低场NMR短死时间射频线圈与射频开关的设计与研究

发布时间：2023-02-11 15:08

　　随着核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)技术的发展,低场核磁共振以其独有的优势,被越来越多的应用领域所关注,尤其是在能源地矿、岩土、水泥等行业,核磁共振逐步发展为科学研究的重要手段。在低场条件下的物性评价、结构分析以及相关动力学过程的研究主要依赖于样品的弛豫或扩散特性,然而岩心、水泥基等多孔材料的结构均匀性较差,受样品自身结构异质性的影响,其内部质子弛豫分布不一,实际测试分析时谱仪死时间越长,采集的样品弛豫信息丢失越多,则会导致信号灵敏度下降、微量样品无法检测以及实验误差增大等实际应用问题。射频线圈作为决定低场核磁共振谱仪信号灵敏度的关键部件之一,对整个系统性能有着重要的影响。为了实现短弛豫样品的直接NMR测量,研制死时间短、收发切换快速的射频线圈具有重要的应用价值。本文简要阐述了线圈振铃时间长所造成的NMR实验问题,通过对这些实际应用问题背后的基础理论分析,提出一种适用于低场环境下由环状间隙腔(Loop-Gap Resonator,LGR)线圈与螺线管线圈构成的收发分离式射频线圈设计方案,并完成电性能测试与NMR实验测试。本文的主要内容包括:(1)...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 核磁共振原理与谱仪结构
        1.2.1 核磁共振原理
        1.2.2 NMR谱仪基本结构
    1.3 多孔材料的应用限制
        1.3.1 多孔材料的弛豫特性
        1.3.2 多孔材料的应用限制
    1.4 短死时间射频线圈的研究现状
        1.4.1 NMR-MOUSE系统的短死时间射频线圈
        1.4.2 微秒切换时间的NMR射频开关
        1.4.3 消除振铃影响的NMR序列
    1.5 论文研究内容与结构
    1.6 本章小结
第2章 射频线圈及开关总体设计
    2.1 短死时间射频线圈设计
    2.2 射频开关设计
    2.3 本章小结
第3章 短死时间射频线圈设计
    3.1 射频线圈设计需求分析
    3.2 射频线圈方案选择
    3.3 短死时间射频线圈仿真与设计
        3.3.1 电磁场仿真及优化
        3.3.2 线圈及支撑平台的机械设计
        3.3.3 线圈及相关部件材料选择
    3.4 射频调谐匹配电路设计
        3.4.1 传输线理论
        3.4.2 Smith圆图
        3.4.3 谐振电路
        3.4.4 匹配网络
        3.4.5 短死时间射频线圈调谐匹配电路
        3.4.6 线圈失谐电路设计
        3.4.7 线圈外围电路结构总览
    3.5 本章小结
第4章 射频开关及驱动设计
    4.1 射频开关需求分析
    4.2 射频开关类型选择
    4.3 PIN二极管开关电路设计及仿真
        4.3.1 PIN二极管等效电路及特性参数
        4.3.2 开关电路设计方案
        4.3.3 PIN二极管开关切换时间
        4.3.4 PIN二极管选型
        4.3.5 PIN二极管开关电路参数计算
        4.3.6 PIN二极管开关电路仿真
    4.4 射频开关驱动电路设计与仿真
        4.4.1 射频开关驱动电路需求分析
        4.4.2 射频开关驱动电路设计
        4.4.3 射频开关驱动电路优化及仿真
    4.5 PCB绘制
    4.6 本章小结
第5章 电性能测试与NMR应用
    5.1 电性能测试
        5.1.1 射频开关及驱动测试
        5.1.2 射频线圈电性能测试
        5.1.3 射频线圈振铃时间测试
    5.2 NMR实验性能测试
        5.2.1 射频场均匀性测试
        5.2.2 10μs死时间NMR实验对比测试
        5.2.3 不同死时间下NMR实验对比测试
    5.3 短死时间射频线圈在岩心孔隙度测试中的应用
        5.3.1 样品准备
        5.3.2 实验参数设置
        5.3.3 岩心孔隙度NMR测定
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
附录 A
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3740617