一种静磁场核磁效应分析系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及静磁场核磁效应分析领域，尤其涉及一种静磁场核磁效应分析系统。
【背景技术】
[0002]低场核磁共振仪器在石油和天然气勘探开发方面、食品质量检测、医学影像分析等方面有着广泛的应用。静磁场对待测样品核磁信号的响应是核磁共振现象的最基本要求，但常规的核磁共振测量仪器对静磁场的均匀性要求很高，即，只能进行低场均匀静磁场核磁效应的分析。随着技术的不断发展，带梯度的低场非均匀静磁场核磁效应的分析也得到越来越多应用。因此有必要对低场非均匀静磁场核磁效应做进一步研究。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明提出了一种静磁场核磁效应分析系统，能够进行非均匀静磁场的核磁效应分析，并填补了 2MHz以下静磁场测量的空白。
[0004]为了达到上述目的，本发明提出了一种静磁场核磁效应分析系统，该系统包括:微型样品容器、射频脉冲发射装置、微型线圈、信号放大器和中央处理器CPU。
[0005]微型样品容器，用于装载具有预定纵向弛豫时间的含氢溶液。
[0006]射频脉冲发射装置，用于接收CPU发出的命令信号，并根据该命令信号按自旋回波序列产生射频脉冲以激励含氢溶液产生核磁共振。
[0007]微型线圈，用于传输含氢溶液发生核磁共振后产生的核磁信号。
[0008]信号放大器，用于采集微型线圈传输的核磁信号，并对该核磁信号进行放大。
[0009]CPU，用于记录放大后的核磁信号的强度，并绘制测试空间各点对应的核磁信号强度的分布图。
[0010]优选地，测试期间微型样品容器放置于微型线圈内，并且微型样品容器的外壁与微型线圈的内壁为过盈配合。
[0011]其中，微型线圈的内径为毫米_量级;微型样品容器的外径小于或等于5_。
[0012]优选地，含氢溶液为硫酸铜溶液。
[0013]预定纵向弛豫时间为100毫秒ms。
[0014]微型样品容器采用聚四氟材料。
[0015]微型线圈为自发自收射频线圈。
[0016]信号放大器所处理的信号量级为微伏μν级。
[0017]优选地，微型线圈的两端与信号放大器的输入端相连，信号放大器的输出端与CPU相连。
[0018]优选地，该系统还包括:三维坐标空间定位装置;三维坐标空间定位装置用于调整并定位微型线圈在测试空间中的立体空间坐标。
[0019]优选地，三维坐标空间定位装置包括:步进电机和三维坐标控制装置。
[0020]步进电机，用于以步进的形式带动微型线圈转动以调整微型线圈的位置。
[0021]三维坐标控制装置，用于控制步进电机的步进速度和步进精度，并确定微型线圈进行位置调整后的立体空间坐标。
[0022]其中，微型线圈与步进电机的步进轴相连;步进电机与三维坐标控制装置相连;三维坐标控制装置与CPU相连。
[0023 ]优选地，步进电机为非铁磁性材料;步进电机的步进精度为mm级。
[0024]优选地，CPU，还用于向三维坐标控制装置发出微型线圈的位置调整信号，并采集三维坐标控制装置返回的微型线圈的立体空间坐标。
[0025]优选地，该系统还包括:磁体。
[0026]磁体，用于产生静磁场;微型线圈置于该静磁场中。
[0027]优选地，该系统还包括:三维空间定位工作台。
[0028]三维空间定位工作台，用于固定信号放大器并放置磁体。
[0029]与现有技术相比，本发明包括:微型样品容器，用于装载具有预定纵向弛豫时间的含氢溶液。射频脉冲发射装置，用于接收CHJ发出的命令信号，并根据该命令信号按自旋回波序列产生射频脉冲以激励含氢溶液产生核磁共振。微型线圈，用于传输含氢溶液发生核磁共振后产生的核磁信号。信号放大器，用于采集微型线圈传输的核磁信号，并对该核磁信号进行放大。CPU，用于记录放大后的核磁信号的强度，并绘制测试空间各点对应的核磁信号强度的分布图。通过本发明的方案，能够进行非均匀静磁场的核磁效应分析，并填补了2MHz以下静磁场测量的空白。
【附图说明】
[0030]下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。
[0031 ]图1为本发明的静磁场核磁效应分析系统组成框图；
[0032]图2为本发明的微型样品容器微型线圈在静磁场中的工作示意图；
[0033]图3为本发明的静磁场核磁效应分析系统简单连接示意图。
【具体实施方式】
[0034]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不能用来限制本发明的保护范围。
[0035]低场核磁共振仪器在石油和天然气勘探开发方面、食品质量检测、医学影像分析等方面有着广泛的应用。静磁场对待测样品核磁信号的响应是核磁共振现象的最基本要求，但常规的核磁共振测量仪器对静磁场的均匀性要求很高，即，只能进行低场均匀静磁场核磁效应的分析。随着技术的不断发展，带梯度的低场非均匀静磁场核磁效应的分析也得到越来越多应用。
[0036]目前针对低场非均匀静磁场核磁效应的分析还是先通过磁体仿真软件进行有限元分析，设计出能够产生较为均匀的静磁场的磁体结构后进行加工生产，待加工完成后对待测共振区域利用高斯计进行磁场检测，与有限元仿真结果进行对比分析获得较为准确的核磁共振静磁场共振区域。利用这种方法能够较好地获得并验证低场核磁共振仪器的磁体静磁场分布，但实际上还是对低场均匀静磁场核磁效应的分析，并且核磁共振仪器磁体的磁场不均匀性往往会对核磁信号响应产生影响，这种影响的大小无法通过高斯计直接获得分析。同时由于非共振效应，静磁场的取向对磁共振信号的影响、临近共振频率对应静磁场大小对磁共振信号的贡献等都无法通过常规的静磁场测量方法获得。虽然有利用核磁共振效应的静磁场分析仪器，但所分析的磁场范围为2MHz以上，无法精确分析0.5MHz-2MHz的范围。同时测量的静磁场是均匀静磁场，无法针对非均匀静磁场进行测量。通过上述分析，有必要发明一款利用核磁共振响应机制来测量低场核磁共振仪器磁体非均匀静磁场对核磁响应强度分布分析的系统以解决上述问题。
[0037]为了达到上述目的，本发明提出了一种静磁场核磁效应分析系统01，如图1所示，通过本发明系统能够直接获得仪器共振区域内各个位置的核磁信号强度分析，并且适用于磁场范围为0.5MHz-2MHz的非均匀静磁场。具体地，该系统包括:微型样品容器02、射频脉冲发射装置03、微型线圈04、信号放大器05和中央处理器CPU 06。
[0038]微型样品容器02，用于装载具有预定纵向弛豫时间的含氢溶液。
[0039 ]优选地，含氢溶液为硫酸铜溶液。预定纵向弛豫时间为100毫秒ms。
[0040]在本发明实施例中，为了能够利用核磁共振原理对静磁场分布进行分析，需要预先设计微型线圈04，在该微型线圈04中包裹微型样品容器02，并在容器中放置短Tl弛豫时间的激励样品。由于短Tl弛豫时间的样品能够极大地减少本发明测量方案的时间，故这里采用Tl弛豫时间为10ms左右的硫酸铜溶液。并且，在本发明实施例中的微型样品容器02采用聚四氟材料，以免含氢材料影响样品的核磁信号。为保证样品的不变性，在微型样品容器02中装入样品后，将微型样品容器02的两端堵死固定，确保微型样品容器02处于密封状态。[0041 ]射频脉冲发射装置03，用于接收CPU发出的命令信号，并根据该命令信号按自旋回波序列产生射频脉冲以激励含氢溶液产生核磁共振。
[0042]在本发明实施例中，为了能够激励样品，需要有射频脉冲发射装置03向微型样品容器02中的样品，即硫酸铜溶液，发射激励脉冲，以激励置于静磁场中的含氢溶液产生核磁共振。
[0043]在本发明实施例中，采用自旋回波方式产生上述的激励脉冲，具体地，在按自旋回波阵列产生激励脉冲之前，接收CUP发出的命令信号，根据该命令信号发射90°的激励脉冲，在该激励脉冲后会诱发频率鉴别号码FID信号，但是FID信号一般无法测量，在预定的时间间隔后再发射180°的复相激励脉冲，从而获得自旋回波阵列。
[0044]微型线圈04，用于传输含氢溶液发生核磁共振后产生的核磁信号。
[0045]本发明的静磁场核磁效应分析系统的主要分析对象就是含氢溶液发生核磁共振后产生的核磁信号，因此，需要我们将该核磁信号传输出来以供CPU做进一步分析，在本发明实施例中，预先设计装微型线圈04就是为了将产生的核磁信号传输出来。
[0046]在本发明实施例中，该微型线圈04为自发自收的高Q值核磁射频线圈。线圈内径在毫米mm量级，有利于增加共振区域的布点数，提高分辨率。
[0047]优选地，测试期间微型样品容器02放置于微型线圈04内，并且微型样品容器02的外壁与微型线圈04的内壁为过盈配合。这里，过盈配合一般应用于机械设计中，在本发明实施例中，采用过盈配合是为了将微型样品容器02的外壁与微型线圈04的内壁紧贴，以提高填充因子。提高填充因子可以提高信噪比，同时也能极大地提高对静磁场测量的分辨率。
[0048]在本发明实施例中，为了提高填充因子还尽量将微型线圈做小，上述内容中已经说明，本发明的微型线圈04的内径可以达到mm量级。另外，为了能将待测区域内的测试点分布的尽量多，将微型样品容器02做的尽量小，这里，微型样品容器的外径小于或等于5_。
[0049]优选地，该系统还包括:磁体08。
[0050]磁体08，用于产生静磁场;微型线圈04置于该静磁场中。
[0051]如图2所示，是本发明的微型样品容器02和微型线圈04在静磁场中工作示意图。其中，08是本发明所述的能够产生静磁场的磁体，10是磁体08产生的非均匀静磁场B0，将微型样品容器02放置于微型线圈04中，并将微型样品容器02和微型线圈04—起放置于由磁体08产生的静磁场10中。
[0052]信号放大器05，用于采集微型线圈传输的核磁信号，并对该核磁信号进行放大。
[0053]在本发明实施例中，还设计了信号放大电路，即本发明的信号放大器05，对含氢溶液样品发生核磁共振产生的微弱核磁信号进行采集、放大。
[0054]优选地，本发明的信号放大器05所处理的信号量级为微伏μν级。
[0055]CPU 06，用于记录放大后的核磁信号的强度，并绘制测试空间各点对应的核磁信号强度的分布图。
[0056]在本发明实施例中，经过上述的各种操作，获得了放大后的核磁信号之后，需要经过CPU对获得的核磁信号做进一步的收集与处理。具体地，通过CPU记录从测试空间中获得的每一个核磁信