Устройство возбуждения сигналов ядерного магнитного резонанса в слабом магнитном поле Советский патент 1987 года по МПК G01N24/08 G01V3/32 

Изобретение относится к технике ядерно-магнитных исследований, а именно к технике изучения свойств горных пород и жидкостей, методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в слабом поле,

Цель изобретения - повышение экс- прессности исследований.

На фиг, изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - 5 - временные диаграммы импульсов; на фиг. 6 - положения векторов напряженности поляризующего и радиочастотного полей и вектора ядерной намагниченности в различные моменты времени.

Устройство возбуждения сигналов ЯМР в слабом магнитном поле содержит источник поляризующего поля, вьшол- ненный в виде поляризующей катушки I соленоидального типа, соединенной с выходом управляющего источника 2 тока поляризации, приемный контур, выполненный в виде катушки 3 седлообразного (при использовании устройства для изучения образцов пород и флюидов) или рамочного типа (при использовании устройства в составе аппаратуры ядерного магнитного каротажа) ключ 4, генератор 5 радиочастотных импульсов, приемник 6 сигналов свободной прецессии, измеритель 7 разности фаз, вычислительный блок 8, схему 9 сравнения и блок 10 управления.

Устройство возбуждения сигналов ЯМР работает следующим образом.

По команде блока 10 управления от управляемого источника 2 тока через поляризующую катушку 1 в течение интервала времени t (фиг,2) протекает ток поляризации 1, который создает поляризующее поле Н, вектор напряженности кoтopoгo совпадает с направлением вект,ора напряженности магнитного поля Земли Н, (фиг.6), Длительность импульса поляризации устанавливается достаточно большой по сравнению с временем продольной релаксации Т., за который происходит поляризация ядер образна или исследуемой среды.

Одновременно с началом выключения поляризующего поля по команде блока управления ключ 4 соединяет катушку приемного контура с выходом генератора 5, при этом перпендикулярно выключаемому поляризующему

полю Н прикладывается радиочастот-

нов поле Нрр (фиг.З). В системе координат, вращающейся с частотой СО вокруг поля Земли (со - частота генератора), на вектор ядерной намагни..

ченности М действует суммарное поле, компонентами которого являются:

ляризующее поле К,, поле Земли Н,

фиктивное поле H, направленное против поля HQ, наличие которого обусловлено переходом во вращающуюся си стену координат, и поле Н- . В начаг

ле выключения вектор М направлен по

- направлению поля К. По мере выклю-чения поля Нр вектор М следит за

направлением суммарного поля и после

-

полного выключения Н оказывается ориентированным по направлению поля

Нр HO р практически по направлению поля Нрр, так как частота Q устанавливается близкой к частоте прецессии в поле земли Q и

Нф -№д, Вектор М переходит при этом в положение M(t),-указанное

на фиг.6.

- - . После выключения поля Нрр , осуществляемого по команде блока уп- равления в момент времени t (фиг.З), наблюдается свободная прецессия- век -t тора ядерной намагниченности М.

Вследствие наличия некоторой расстройки между частотой прецессии, и

-

частотой-генератора, вектор М, рассматриваемый в той же системе координат (фиг.6), отклоняется от первоначального положения на угол oi , определяемый соотношением

OL (u-COo)t.

Соответственно, если начальная фаза сигнала свободной прецессии, наблюдаемого на выходе приемника сигнала, составляет Cf , то вследствие расстройки, разность фаз, измеренная в моменты времени €., и t относительно начала прецессии будет соответственно составлять

cf, tfo + (co-coje, i q,-Cf(G)-co,-6 ,

Значения yi и q в виде напряжений в моменты времени Г, и Г с выхода измерителя 7 разности фаз пос

тупают на вход вычислительного блока 8, где они записываются и подвергаются следующей обработке: вычисляется значение, пропорциональное величине CjJg , равной

4,i:.,,

которое представляет собой начальную фазу сигнала ср, в момент начала

цессии, т.е. когда вектор К направлен по направлению оси ОХ (ненулевое значение начальной фазы- обусловлено наличием инерционных цепей в измерительном тракте).

В момент t, когда измеряемое значение разности фаз сравнивается с вычисленным значением ,(fg , схема сравнения формирует сигнал, поступающий на информационный вход блока управления, который, в свою очередь, формирует сигнал включения радиочастотного поля (фиг.З), а с некоторой задержкой, равной 3-4 периодам частоты генератора (1,5-2 мс), включает ток поляризации (фиг.2). Благодаря тому, что радиочастотное поле с частотой G3 включается в момент, когда

- вектор М ориентирован по направле-нию ПОЛЯ Нрр, обеспечивается захват

вектора М , который фазируется (удерживается) полем Нрр в направлении . оси ОХ до момента включения поляризующего поля (фиг.6). При включении

поляризующего поля вектор М начинает поворачиваться вокруг оси ОУ, следя за направлением суммарного

- -

поля Н + Hpf, . Поскольку напряженность поляризующего поля намного больше напряженности радиочастотного поля, то после достижения током поляризации своего установившегося

-

значения вектор М оказывается ориентированным практически по направлем -

нию ПОЛЯ Kf,, после чего поле H-j, выключают ,

После поступления сигнала с выхода схемы сравнения блок управления формирует последовательность импульсов управления источником поляризующего поля (фиг.2), длительность каждого из которых равна t. При этом начальные амплитуды сигналов,

5 наблюдаемых в паузах между импульсами синхронной поляризации, не более чем на 20% меньше предельного значения, соответствующего достижению равновесной намагниченности при

, .

Для регистрации сигналов свободной прецессии достаточно времени наблюдения порядка (30-50 мс), так

5 что длительность паузы 1, может быть задана равной 100 мс, при этом, как следует из предьщущего примера длительность интервала синхронной поляризации t может составлять 400 мс,

0 суммарное время цикла при этом равно 5.00 мс, что значительно меньше времени наблюдения сигналов ЯМР по известным способам.

25.

Формула

и 3

обретения

Устройство возбуждения сигналов ядерного магнитного резонанса в сла0 бом магнитном поле, содержащее генет ратор радиочастотных импульсов, приемный контур, источник поляризующего магнитного поля, приемник сигналов, измеритель разности фаз, подключен- ный первым входом к-выходу генератора радиочастотных импульсов, вычисг-. лительный блок, подключенный к выходу измерителя разности фаз, отличающееся тем, что, с целью

Q повышения экспрессности исследований, ,в него дополнительно введены ключ, схема сравнения и блок управления, источник поляризующего магнитного поля выполнен в виде поляризую щей катушки с yпpaвляe н IM источником тока, причем приемный контур подключен к входам приемника сигналов и выходам К1воча, второй вход измерителя разности фаз подключен к выходу

приемника сигналов, схема сравнения подключена первым входом к выходу вычислительного блока, вторым входом - к выходу измерителя разности фаз и выходам - к входу блока, управе ления, подключенного выходами к управляющим входам ключа и источника тока, а ключ подключен входом к второму выходу генератора радиочастотных импульсов.

JLJ

Фиг. 2

k«

фие, J

Its

c(t)

(pi/e,

ri / Г1 Лп

Фиг, 5

///7

{ )

HO

(a jr

Изобретение относится к области ядерно-магнитных исследований, а именно к технике изучения свойств горных пород и жидкостей методом ядерного магнитного резонанса в слабом магнитном поле. Целью изобретения является повьшение экспрессности исследования . Для этого в устройство введены ключ 4, схема сравнения 9 и блок управления 10. С помощью вычислительного блока 8 и схемы сравнения 9 происходит сравнение фазы сигнала в различные моменты времени, что позволяет уменьшить время полного измерения. Синхронизация работы устройства осуществляется блоком управления 10. 6 ил. i (Л 00 сл :о У1

Редактор A. Ревин

Составитель С. Владимиров

Техред В.Кадар Корректор.Н, Король

Заказ 378/47Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4