一种高性能核磁共振弛豫分析仪锁场系统及其应用

摘要

本发明涉及一种高性能核磁共振弛豫分析仪锁场系统及其应用，包括

说明书

技术领域

本发明涉及核磁共振仪器领域，尤其是涉及一种高性能核磁共振弛豫分析仪锁场系统及其应用。

背景技术

低场核磁共振弛豫分析技术是核磁共振领域中新兴的研究方向，该技术通过检测样品的油或水含量、孔隙度、交联度、等规度、孔径分布、水分相态、分子运动性等等物性，为农业食品、生命科学、石油化工、多孔介质、高分子材料领域提供了一种快速、无损的检测手段。

现有的国产低场核磁共振仪的主磁场会随着时间发生漂移，经过测试得出仪器的磁体稳定性在18ppm/h左右，无法满足一些科研领域特别是关系国计民生的应用需求，比如说在石油勘探领域中弱油气的发现和储层评价，低渗致密油气储层评价；在食品安全领域中对肉品品质的评价、对地沟油、假蜂蜜的检测等；岩土工程领域中对岩石微裂隙发育评价；以及生物工程领域中对小动物活体成分分析评价等等。这些应用需求经过深入分析，待测的样品都具有纳米级的孔隙，其信号弛豫时间在毫秒量级，氢质子含量一般在500ppm(百万分之一)以内，信号非常微弱，磁场不稳定性使得短弛豫时间、纳米级孔隙的物质无法得到检测，限制了这种弛豫分析方法的应用领域推广。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高性能核磁共振弛豫分析仪锁场系统及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高性能核磁共振弛豫分析仪锁场系统，包括¹H样品探头、主计算机、匀场线圈和磁体，所述的系统还包括¹⁹F锁探头、锁射频系统、锁通道谱仪、补偿线圈和可编程恒流源，所述的¹⁹F锁探头和¹H样品探头均位于双通道探头内，所述的¹⁹F锁探头和¹H样品探头同时工作且互不干扰，所述的双通道探头、补偿线圈以及匀场线圈依次由内向外置于磁体的两个磁极上，所述的¹⁹F锁探头通过锁通道连接锁射频系统，所述的锁射频系统通过锁通道谱仪连接安装了锁场软件的主计算机，所述的主计算机通过可编程恒流源连接补偿线圈。

优选地，所述的锁射频系统包括TR开关、前置放大器、滤波器和功率放大器，所述的锁通道依次连接TR开关、前置放大器、滤波器和锁通道谱仪，所述的锁通道谱仪通过功率放大器连接TR开关。

优选地，所述的可编程恒流源包括高精度DA转换器和VI电路，所述的主计算机依次连接高精度DA转换器、VI电路和补偿线圈。

优选地，所述的补偿线圈为采用结构为亥姆赫兹线圈对结构的线圈，所述的补偿线圈通有补偿电流后将产生补偿磁场，对主磁场的进行反向矫正，使得主磁场回到锁定值。

优选地，所述的双通道探头包括主通道和锁通道，所述的¹H样品探头设于主通道内，所述的¹⁹F锁探头设于锁通道内，放置于¹H样品探头设定范围内，锁样品为氟油，所述的主通道和锁通道采用各自的调谐匹配系统。

优选地，所述的¹⁹F锁探头外包裹了铜屏蔽管，所述的双通道探头外采用铜盒封闭，使得外界和磁共振系统进行信号之间的严格射频屏蔽以及磁屏蔽。

一种采用所述的高性能核磁共振弛豫分析仪锁场系统的应用，包括以下步骤：

步骤1、当磁场发生波动时，¹⁹F锁探头采集的锁信号的频率会跟着变化，锁通道的谱仪及射频系统周期性检测锁信号频率变化；

步骤2、主计算机上的锁场软件会将这个频率变化通过拉莫尔公式直接换算为磁场的偏移值；

步骤3、锁场软件进一步根据补偿线圈的校准数据将磁场偏移值换算为补偿电流值，并通过单片机启动与补偿线圈相连的恒流源；

步骤4、恒流源根据锁场软件计算得到的补偿电流数字量，转化为相应的恒定补偿电流送至补偿线圈中；

步骤5、补偿线圈通了补偿电流后产生补偿磁场，对现有的主磁场进行反向矫正，使得主磁场回到锁定值，从而保证磁场的长期稳定性。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供了一种用于低场核磁共振仪器的锁场系统，其集成了锁探头、补偿线圈、锁射频系统、锁谱仪系统以及恒流源模块，实现了主磁场的检测和纠正，减少了原有仪器主磁场的偏移，解决了仪器稳定性差的问题，为仪器检测微弱信号、短弛豫信号提供了基本保障，打破低场核磁共振分析仪器的应用领域推广的限制。

2、该系统操作便捷，具有有效性和可行性，同时也为医用永磁核磁共振仪器稳定磁场提供了参考思路。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图；

图2为本发明的实施例的双通道探头示意图；

图3为本发明的工作流程图。

其中1为微型¹⁹F锁探头，2为锁射频系统，3为锁通道谱仪，4为补偿线圈，5为可编程恒流源，6为双通道探头，7为匀场线圈，8为磁极，9a、9b为TR开关，10a、10b为前置放大器，11a、11b为滤波器，12a、12b为功率放大器，13为主计算机，14为高精度DA转换器，15为VI电路，16为¹H样品探头，17为主通道谱仪。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚为完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种高性能核磁共振弛豫分析仪锁场系统，包括¹H样品探头16、主计算机13、匀场线圈7和磁体，所述的系统还包括¹⁹F锁探头1、锁射频系统2、锁通道谱仪3、补偿线圈4和可编程恒流源5，所述的¹⁹F锁探头1和¹H样品探头均位于双通道探头6内，所述的¹⁹F锁探头1和¹H样品探头16同时工作且互不干扰，所述的双通道探头6、补偿线圈4以及匀场线圈7依次由内向外置于磁体的两个磁极8上，所述的¹⁹F锁探头1通过锁通道连接锁射频系统2，所述的锁射频系统2通过锁通道谱仪3连接安装了锁场软件的主计算机13，所述的主计算机13通过可编程恒流源5连接补偿线圈4。

所述的锁射频系统2包括TR开关9a、前置放大器10a、滤波器11a和功率放大器12a，所述的锁通道依次连接TR开关9a、前置放大器10a、滤波器11a和锁通道谱仪3，所述的锁通道谱仪3通过功率放大器12a连接TR开关9a。

所述的可编程恒流源5包括高精度DA转换器14和VI电路15，所述的主计算机依次连接高精度DA转换器14、VI电路15和补偿线圈4。

所述的补偿线圈4为采用结构为亥姆赫兹线圈对结构的线圈，所述的补偿线圈4通有补偿电流后将产生补偿磁场，对主磁场的进行反向矫正，使得主磁场回到锁定值。

如图2所示，所述的双通道探头6包括主通道和锁通道，所述的¹H样品探头16设于主通道内，所述的¹⁹F锁探头1设于锁通道内，放置于¹H样品探头16设定范围内，锁样品为氟油，所述的主通道和锁通道采用各自的调谐匹配系统。

所述的¹⁹F锁探头1外包裹了铜屏蔽管，所述的双通道探头6外采用铜盒封闭，使得外界和磁共振系统进行信号之间的严格射频屏蔽以及磁屏蔽。

如图3所示，一种采用所述的高性能核磁共振弛豫分析仪锁场系统的方法，包括以下步骤：

步骤1、当磁场发生波动时，¹⁹F锁探头采集的锁信号的频率会跟着变化，锁通道的谱仪及射频系统周期性检测锁信号频率变化；

步骤2、主计算机上的锁场软件会将这个频率变化通过拉莫尔公式直接换算为磁场的偏移值；

步骤3、软件进一步根据补偿线圈的校准数据将磁场偏移值换算为补偿电流值，并通过单片机启动与补偿线圈相连的恒流源；

步骤4、恒流源根据软件计算得到的补偿电流数字量，转化为相应的恒定补偿电流送至补偿线圈中；

步骤5、补偿线圈通了补偿电流后产生补偿磁场，对现有的主磁场进行反向矫正，使得主磁场回到锁定值，从而保证磁场的长期稳定性。

所述锁通道谱仪3周期性检测19F锁信号的频率变化，主计算机13锁场软件会将这个频率变化通过拉莫尔公式转换为磁场的偏移量，再换算为补偿电流值，并启动与所述补偿线圈4相连的可编程恒流源5产生设定的补偿电流送至补偿线圈4，进行主磁场的反向矫正，使得主磁场回到锁定值，从而保证主磁场的长期稳定性。

本实施例中微型19F锁探头1和1H样品探头16均位于双通道探头内，双通道探头的具体结构如图2所示，主通道为1H样品探头16，共振频率在21.16MHz，锁通道为微型19F探头1，放置于主探头附近，锁样品为直径1mm,高3mm的氟油，共振频率在19.90MHz。两个通道的共振频率不同，故采用各自的调谐匹配系统。19F锁探头1外设置了铜管，双通道探头外采用铜盒封闭，使得外界和磁共振系统进行信号之间的严格射频屏蔽以及磁屏蔽，防止彼此之间的干扰。双通道探头内的锁探头和主探头能同时工作，二者不会产生互干扰，且获得的锁信号灵敏度及信噪比均满足锁场需求。

本实施例中还包括TR开关9b、前置放大器10b、滤波器11b、功率放大器12b、主通道谱仪17，配合双通道探头中的主通道探头完成1H样品信号的检测和分析。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。