小型化核磁共振仪主磁体结构设计及仿真分析

发布时间：2020-07-08 00:38

【摘要】：核磁共振(NMR:nuclear magnetic resonance)作为一种新兴的测量技术有着检测精度高、无损样品、检测速度快等优点。已经被广泛的应用于医疗影像,油井勘测,材料检测,以及食品安全等领域。然而传统核磁共振仪器存在着体积大,制造和维护成本极高等问题,严重限制了核磁共振仪器的使用普及。为了使核磁共振在日常民用检测中得到发展,降低仪器成本,满足现场检测和易于携带等技术要求,小型化核磁共振仪的研究具有重要意义。本课题目标是以地沟油为检测对象,开展检测地沟油的小型便携式核磁共振技术的基础研究。目的是研究出一种以永磁体材料作为主磁体,能随身携带,现场快速检测样品的小型核磁共振仪。论文主要围绕着小型化核磁共振仪的主磁体结构进行了设计和仿真并选择了与磁体相匹配射频线圈,目标是设计出磁场强度高,均匀性好适用于核磁共振检测用的主磁体结构。论文主要完成了以下工作:(1)分析国内外小型化核磁共振仪的发展现状,对核磁共振原理做了阐述。(2)对比不同的小型化核磁共振仪的多种主磁体结构,对永磁体产生磁场和磁路结构做了理论计算作为主磁体尺寸确定和匀场调整的参考依据。(3)对传统对极式主磁体结构进行优化改进。通过增加外部铁轭构成导磁回路增加场强,安装优化后的极靴消除磁场端部不均匀问题,以此提高气隙磁场均匀性。(4)针对永磁材料主磁体结构所产生磁场强度低,均匀性差,气隙场衰减迅速等缺点。提出利用海尔贝克阵列(Halbach)磁体结构作为设计主磁体方案。Halbach结构所产生磁场具有单极性,强度高,分布均匀,几乎无漏磁等优点。根据这一特点设计了双层嵌套的二极Halbach主磁体。(5)通过对Halbach型主磁体进行仿真,对主磁体腔体内部的气隙场分布情况进行了详细分析,证明了此结构主磁体性能上的优越性。并为核磁共振主磁体选择了相匹配的射频线圈。最后对全文工作进行了总结,为开展下一步工作做了建议。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH834
【图文】：

磁共振,磁体

如图 1-1 是其中具有代表性的几种磁体类型，磁体外部构主磁场）区域，这样极大的解放了磁共振对样品体积的测去测量大型的样品或进行障碍物后检测。它是 B. Blum型磁体结构为基础，先后设计出产生均匀磁场的多种主磁本静磁场以后，通过配合射频线圈对磁场不均匀处进行垫匀性效果，或者在磁场内部不均匀添加小型磁棒来达 B,，2008）。

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（c）Portable NMR Spectrometers （d） NMR cuff图 1-2 不同种类小型核磁共振仪小型核磁共振仪器的技术不断发展，已经研制出应用于测量不同样品种。利用永磁材料实现非制冷条件下追求磁场强度的最大化，仪器的尺寸尺寸缩小了很多，也能够搬动。如图 1-3 为部分台式磁共振设备（A.Me3）。以“台式”设备为主，包括部分手持式设备，成功的应用于材料、和测试领域。

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（c）Portable NMR Spectrometers （d） NMR cuff图 1-2 不同种类小型核磁共振仪小型核磁共振仪器的技术不断发展，已经研制出应用于测量不同样品种类的器。利用永磁材料实现非制冷条件下追求磁场强度的最大化，仪器的尺寸比传的尺寸缩小了很多，也能够搬动。如图 1-3 为部分台式磁共振设备（A.Me′tais，003）。以“台式”设备为主，包括部分手持式设备，成功的应用于材料、医学像和测试领域。

【参考文献】