的磁场，避免对磁场产生干扰的作用。主框架上设置有无磁平台，可将无磁平台与主框架固定连接，无磁平台可用于放置核磁共振分析仪的磁体箱体。样品支架固定连接于无磁平台上，样品支架用于放置被测样品，可以为多种结构形式，具体结构可根据样品的具体形状设计，如图I所示，待测样品为圆柱形，样品支架可以为H型的支撑架，核磁共振仪的磁体放置于磁体箱体内，磁体产生的均匀磁场将位于磁体箱体内，在对待测样品进行测量时，可使待测样品穿过磁体箱体，以将待测样品的测量部分置于磁体产生的均匀磁场中，并将圆柱形待测样品的两端放置于H型支撑架的横梁上。 当然，如果可设计其他结构的样品支架以放置待测样品，不限于图I所示的结构。驱动机构设置于主框架上，驱动机构与核磁共振分析仪的磁体箱体相连，用于驱动磁体箱体移动，以改变磁体箱体与被测样品的相对位置。驱动机构可以为由电机和皮带等组成的结构，将磁体箱体与皮带相连或者放置于皮带上，通过电机转轴的转动带动皮带转动，从而带动磁体箱体的位置移动，以改变磁体箱体与被测样品的相位位置；驱动机构也可以为由液压机构、推动杆等组成的结构，将磁体箱体与推动杆相连，由液压机构控制推动杆移动，以改变磁体箱体与被测样品的相位位置，本实施例只是列举几种驱动机构的形式，驱动机构可以有多种结构形式，不限于本实施例所
/Jn ο由上述技术方案可知，核磁共振分析仪的磁体箱体可放置于无磁平台上，被测样品可放置于样品支架上，并设置有驱动机构，通过驱动机构带动磁体箱体的移动可改变磁体箱体与被测样品的相位位置，当磁体箱体在主框架上移动时，磁体箱体与被测样品的相位位置将发生改变，而磁体设置于磁体箱体内，也就是磁体与被测样品的相位位置发生改变，进而，磁体产生的均匀磁场与被测样品的相对位置也就改变，可使待测样品的不同部位置于均匀磁场中，对待测样品的不同部分进行核磁共振测量，因而，待测样品的尺寸不受限制，扩大了进行核磁共振测量的被测样品的尺寸。图2为本发明另一实施例所提供的核磁共振分析仪滑台的结构示意图，在上述实施例的基础上，进一步的，如图2所示，该核磁共振分析仪滑台的驱动机构3包括第一皮带轮、第二皮带轮、电机驱动器301和步进电机302。第一皮带轮和第二皮带轮(图中未示出)分别设置于无磁平台101上，第一皮带轮和第二皮带轮之间设置有传送带303，传送带303与核磁共振分析仪的磁体箱体20相连， 且核磁共振仪的磁体箱体20与无磁平台101滑动连接。可通过螺接、铆接等方式将第一皮带轮和第二皮带轮固定连接设置于无磁平台上，在第一皮带轮和第二皮带轮之间设置传送带，将传送带与核磁共振分析仪的磁体箱体相连，并且，磁体箱体与无磁平台滑动连接，当传送带转动时，可带动磁体箱体在无磁平台上滑动。电机驱动器301与步进电机302相连，用于生成对步进电机302的控制脉冲信号。步进电机302的转轴312与第二皮带轮相连，步进电机302的转轴312根据控制脉冲信号转动设定角度，以驱动第二皮带轮带动传送带303转动，从而带动核磁共振分析仪的磁体箱体100在无磁平台11上滑动。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的电机，步进电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，电机驱动器用于生成对步进电机的控制脉冲信号，以驱动步进电机的转轴转动，电机驱动器每生成一个脉冲信号，就驱动步进电机按设定的方向转动(正转或反转)一个固定的角度，该角度也称步进角，步进电机的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲信号的个数来控制角位移量，同时可以通过控制脉冲信号的频率来控制步进电机转动的速度和加速度，从而达到准确定位和调速的目的。本实施例中，将步进电机的转轴与第二皮带轮相连，从而步进电机在电机驱动器控制下带动第二皮带轮转动，第二皮带轮作为主动轮，第一皮带轮作为从动轮，通过第二皮带轮转动带动传送带沿第一皮带轮和第二皮带轮转动，进而，通过传送带带动磁体箱体在无磁平台上滑动，改变磁体箱体与被测样品的相对位置。本实施例中的驱动机构采用步进电机和传送带的驱动结构,通过步进电机控制磁体箱体的移动位置，具有较好的位置精度和运动的重复性，因此，可更加准确的定位被测样品置于磁体产生磁场中的部位，提高测量的精度。并且，如图2所示，该滑台中样品支架2包括两个为H型支架，两H型支架相隔预设距离分别设置于无磁平台101上，其中，各H型支架包括一水平横梁201和两个垂直支撑杆202，两垂直支撑杆202底部分别固接于无磁平台101上，水平横梁201两端分别固接于各垂直支撑杆202上，被测样品20架设于两H型支架的水平横梁201上。更进一步的，该滑台的主框架I可采用如图2所示的结构，主框架I包括至少一个支撑腿102，无磁平台101固接于支撑腿102上；支撑腿102下部设置有水平面板103，水平面板103用于放置核磁共振分析仪中上位机22、主控电路23和电子处理电路24 ;电机驱动器301固接于无磁平台101的底部壁面上。上述实施例只是列举一种形式的核磁共振分析仪的滑台结构，在实际应用中，本领域技术可以对上述的结构做相应的变化，并不限于上述实施例的结构。本发明实施例还提供了一种核磁共振分析仪，该分析仪包括玻璃钢管、磁体和天线，还包括本发明实施例提供的滑台，其中，所述天线缠绕于玻璃钢管外表面，所述天线相对于所述磁体固定设置，且置于所述磁体产生的磁场中；所述天线、玻璃钢管和磁体均设置于磁体箱体内，所述磁体箱体放置于所述滑台的无磁平台上，被测样品穿过所述玻璃钢管且放置于样品支架上。核磁共振分析仪是利用核磁共振现象对被测样品进行测量的仪器，下面首先对核磁共振现象进行简单介绍。核磁共振是指原子核在另一外加磁场作用下发生能级跃迁，由低能态跃迁到高能态的物理现象。并不是所有原子核都能产生这种现象，只有磁性核才能产生核磁共振现象，质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0，这类原子核没有自旋现象，称为非磁性原子核。质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数，其自旋量子数不为0，称为磁性原子核。质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数，这样的核也是磁性原子核。当磁性原子核自旋时，会因自旋产生一个磁矩，当该原子核在外加静磁场中接收其他来源的能量输入后会吸收特定频率的电磁波，从较低的能级跃迁到较高能级产生能级跃迁，这种过程就是核磁共振，发生核磁共振时，原子核磁矩与外加磁场的夹角会发生变化。使原子核发生能级跃迁的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定，也就是说，对于某一特定原子，在一定强度的外加磁场中，其原子核进动的频率是固定不变的， 该频率被称为拉莫尔频率。为了让原子核发生能级跃迁，需要为原子核提供跃迁所需要的能量，该能量与外加磁场、核磁矩、以及核磁矩与外加磁场的夹角相关。这一能量通常是通过外加射频场来提供的，并且当外加射频场的频率与拉莫尔频率相同的时候，外加射频场的能量才能够有效地被原子核吸收，产生核磁共振现象，此时，可产生核磁共振的回波信号。如定义外加静磁场的方向为Z轴，自旋的原子核达到热平衡状态后被扳离Z轴的角度称为扳转角，并由下式给出Θ = YB1T，其中Θ为扳转角，B1S射频场强度，τ为射频脉冲持续的时间，射频脉冲的强度和持续时间决定了射频脉冲的能量。要实现通过发射射频脉冲产生的射频场将原子核从纵向上(与外加静磁场BO方向一致)扳转到横向平面，通常施加与外加静磁场方向垂直的射频场，并且，射频脉冲的频率要和拉莫尔频率相等，这样才能保证对原子核的有效扳转。该核磁共振分析仪，磁体用于产生核磁共振所需的外加静磁场；天线用于产生使被测样品产生核磁共振的射频场，并且，可采集被测样品核磁共振后产生的回波信号，当然，核磁共振分析仪还可以包括其他部件等，例如，上位机、主控电路和电子电路。本实施例中，当对被测样品进行核磁共振测量时，使被测样品穿过玻璃钢管，而玻璃钢管置于磁体产生的静磁场中，因此，被测样品置于静磁场中的部分将产生核磁共振现象，且玻璃钢管上缠绕有天线，以接收回波信号，该天线可以为螺线管线圈或其他形式的天线结构。并且，天线、玻璃钢管和磁体均设置于磁体箱体内，以对磁体进行保护，磁体箱体还可起到屏蔽磁体产生的静磁场，减少外界对静磁场产生电磁干扰的作用。该核磁共振分析仪包括本发明实施例提供的滑台，核磁共振分析仪的磁体箱体可放置于滑台中无磁平台上，被测样品可放置于样品支架上，并设置有驱动机构，通过驱动机构带动磁体箱体的移动可改变磁体箱体与被测样品的相位位置，当磁体箱体在主框架上移动时，磁体箱体与被测样品的相位位置将发生改变，而磁体设置于磁体箱体内，也就是磁体与被测样品的相位位置发生改变，进而，磁体产生的静磁场与被测样品的相对位置也就改变，可使待测样品的不同部位置于静磁场中，对待测样品的不同部分进行核磁共振测量，因而，待测样品的尺寸不受限制，扩大了进行核磁共振测量的被测样品的尺寸。图3为本发明实施例所提供的核磁共振分析仪的结构示意图，如图3所示，在上述实施例的基础上，进一步的，该核磁共振分析仪还包括上位机22、主控电路23和电子处理电路24。上位机22用于设置测量模式的参数信息以传送给主控电路23，并对主控电路23 传送的回波的幅值和相位信息进行解析，以得到被测样品中的流体信息和孔隙信息。上位机可设置测量模式的参数信息，该参数信息包括步进电机的转轴转动的角度、回波的采集周期、待测样品的类型、激励信号的频率、极化时间、回波间隔、回波个数等。 上位机还可根据对接收到的回波的幅值和相位信息的处理和反演得到被测样品中的流体信息和孔隙信息，例如，被测样品中流体的类型、孔隙介质的孔隙度、孔隙尺寸等。主控电路23与上位机22相连，用于根据所述测量模式的参数信息生成步进控制信号以传送给电机驱动器301，以控制所述电机驱动器301根据所述步进控制信号生成对步进电机302的控制脉冲信号，且生成激励信号以传送给电子处理电路24，并将接收到的电子处理电路24后的回波信号转换成数字信号以得到回波的幅值和相位信息后传送给上位机22。主控电路为分析仪的控制电路，用于根据测量模式的参数信息生成各种控制信号，例如，步进控制信号、激励信号等，并可将电子处理电路处理后的回波信号转换成数字信号，进而，采用相敏检波算法或其他算法对该数字信号进行处理后得到回波的幅度和相位信息，并上传给上位机。电子处理电路24，分别与所述主控电路23和天线25相连，用于根据接收到的激励信号生成射频脉冲信号以激励天线25产生使被测样品核磁共振的射频场，并接收天线25 采集的被测样品核磁共振后产生的回波信号，以将所述回波信号进行处理后传送给主控电路23。电子处理电路可根据主控电路发送的激励信号生成射频脉冲信号，该射频脉冲信号可激励天线产生射频场，该射频脉冲信号的频率需与拉莫尔频率相等，以使被测样品发生核磁共振；电子处理线路还可接收天线采集的回波信号，并对回波信号进行放大、滤波等处理后输送给主控电路。本实施例的核磁共振分析仪，将核磁共振分析仪分成几大功能模块,主要包括作为支撑架的滑台、控制部分、电子线路部分，控制部分为上位机和主控电路，电子线路部分为电子处理电路，该分析仪采用模块化的设计思想，各部分分别完成相应的功能，并且，各部分相互配合，可方便的完成对分析仪的操作，降低对分析仪的操作难度。图4为本发明另一实施例所提供的核磁共振分析仪的结构示意图，如图4所示，在图3所示结构的分析仪基础上，进一步的，该核磁共振分析仪中所述电子处理电路24包括数模转换器241、光耦隔离器242、晶体管驱动器243、隔离变压器244、晶体管电路245、直流电源模块246、第一差分驱动器247、仪用放大器248、第二级放大器249、程控衰减器250、两级放大器251、带通滤波器252、第二差分驱动器253、差分接收器254和抗混叠滤波器255。数模转换器241与所述主控电路23相连，用于将主控电路23生成的激励信号转换成模拟电信号以传送给光耦隔离器242。主控电路根据测量模式的参数信息生成的激励信号为数字形式的信号，而电子处理电路处理的信号为模拟电信号，因此，通过数模转换器将激励信号转换成模拟电信号。光耦隔离器242，连接于所述数模转换器241和晶体管驱动器243之间，用于将数模转换器241与晶体管驱动器243光电隔离。光耦隔离器用于将数模转换器与晶体管驱动器进行光电隔离，而数模转换器前端为主控电路，通过光耦隔离器可防止晶体管驱动器和晶体管电路产生的高压脉冲信号对主控电路产生干扰，并对主控电路起到保护作用。隔离变压器244，所述隔离变压器244的一次侧与晶体管驱动器243相连，所述隔离变压器244的二次侧与晶体管电路245相连，用于将晶体管驱动器243与晶体管电路245 电气隔离。隔离变压器的作用是将晶体管驱动器和晶体管电路电气隔离，以防止晶体管电路中相应晶体管导通时产生的高压直流信号对晶体管驱动器中的器件造成损坏。隔离变压器为I : I的变压器，二次侧的输出信号与一次侧的输入信号的相关参数均相同，不对信号进行变换，经过隔离变压器后输出信号的相关参数不发生变化。晶体管驱动器243，与晶体管电路245相连，用于将光耦隔离器242输出的模拟电信号进行放大以生成驱动控制信号，并经隔离变压器244的二次侧输出。晶体管驱动器用以将模拟电信号进行放大，以生成驱动控制信号，该驱动控制信号可为电流或电压信号，用于控制晶体管电流中相应晶体管的快速导通。直流电源模块246，与所述晶体管电路245相连，用于为所述晶体管电路245提供直流电压。 直流电源模块用于给晶体管电路提供直流电压，该电压通常为电压值较大的电压，例如，几千伏的高电压。晶体管电路245，与天线25相连，用于根据所述驱动控制信号将直流电压斩波成方波脉冲形式的射频脉冲信号以激励天线25产生使被测样品核磁共振的射频场。晶体管电路为由多个晶体管组成的电路，例如，可为由四个金属-氧化层-半导体-场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,简称 M0SFET) 组成的全桥开关电路，驱动控制信号控制电路中的各MOS管的导通或关断，以将直流电压斩波成方波形式的射频脉冲信号，并且，使该射频脉冲信号的频率和拉莫尔频率相等，该射频脉冲信号可激励天线产生射频场，以使被测样品发生核磁共振。第一差分驱动器247，与天线25相连，用于将天线25采集的被测样品生成的回波信号转换成两路差分回波信号。第一差分驱动器用于将天线采集的回波信号转换成两路差分回波信号，目的在于，经过对回波信号进行差分处理，可较容易的识别到比较弱的回波信号，并且，由于差分信号对外部电磁干扰具有高度免疫性，可保证回波信号传送过程中的精度，以为主控电路提供高精度的回波信号。仪用放大器248，通过屏蔽双绞线与所述第一差分驱动器247相连，通过屏蔽双绞线将所述两路差分回波信号传输给所述仪用放大器248，以通过仪用放大器248将所述两路差分回波信号放大第一设定倍数后输出一路回波信号。通过屏蔽双绞线进行差分信号的传输，可抵御回波信号传输过程中外界的电磁干扰和减小两路回波信号之间的电磁干扰。仪用放大器为一种差分放大器，可接收两路差分回波信号，将微伏级的回波信号放大后输出一路回波信号，仪用放大器具有很高的增益和很小的噪声系数，具有良好的阻抗匹配性能和较好的共模抑制能力，因此，可降低回波信号的失真度。第二级放大器249，与所述仪用放大器相连248，用于将所述仪用放大器248输出的回波信号放大第二设定倍数后输出。由于仪用放大器对回波信号的放大倍数具有一定范围，因此，再次通过第二级放大器对回波信号进行第二次的放大后输出。程控衰减器250，与所述第二级放大器249相连，用于将所述第二级放大器249输出的回波信号衰减设定量后输出。通过上述的仪用放大器和第二级放大器对回波信号进行两次放大后，为避免回波信号的失真，通过程控衰减器对回波信号进行衰减，可使仪用放大器和第二级放大器对信号的放大处理具有一定的动态范围，从而可以对不同孔隙度的被测样品进行高信噪比的测量，程控衰减器对信号的衰减量可以为12dB、18dB、24dB、30dB、36dB、42dB等衰减量。两级放大器251，与所述程控衰减器250相连，用于将所述程控衰减器250输出的回波信号放大第三设定倍数后输出。带通滤波器252，与所述两级放大器251相连，用于抑制所述两级放大器251输出的回波信号中设定频率的信号分量。经过程控衰减器对回波信号进行衰减后，信号会减弱，因此，再次通过两级放大器对回波信号进行最后的放大后，传送给带通滤波器，由带通滤波器限制整个电子处理电路的带宽以抑制噪声。带通滤波器可使回波信号中某一频率范围内的信号通过，而将其他范围频率的信号分量衰减到极低水平，以抑制回波信号中的谐波。第二差分驱动器253，与所述带通滤波器252相连，用于将所述带通滤波器252输出的回波信号转换成两路差分回波信号。差分接收器254，通过屏蔽双绞线与所述第二差分驱动器253相连，用于将所述第二差分驱动器253输出的两路差分回波信号变换成一路回波信号。为进一步减少信号传输过程中的共模噪声，对回波信号进行差分传输，通过第二差分驱动器将带通滤波器输出的回波信号转换成两路差分回波信号，并通过屏蔽双绞线传送给差分接收器，经差分接收器接收后变为一路回波信号，以传送给后面的电路。抗混叠滤波器255，与所述差分接收器254相连，用于过滤所述差分接收器254输出的回波信号中的谐波信号以传送给主控电路23。抗混叠滤波器是一种低通滤波器，用以将回波信号中的混叠频率分量降低到微不足道的程度，以得到质量较好的回波信号。经过上述的电子处理电路，可分为两大部分，第一部分包括模转换器、光耦隔离器、隔离变压器、晶体管驱动器、直流电源模块和晶体管电路；第二部分包括第一差分驱动器、仪用放大器、第二级放大器、程控衰减器、两级放大器、带通滤波器、第二差分驱动器、差分接收器和抗混叠滤波器；第一部分用于完成对天线的激励，使被测样品产生核磁共振，第二部分用于对接收到的核磁共振后回波信号进行处理后，以得到低噪声质量较好的回波信号，并传送给主控电路。并且，该分析仪中所述主控电路23包括模数转换驱动器231、模数转换器232、现场可编程门阵列单元233和数字信号处理器234。模数转换驱动器231，与所述抗混叠滤波器相连，用于将所述抗混叠滤波器输出的回波信号转换成设定频率和幅值的模拟电压信号后输出。模数转换器232，与所述模数转换驱动器231相连，用于将模数转换驱动器输出的模拟电压信号转换成数字信号后输出。经过电子电路处理后输出的回波信号为模拟信号，而上位机只能接收数字信号， 因此，需将模拟形式的回波信号转换成数字信号以传送给上位机。模数转换器即为将模拟形式的回波信号转换成数字信号的装置，并且，在模数转换器前端设置模数转换驱动器，模数驱动器作为模数转换器的外部缓冲器来减小模数转换器采样时产生的瞬态电流对采样的影响，同时模数转换驱动电器还可用于将抗混叠滤波器的输出回波信号转变为满足模数转换器输入要求的设定频率和幅值的电压信号，然后再由模数转换器将其转换为数字信号。现场可编程门阵列单元233，与所述模数转换器232相连，用于将模数转换器232 输出的数字信号进行缓存，且根据经过数字信号处理器解码后的测量模式的参数信息生成步进控制信号以传送给电机驱动器301，以控制所述电机驱动器301根据所述步进控制信号生成对步进电机302的控制脉冲信号，并生成激励信号以传送给所述数模转换器241。现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)单兀，为一种专用集成电路，FPGA采用了逻辑单元阵列这一概念，其内部包括控制逻辑时序生成单元、静态存储模块、内部连线模块、各个定时器和计数器等，可实现组合逻辑功能和时序逻辑功能， FPGA的逻辑功能是通过向其内部的静态存储单元加载编程数据来实现的。FPGA可并行接收数字信号处理器解码后的测量模式的参数信息，将该参数信息分发给其内部的各个定时器或计数器，并由控制逻辑时序生成单元产生步进控制信号以传送给电机驱动器，并且，可通过其静态存储单元对模数转换器传送的数字信号进行缓存后发送给数字信号处理器。当然，也可通过在FPGA中的静态存储单元加载其他的编程数据生成其他需要的信号。数字信号处理器234，与所述现场可编程门阵列单元233相连，用于对所述测量模式的参数信息进行解码，并生成回波数据读取信号以读取所述现场可编程门阵列单元233 中存储的数字信号并根据预设算法得到回波的幅值和相位信息以传送给上位机22。数字信号处理器(digital signal processor,简称DSP)为一种独特的微处理器， 是以数字信号来处理大量信息的器件，可对数字信号进行修改、删除、解码等处理，并可将把数字信号解译回模拟数据或实际环境格式。它具有可编程性，并且具有强大数据处理能力，可实时运行每秒数以千万条复杂指令程序。DSP可通过USB总线接收上位机传送的测量模式的参数信息并进行解码，再通过并行总线将解码后的数据传给FPGA ;并且，可根据其内部的时钟生成回波数据读取信号， 以读取FPGA中存储的数字信号，并根据预设算法得到回波的幅值和相位信息以传送给上位机。该预设算法可以有多种，例如，相敏检波算法等。上述实施例的核磁共振分析仪，提供了一种主控电路和电子处理电路中包含的各元件和电路结构，当然，也可采用其他形式的主控电路和电子处理电路，并不限于上述实施例所示。图5为本发明实施例所提供的核磁共振分析仪中天线调谐电路的结构示意图，在上述实施例的基础上，进一步的，该核磁共振分析仪中还包括天线调谐电路，如图5所示， 该天线调谐电路包括射频继电器26和多个无磁电容27。其中，各无磁电容27串联后连接于所述天线25两端；所述射频继电器26的输入端261与所述现场可编程门阵列单元相连，所述射频继电器26中输出端的各触点262分别与各所述无磁电容27并联；所述现场可编程门阵列单元233还用于根据所述测量模式的参数信息生成开关控制信号，以控制所述射频继电器26中输出端的各触点262的闭合或断开，从而将相应无磁电容27连接于所述天线25两端。下面结合图5介绍该天线调谐电路的工作原理。如图5所示，该电路中射频继电器26的输出端包括多个触点262，各触点262可以为常开触点或者常闭触点，射频继电器26的输入端可接收现场可编程门阵列单元233生成的开关控制信号，射频继电器26根据接收到的不同开关控制信号可控制不同的触点262的断开或闭合，当某一触点262闭合时，与该触点262并联的无磁电容27将被短接，当某一触点262断开时，与该触点262并联的无磁电容27将连接于天线25的两端，因此，通过控制各触点262的闭合或断开状态，可将不同的无磁电容27连接于天线25两端。天线用于接收回波信号，其等效电路包括串联的电感、电阻和与该电感和电阻并联的电容，对于不同类型的被测样品来说，其产生的回波信号的频率也不同，当通过天线接收回波信号时，为避免回波信号的频率与天线产生谐振，可改变天线的相关参数，例如，等效电路中的电感、电阻或电容的大小。本实施例中的天线调谐电路的作用就在于此，通过将不同的无磁电容连接于天线两端，可改变连接于天线两端的电容值的大小，也就改变了天线的等效电路中的电容值，进而，达到避免回波信号的频率与天线产生谐振的目的。图6为本发明实施例所提供的核磁共振分析仪中Q转换电路和隔离电路的结构示意图，如图5所示，该核磁共振分析仪还可以包括Q转换电路28和隔离电路29。Q转换电路28和隔离电路29分别连接于所述天线25两端；Q转换电路28中依次连接有两个反并联的第一二极管D1、第一电阻R1、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第二电阻R2和两个反并联的第二二极管D2，且所述第一晶体管Ql和第二晶体管Q2的其中一个电极均接地；隔离电路29包括依次连接有第一开关管K1、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4和第二开关管K2，所述第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的其中一个电极均接地；所述第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一开关管K1、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4 和第二开关管K2分别与所述现场可编程门阵列单元相连；其中，所述现场可编程门阵列单元还用于根据所述测量模式的参数信息生成转换控制信号，以控制所述第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一开关管K1、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4和第二开关管K2按照设定顺序导通或关断；在所述其中一第一二极管Dl、第一晶体管Ql、第二晶体管Q2和其中一第二二极管 D2均导通状态下，第一电阻Rl和第二电阻R2并联与所述天线25的两端；在所述第一开关管K1、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4和第二开关管K2均导通状态下，所述第一开关管K1、 第三晶体管Q3、第四晶体管Q4和第二开关管K2的导通电阻串联后并联于所述天线25两端。上述的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管可为三极管、MOS管等晶体管，第一开关管和第二开关管可以为由两个或多个三极管或MOS管等晶体管组成的开关电路，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第一开关管和第二开关管可在转换控制信号控制下按照设定顺序导通或关断。本实施例中，进一步的设置有Q转换电路和隔离电路，下面结合图6介绍两个电路的工作原理。在通过天线采集回波信号时，需要首先激励天线使天线产生射频场，使被测样品发生核磁共振，然后，再通过天线采集被测样品核磁共振后产生的回波信号，对天线进行激励产生射频场后，天线中产生的射频场能量会呈指数形式衰减，理想的情况是，等天线中的射频场能量衰减到零后，再通过天线采集回波信号的效果最好，避免天线中还剩余部分能量的情况下影响对回波信号的接收。实际中，天线中的射频场能量衰减到零或很小需要一定的时间，记为第一时间，该第一时间通常为若干微秒，从天线产生射频场至产生回波信号的间隔时间通常也有几微秒，该间隔时间记为第二时间，为保证天线采集到质量较好的回波信号，通常情况下，通过对天线参数的选择可使第一时间小于第二时间。 本实施例中Q转换电路的作用可起到减小上述第一时间的作用，如图6所示，天线 25的等效电路包括串联的电感L、电阻r和与该电感L和电阻r并联的电容C。
1
当激励天线25产生使被测样品核磁共振的射频场后，此时，可控制使第一晶体管 Ql和第二晶体管Q2导通，天线25中射频场能量在衰减过程中，将产生振荡电压，该振荡电压为正弦波形式的电压信号，当天线25中剩余能量较大时，该振荡电压大于第一二极管Dl 和第二二极管D2的导通电压，两第一二极管Dl分别在正弦波的正半周期和负半周期交替导通，两第二二极管D2也分别在正弦波的正半周期和负半周期交替导通，第一电阻Rl和第二电阻R2将被并联于天线25的两端，天线25的品质因数Q将减小，天线中25的射频场能量可经第一电阻Rl和第一晶体管Ql流入大地，或者经第二电阻R2和第二晶体管Q2流入大地，因此，可在很短时间内泄放掉天线25中的大部分能量。当天线25中的剩余能量已经衰减到较小的状态时，天线25产生的振荡电压将小于第一二极管Dl和第二二极管D2的导通电压，第一二极管Dl和第二二极管D2将关断，该 Q转换电路28处于开路状态，天线25中的能量不能再经第一电阻Rl和第一晶体管Ql流入大地，或者经第二电阻R2和第二晶体管Q2流入大地。此时，可控制第一开关管K1、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4和第二开关管K2导通，该第一开关管K1、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4和第二开关管K2导通后形成的导通电阻串联后并联在天线25的两端，该导通电阻与第一电阻Rl和第二电阻R2的阻值相比要小的多，因此，天线25的品质因数进一步减小，天线25中剩余的小部分能量，可经第一开关管Kl和第三晶体管Q3流入大地，或者，经第二开关管K2和第四晶体管Q4流入大地，可快速泄放掉天线25中剩余的小部分能量。并且，在产生射频脉冲信号和上述泄放天线中大部分能量过程中，控制第一开关管K1、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4和第二开关管K2关断，以避免高压射频脉冲信号进入连接于天线25后端的第一差分驱动器、仪用放大器、第二放大器等电路中。而在接收回波信号期间，控制第一开关管Kl和第二开关管K2导通，以使天线25采集的回波信号进入连接于天线25后端的第一差分驱动器、仪用放大器、第二放大器等电路中，以对该回波信号进行进一步的放大、滤波等处理。由上述描述可知，上述的Q转换电路可起到分阶段快速泄放天线中射频场能量的作用，使天线更好的接收回波信号，并且，可减小天线采集各回波信号之间的时间间隔，提高采集信号的效率。上述的隔离电路可将高压射频脉冲信号与后级电路隔离，避免高压射频脉冲信号对后级电路的干扰。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种核磁共振分析仪滑台，其特征在于，包括主框架，所述主框架上设置有无磁平台，所述无磁平台用于放置核磁共振分析仪的磁体箱体；样品支架，固定连接于所述无磁平台上，所述样品支架用于放置被测样品；驱动机构，设置于所述主框架上，所述驱动机构与核磁共振分析仪的磁体箱体相连，所述驱动机构用于驱动所述核磁共振分析仪的磁体箱体的移动以改变核磁共振分析仪的磁体箱体与被测样品的相对位置。
2.根据权利要求I所述的核磁共振分析仪滑台，其特征在于，所述驱动机构包括第一皮带轮和第二皮带轮，分别设置于所述无磁平台上，所述第一皮带轮和第二皮带轮之间设置有传送带，所述传送带与核磁共振分析仪的磁体箱体相连，且所述核磁共振仪的磁体箱体与所述无磁平台滑动连接；电机驱动器，与步进电机相连，用于生成对步进电机的控制脉冲信号；步进电机，所述步进电机的转轴与所述第二皮带轮相连，所述步进电机的转轴根据所述控制脉冲信号转动设定角度，以驱动所述第二皮带轮带动所述传送带转动，从而带动核磁共振分析仪的磁体箱体在所述无磁平台上滑动。
3.根据权利要求I或2所述的核磁共振分析仪滑台，其特征在于所述样品支架包括两个为H型支架，两所述H型支架相隔预设距离分别设置于所述无磁平台上；其中，各所述H型支架包括一水平横梁和两个垂直支撑杆，两所述垂直支撑杆底部分别固接于所述无磁平台上，所述水平横梁两端分别固接于各垂直支撑杆上，被测样品架设于两所述H型支架的水平横梁上。
4.根据权利要求I或2所述的核磁共振分析仪滑台，其特征在于所述主框架包括至少一个支撑腿，所述无磁平台固接于所述支撑腿上；所述支撑腿下部设置有水平面板，所述水平面板用于放置核磁共振分析仪中上位机、 主控电路和电子处理电路；所述电机驱动器固接于所述无磁平台的底部壁面上。
5.一种核磁共振分析仪，包括玻璃钢管、磁体和天线，其特征在于还包括权利要求1-4任一所述的滑台；其中，所述天线缠绕于玻璃钢管外表面，所述天线相对于所述磁体固定设置，且置于所述磁体产生的磁场中；所述天线、玻璃钢管和磁体均设置于磁体箱体内，所述磁体箱体放置于所述滑台的无磁平台上，被测样品穿过所述玻璃钢管且放置于样品支架上。
6.根据权利要求5所述核磁共振分析仪，其特征在于，还包括上位机，用于设置测量模式的参数信息以传送给主控电路，并对主控电路传送的回波的幅值和相位信息进行解析，以得到被测样品中的流体信息和孔隙信息；主控电路，与所述上位机相连，用于根据所述测量模式的参数信息生成步进控制信号以传送给电机驱动器，以控制所述电机驱动器根据所述步进控制信号生成对步进电机的控制脉冲信号，且生成激励信号以传送给电子处理线路，并将接收到的电子处理电路处理后的回波信号转换成数字信号以得到回波的幅值和相位信息后传送给上位机；电子处理电路，分别与所述主控电路和天线相连，用于根据接收到的激励信号生成射频脉冲信号以激励天线产生使被测样品核磁共振的射频场，并接收天线采集的被测样品核磁共振后产生的回波信号，以将所述回波信号进行处理后传送给主控电路。
7.根据权利要求6所述核磁共振分析仪，其特征在于，所述电子处理电路包括数模转换器，与所述主控电路相连，用于将主控电路生成的激励信号转换成模拟电信号以传送给光耦隔离器；光耦隔离器，连接于所述数模转换器和晶体管驱动器之间，用于将数模转换器与晶体管驱动器光电隔离；隔离变压器，所述隔离变压器的一次侧与晶体管驱动器相连，所述隔离变压器的二次侧与晶体管电路相连，用于将晶体管驱动器与晶体管电路电气隔离；晶体管驱动器，与晶体管电路相连，用于将光耦隔离器输出的模拟电信号进行放大以生成驱动控制信号，并经隔离变压器的二次侧输出；直流电源模块，与晶体管电路相连，用于为晶体管电路提供直流电压；晶体管电路，与天线相连，用于根据驱动控制信号将直流电压斩波成方波形式的射频脉冲信号以激励天线产生使被测样品发生核磁共振的射频场；第一差分驱动器，与天线相连，用于将天线采集的被测样品生成的回波信号转换成两路差分回波信号；仪用放大器，通过屏蔽双绞线与所述第一差分驱动器相连，通过屏蔽双绞线将所述两路差分回波信号传输给所述仪用放大器，以通过仪用放大器将所述两路差分回波信号放大第一设定倍数后输出一路回波信号；第二级放大器，与所述仪用放大器相连，用于将所述移动放大器输出的回波信号放大第二设定倍数后输出；程控衰减器，与所述第二级放大器相连，用于将所述第二级放大器输出的回波信号衰减设定量后输出；两级放大器，与所述程控衰减器相连，用于将所述程控衰减器输出的回波信号放大第三设定倍数后输出；带通滤波器，与所述两级放大器相连，用于抑制所述两级放大器输出的回波信号中设定频率的信号分量；第二差分驱动器，与所述带通滤波器相连，用于将所述带通滤波器输出的回波信号转换成两路差分回波信号；差分接收器，通过屏蔽双绞线与所述第二差分驱动器相连，用于将所述第二差分驱动器输出的两路差分回波信号变换成一路回波信号；抗混叠滤波器，与所述差分接收器相连，用于过滤所述差分接收器输出的回波信号中的谐波信号以传送给主控电路。
8.根据权利要求7所述核磁共振分析仪，其特征在于，所述主控电路包括模数转换驱动器，与所述抗混叠滤波器相连，用于将所述抗混叠滤波器输出的回波信号转换成设定频率和幅值的模拟电压信号后输出；模数转换器，与所述模数转换驱动器相连，用于将模数转换驱动器输出的模拟电压信号转换成数字信号后输出；现场可编程门阵列单元，与所述模数转换器相连，用于将模数转换器输出的数字信号进行缓存，且根据经过数字信号处理器解码后的测量模式的参数信息生成步进控制信号以传送给电机驱动器，以控制所述电机驱动器根据所述步进控制信号生成对步进电机的控制脉冲信号，并生成激励信号以传送给所述数模转换器；数字信号处理器，与所述现场可编程门阵列单元和数模转换器相连，用于对所述测量模式的参数信息进行解码，并生成回波数据读取信号以读取所述现场可编程门阵列单元中存储的数字信号并根据预设算法得到回波的幅值和相位信息以传送给上位机。
9.根据权利要求8所述核磁共振分析仪，其特征在于，还包括天线调谐电路，所述天线调谐电路包括射频继电器和多个无磁电容；其中，各无磁电容串联后连接于所述天线两端；所述射频继电器的输入端与所述现场可编程门阵列单元相连，所述射频继电器中输出端的各触点分别与各所述无磁电容并联；所述现场可编程门阵列单元还用于根据所述测量模式的参数信息生成开关控制信号， 以控制所述射频继电器中输出端的各触点的闭合或断开，从而将相应无磁电容连接于所述天线两端。
10.根据权利要求8或9所述核磁共振分析仪，其特征在于，还包括Q转换电路和隔离电路，所述Q转换电路和隔离电路分别连接于所述天线两端；所述Q转换电路中依次连接有两个反并联的第一二极管、第一电阻、第一晶体管、第二晶体管、第二电阻和两个反并联的第二二极管，且所述第一晶体管和第二晶体管的其中一个电极均分别接地；所述隔离电路包括依次连接有第一开关管、第三晶体管、第四晶体管和第二开关管，所述三晶体管和第四晶体管的其中一个电极均接地；所述第一晶体管、第二晶体管、第一开关管、第三晶体管、第四晶体管和第二开关管分别与所述现场可编程门阵列单元相连；其中，所述现场可编程门阵列单元还用于根据所述测量模式的参数信息生成转换控制信号，以控制所述第一晶体管、第二晶体管、第一开关管、第三晶体管、第四晶体管和第二开关管按照设定顺序导通或关断；在所述其中一第一二极管、第一晶体管、第二晶体管和其中一第二二极管均导通状态下，第一电阻和第二电阻并联与所述天线的两端；在所述第一开关管、第三晶体管、第四晶体管和第二开关管均导通状态下，所述第一开关管、第三晶体管、第四晶体管和第二开关管的导通电阻串联后并联于所述天线两端。
全文摘要
本发明公开了一种核磁共振分析仪滑台和核磁共振分析仪，该滑台包括主框架、样品支架和驱动机构，主框架上设置有无磁平台，无磁平台用于放置核磁共振分析仪的磁体箱体；样品支架固定连接于无磁平台上，样品支架用于放置被测样品；驱动机构设置于主框架上，驱动机构与核磁共振分析仪的磁体箱体相连，驱动机构用于驱动核磁共振分析仪的磁体箱体的移动以改变核磁共振分析仪的磁体箱体与被测样品的相对位置。该核磁共振分析仪滑台，可使核磁共振分析仪中磁体与被测样品的相位位置发生改变，使待测样品的不同部位置于均匀磁场中，对待测样品的不同部分进行核磁共振测量，因而，待测样品的尺寸不受限制，扩大了进行核磁共振测量的被测样品的尺寸。
文档编号G01N24/08GK102608145SQ20121006725
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者于慧俊, 傅少庆, 刘化冰, 李新, 肖立志, 胡海涛, 郭葆鑫 申请人:中国石油大学(北京)