CN104297281B - 一种圆弧形单边核磁共振传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种圆弧形单边核磁共振传感器，属于核磁共振检测技术领域。该传感器由永磁体结构和马鞍形射频线圈构成。永磁体结构由三块瓦形永磁铁和两片扇形铁片构成，三块永磁体磁化方向相同，均为轴向磁化，用于产生静态主磁场B0。在马鞍形射频线圈与永磁体结构之间放置了月牙形无磁非金属垫片。马鞍形线圈贴附在月牙形垫片的内环面，用于在目标区域内产生与主磁场B0正交的射频磁场B1，并检测样品产生的回波信号。该核磁共振传感器体积小，重量轻，可贴附在圆弧形样品的外表面，特别适用于具有圆弧形***结构的样品测量，比图复合绝缘子的护套，电缆外绝缘层，以及橡胶轮胎等。
Description
技术领域
本发明属于核磁共振检测技术领域，涉及一种圆弧形单边核磁共振传感器，特别是一种无损测量圆柱形样品核磁共振信号的圆弧形单边核磁共振传感器。
背景技术
对某些***几何结构为圆柱形的样品，比如复合绝缘子芯棒，电缆外绝缘层，橡胶轮胎等样品进行核磁共振信号测量时，要求目标测量区域的形状是圆弧形，且曲率与被测样品的曲率一致，这样能够保证被激励样品位于同一半径处。德国亚琛工业大学的Bernhard Blumich等人2013年提出了一种利用两块完全相同的长方体永磁体，按其磁化方向反向并排摆放，通过调整两磁体之间的距离来获得正上方圆形目标区域内的圆弧形磁场分布。本专利提出一种新方案，直接用圆弧形永磁体构建主磁场，并配有马鞍形线圈，实现信号的测量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种圆弧形单边核磁共振传感器，可以用于无损测量圆柱形样品核磁共振信号，特别是复合绝缘子芯棒护套的无损检测。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种圆弧形单边核磁共振传感器，包括永磁体结构和射频线圈；所述永磁体结构用于产生静态磁场；所述射频线圈用于产生激励射频磁场，并检测设置于永磁体结构之间的被测样品所产生的回波信号。
所述圆弧形单边核磁共振传感器具体包括：三块轴向磁化的瓦形永磁体、两片扇形铁片、一片月牙形垫片和马鞍形射频线圈；永磁体用来产生主磁场，扇形铁片用于改善目标区域内主磁场分布，月牙形垫片用于调节马鞍形射频线圈与永磁体之间的相对位置，使射频场的作用区域与最优的主磁场区域相吻合；所述目标区域是指具有一定内外半径、厚度及高度的瓦形区域；马鞍形射频线圈用于产生与主磁场正交的射频磁场，并检测样品的回波信号。永磁体、扇形铁片、垫片及射频线圈的为之组合关系为：两块扇形铁片贴在较大的永磁体的上下侧表面，他们的内环面与较大永磁体内环面对齐；两块较小的永磁体的外环面与较大永磁体的内环面贴合，并且一块较小的永磁体的上表面与较大的永磁体的上方的扇形铁片的上表面持平，另一块较小的永磁体的下表面与较大永磁体的下方的扇形铁片的下表面持平；月牙形垫片的外环面与两块较小的永磁体的内环面贴合，同时保证垫片的上下表面分别与一块较小的永磁体的上表面和另一块较小永磁体的下表面持平；射频线圈贴在月牙形垫片的内环面
进一步，用来产生主磁场的永磁体为一定角度的轴向磁化的三块瓦形永磁体，一块较大，两块较小，其中一块较大的瓦形永磁体用来产生主要的静态磁场B0，两块较小的瓦形永磁体用来适当调节静态磁场B0在目标区域内的分布；所述瓦形永磁体的圆心角为150°(根据实际需要的不同可以调节磁体的圆心角)，以此来产生磁场强度等位线与样品的弧形表面平行的主磁场，保证在测量样品核磁共振回波信号的时候，射频线圈激励的是距离表面同一深度的样品层。
进一步，所述两片扇形铁片(也可以称之为极靴)用于改善主磁场在目标区域的分布，根据不同需要可以改变铁片的内外半径、圆心角和厚度，他们的内半径与两块较小的瓦形永磁体的内半径相同，厚度可视需要和样品形状而定。
进一步，所述产生射频磁场的马鞍形射频线圈采用可以弯折的柔性电路板布线，此种线圈结构适用于表面形状为弧形的样品的核磁共振信号检测。
本发明的有益效果在于：本发明提供的圆弧形单边核磁共振传感器，结构简单、体积小、重量轻、性能可靠，可实现复合绝缘子的无损检测，便于工程现场检测。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明实施例提供的传感器核心部分的整体示意图；
图2为本发明实施例提供的静态磁场的XY面的磁场分布图；
图3为本发明实施例提供的静态磁场的YZ面的磁场分布；
图4为本发明实施例提供的马鞍形线圈的正视图和俯视图；
图5为本发明实施例提供的马鞍形线圈的3D示意图。
其中，在图1中，蓝色部分(1)是较大的瓦形永磁体；绿色部分(3a、3b)是两个较小的瓦形永磁体；红色部分(2a、2b)是两片扇形的极靴；黄色部分(4)是无磁非金属垫片，其作用在于调节磁体和线圈的距离，调节磁场在目标区域的分布，还能够使线圈与样品的表面更加贴合；黑色部分(5)为马鞍形线圈；白色部分(6)是瓦形目标区域。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为本发明和新结构的整体示意图，图2是本发明实施例提供的静态磁场的XY面的磁场分布图，图3是本发明实施例提供的静态磁场的YZ面的磁场分布图，图4是本发明实施例提供的马鞍形线圈的示意图，图5为本发明实施例提供的马鞍形线圈的3D示意图。
参照图1，本发明提出了一种基于核磁共振原理的用于复合绝缘子芯棒护套老化状态无损检测的传感器，其结构包括一个较大、两个较小总共三个瓦形铷铁硼永磁体，两个扇形铁片(极靴)，一个马鞍形射频线圈。所述三块瓦形永磁体磁化方向均为轴向，组装时按其磁化方向同向摆放，并且两块较小的永磁体(3a、3b)的外环面与较大的永磁体(1)的内环面贴合，同时3a的上表面与1的上表面持平，3b的下表面与1的下表面持平。在该实施例中，较大的铷铁硼永磁体(1)内半径为10mm，外半径为30mm，厚度为10mm，圆心角为150°。较小的铷铁硼永磁体(3a、3b)内半径为7mm，外半径为10mm，厚度为2mm，圆心角为150°。两片极靴(2a、2b)内半径为7mm，外半径为16mm，厚度为3mm，圆心角为150°。
在本实施例中，由于考虑到绝缘子芯棒护套的直径从25mm-30mm不等，伞裙间距为25mm，所以我们考虑一个内半径为10mm，外半径为15mm，高度为10mm的瓦形区域。
图2是本发明实施例提供的静态磁场的XY面的磁场分布图所述永磁体结构可以产生一个轴向的主磁场，并且由于其特殊的结构，主磁场的等位线在目标区域XY平面内呈弧形分布，基本可以与芯棒护套表面平行(参见图2)。这样就实现了主磁场沿芯棒护套径向衰减，保证射频线圈激励的是距离芯棒护套表面等距离的一层样品。
图3为本实施例中静态磁场的YZ平面的分布，我们不仅要保证XY平面内静态磁场与芯棒护套表面平行，同时也要保证在YZ面内静态磁场与芯棒护套的表面是平行的(参见图3)。从图3中可以看到有高度大概为4mm的部分是与目标区域表面平行的，该部分的高度受永磁体(1)的厚度决定，而永磁体(1)的厚度又受伞裙间距决定。所以在伞裙间距只有25mm的情况下，只能够得到厚度为4mm的与芯棒表面平行的主磁场。不过这对于核磁共振回波信号的检测也已足够。
图2是本发明实施例提供的静态磁场的XY面的磁场分布图，由于本实施例的主磁场是与芯棒护套表面平行且沿其径向衰减，所以为了保证射频场与主磁场正交，那么射频场的方向必须为芯棒护套的径向。如此一来，一般的平面线圈显然不能很好的满足需要，于是本发明提出了这种利用柔性电路板制作的马鞍形射频线圈。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (2)
1.一种圆弧形单边核磁共振传感器，其特征在于：包括永磁体结构和射频线圈；所述永磁体结构用于产生静态磁场；所述射频线圈用于产生激励射频磁场，并检测设置于永磁体结构之间的被测样品所产生的回波信号；
具体包括三块轴向磁化的瓦形永磁体、两片扇形铁片、一片月牙形垫片和马鞍形射频线圈；永磁体用来产生主磁场，扇形铁片用于改善目标区域内主磁场分布，月牙形垫片用于调节马鞍形射频线圈与永磁体之间的相对位置，使射频场的作用区域与最优的主磁场区域相吻合；所述目标区域是指具有一定内外半径、厚度及高度的瓦形区域；马鞍形射频线圈用于产生与主磁场正交的射频磁场，并检测样品的回波信号；
永磁体、扇形铁片、垫片及射频线圈的为之组合关系为：两块扇形铁片贴在较大的永磁体的上下侧表面，他们的内环面与较大永磁体内环面对齐；两块较小的永磁体的外环面与较大永磁体的内环面贴合，并且一块较小的永磁体的上表面与较大的永磁体的上方的扇形铁片的上表面持平，另一块较小的永磁体的下表面与较大永磁体的下方的扇形铁片的下表面持平；月牙形垫片的外环面与两块较小的永磁体的内环面贴合，同时保证垫片的上下表面分别与一块较小的永磁体的上表面和另一块较小永磁体的下表面持平；射频线圈贴在月牙形垫片的内环面；
用来产生主磁场的永磁体为一定角度的轴向磁化的三块瓦形永磁体，一块较大，两块较小，其中一块较大的瓦形永磁体用来产生主要的静态磁场B0，两块较小的瓦形永磁体用来适当调节静态磁场B0在目标区域内的分布；所述瓦形永磁体的圆心角可以根据需要来确定，以此来产生磁场强度等位线与样品的弧形表面平行的主磁场，保证在测量样品核磁共振回波信号的时候，射频线圈激励的是距离表面同一深度的样品层；
所述两片扇形铁片用于改善主磁场在目标区域的分布，根据不同需要可以改变铁片的内外半径、圆心角和厚度，他们的内半径与两块较小的瓦形永磁体的内半径相同，厚度可视需要和样品形状而定。
2.根据权利要求1所述的一种圆弧形单边核磁共振传感器，其特征在于：所述产生射频磁场的马鞍形射频线圈采用可以弯折的柔性电路板布线，此种线圈结构适用于表面形状为弧形的样品的核磁共振信号检测。
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