CN108139501B - 一种用于对来自矿物浆料中的靶材料的磁共振信号进行在线检测的装置 - Google Patents

一种用于对来自矿物浆料中的靶材料的磁共振信号进行在线检测的装置 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于对来自矿物浆料中目标的磁共振信号进行在线检测的装置。该装置包括：(i)导电壳体，(ii)非导电(ENC)管道，该非导电管道实现矿物浆料的吞吐量，并且被配置为穿过导电壳体，(iii)第一初级线圈，第一初级线圈被配置为包围ENC管道在壳体内的区段，初级线圈或每个初级线圈限定测量区，(iv)电容器单元，电容器单元耦合到相应的初级线圈或每个相应的初级线圈的端子，其中，每个电容器单元值的值是能够选择的，使得初级线圈串联共振被形成为接近目标的磁共振频率的值，(v)RF发射机，RF发射机适用于将信号发送到一个或多个驱动线圈电网络，其中，RF发射机的操作频率被设定为近似等于目标的磁共振频率，(vi)至少第一驱动线圈和相关联的驱动线圈电网络，其中，驱动线圈的数量等于初级线圈的数量，并且其中，每个驱动线圈和相关联的驱动线圈电网络相对于单个初级线圈进行设置，以将所述驱动线圈磁耦合到所述初级线圈，(vii)阻抗监控器，阻抗监控器耦合到每个驱动线圈电网络并适用于测量所述驱动线圈电网络的复数输入阻抗；以及(viii)RF接收机，RF接收机适于从第一驱动线圈电网络或每个驱动线圈电网络接收来自目标的磁共振信号，RF接收机形成所检测的信号的输出信号。

Description

一种用于对来自矿物浆料中的靶材料的磁共振信号进行在线 检测的装置
技术领域
实施例总体而言涉及一种用于对来自矿物浆料中的靶材料的磁共振信号进行在线检测的装置和方法。然后可以处理所检测的信号以确定定量的矿物浆料的测量结果，例如，矿物浆料体积内的靶材料的质量或浓度。
背景技术
如本文所使用的，矿物浆料是磨细的矿石与水的流体混合物，其中磨细的矿石颗粒大小通常小于200微米。多个不同的矿石矿物可以用浆料来表示。泡沫浮选是一种用于基于气泡选择性地粘附到矿物/水浆料中的特定矿物表面的能力的差异来物理地分离颗粒的高度通用的方法。然后将附着有气泡的颗粒承载到表面并除去，而保持完全润湿的颗粒保持在液相中。泡沫浮选可以适于广泛的矿物分离，因为可以使用化学处理来选择性地改变矿物表面，从而使得它们具有分离所需的性质。很大比例的世界基本金属(base metal)生产都是通过浮选槽进行加工的。
浮选工艺的优化通常取决于向工艺呈现的矿石矿物学的组合，而不仅仅是经济金属的等级。存在可以用于测量矿物浆料的成分以辅助过程控制的多种技术。例如，可以执行对浆料的代表性取样，其中样本被传递到实验室以便使用标准离线技术对元素和矿物成分进行分析。然而，该种方法经常涉及不可避免的延迟，这种延迟致使采样数据无法用于短期过程控制。
为了补偿延迟，已经开发了在线浆料分析仪。在本发明的上下文中，表述“在线”用于指示当矿物浆料通过管道等时，从矿物浆料中的某些材料中获得磁共振信号。因此，信号处理能够在现场实时进行。相反，离线分析要求将浆料材料的样本取走以便进行分析。
在实验室中已经证明了使用磁共振传感器以便对矿物进行定量检测或表征。最近，已经尝试了采用磁共振原理进行在线定量矿物浆料测量的装置的开发。与矿物浆料测量相关联的一个问题是变化量的矿物颗粒以可变的流率通过任何这种传感装置。因此，变化的固体材料加载和成分影响了磁共振传感器的电负载的稳定性。以相同的方式，浆料流体相的电导率的变化性可能影响电负载的稳定性。在没有电负载控制的情况下，电负载变化导致不完美的调谐-匹配条件，并且降低了到传感器以及来自传感器的射频功率传输。电负载的变化也可能导致传感器和接收机之间的传递函数的变化。结果是矿物浓度的敏感性损失和不正确预测。
在线浆料分析仪的其它示例包括用于测量元素浓度的X射线荧光(XRF)分析仪和用于测量矿物相的在线X射线衍射(XRD)分析仪。然而，这些分析仪在过程控制使用中可能具有某些限制。例如，XRF分析可能不能被用于推断矿物相浓度，而在某些情况下，XRD分析可能经受不充分检测的限制。因此，如果可以开发与在线浆料测量兼容的改进的传感器和/或装置，则对于矿物加工工业而言将是有益的。
在整个说明书中，词“包括”、或者诸如“含有”或者“包含”之类的变型将被理解为暗示包括所陈述的元素、整体或步骤，或者元素、整体或者步骤的组，但是不排除任何其它元素、整数或步骤，或者元素、整体或步骤的组。
在本说明书中已经包含的对文件、动作、材料、设备、物品等的任何讨论都不应被视为承认任何或所有这些事物形成了现有技术基础的一部分或者是如在本申请的每一个权利要求的优先权日期之前存在的与本公开内容相关的领域中的公知常识。
发明内容
提供了一种用于对来自矿物浆料中靶材料的磁共振信号进行在线检测的装置，所述装置包括：
导电壳体；
非导电(ENC)管道，所述非导电管道实现矿物浆料的吞吐量，所述ENC管道被配置为穿过所述导电壳体；
至少一个第一初级线圈，所述第一初级线圈被配置为包围所述ENC管道在所述壳体内的区段，初级线圈或每个初级线圈限定测量区域；
电容器单元，所述电容器单元耦合到相应的初级线圈或每个相应的初级线圈的端子，其中，所述电容器单元的值或每个电容器单元值是能够选择的，以使得初级线圈串联共振被形成为接近所述靶材料的所述磁共振频率的值；
RF发射机，所述RF发射机适用于将信号发送到一个或多个驱动线圈电网络，其中，所述RF发射机的操作频率被设定为近似等于所述靶材料的磁共振频率；
至少一个第一驱动线圈和相关联的驱动线圈电网络，其中，所述驱动线圈的数量等于所述初级线圈的数量，并且其中，每个驱动线圈和相关联的驱动线圈电网络都相对于单个初级线圈设置，以将所述驱动线圈磁耦合到所述初级线圈；
阻抗监控器，所述阻抗监控器耦合到每个驱动线圈电网络并适用于测量所述驱动线圈电网络的复数输入阻抗；以及
RF接收机，所述RF接收机适于从所述第一驱动线圈电网络或每个驱动线圈电网络接收来自所述靶材料的磁共振信号，所述RF接收机形成所检测的信号的输出信号。
如所配置的，该装置可操作为将驱动线圈电网络阻抗的相位角单独设定为预定值。在另一个实施例(在下面所描述的)中，该装置可操作为将驱动线圈电网络阻抗的相位角和幅度两者单独设置为预定值。在任一实施例中，可操作性加上上面所描述的装置的特定方面使发明人能够确定这解决了使感应磁共振传感器电压和RF接收机电压之间的传递函数稳定的问题。因此，本发明的实施例在在线环境的背景下是非常有利的，因为将期望看到可能导致电传递函数的可变性的管道中的材料负载的变化。
驱动线圈电网络(复数)输入阻抗Zin可以写为
Figure BDA0001581794910000031
其中，|Zin|是阻抗幅度并且
Figure BDA0001581794910000032
是阻抗相位角。Zin在变化的应用条件下保持恒定是有利的。因此，预定的|Zin|和
Figure BDA0001581794910000033
试图定义Zin的常数值。具体地，预定的
Figure BDA0001581794910000034
近似为零(Zin实质上是纯实数)并且|Zin|等于优选的标准***电阻Ro(例如，50欧姆)是更有利的。对于所描述的装置，由于(多个)驱动线圈和(多个)初级线圈之间的相互耦合，在Zin和初级线圈阻抗之间存在连接。初级线圈阻抗的实部或虚部的变化通常引起|Zin|和
Figure BDA0001581794910000035
两者的变化。
在某些实施例中，电容器单元或每个电容器单元可以是可调整的以修改电容器单元值。在所描述的装置的配置中，这具有能够基本上仅修改驱动线圈网络阻抗的相位角的效果。在某些实施例中，每个电容器单元的电容可以通过使用例如电机驱动的可变电容器的机械装置进行调整。电容还可以通过电子装置的耦合电路终端的修改进行调整。可以通过将所测量的输入阻抗相位角与预定值进行比较并基于电容和所测量的相位角之间的已知关系来计算所需的电容变化ΔC角度，来确定将输入阻抗相位角与预定值进行匹配所需的电容器修改。
在驱动线圈网络的一个示例中，串联共振电路可以与驱动线圈一起形成，其中，如此形成的串联共振接近初级线圈串联共振。在这种典型的驱动线圈网络类别中，所需的电容变化ΔC与测量的相位角
Figure BDA0001581794910000041
之间的关系可以近似为
Figure BDA0001581794910000042
其中
Figure BDA0001581794910000043
是近似零弧度的预定相位角，ω是操作角频率，L是初级线圈电感，并且Q是目标固定初级线圈品质因数，其中，Q＝ωL/r，其中r是初级线圈电阻。方程(2)在参数γ＝(|Zin|-Ro)/Ro的变化适中的情况下具有有效性，这在许多应用中都是正确的。尽管如此，方程(2)仍然可以在更大的r值处有效地采用，或者可以使用考虑大的r的修正方程。
致动器可以用于将电容改变所需要的ΔC的值，其中，致动器位置和电容之间的已知关系(诸如近似线性关系)是已知的。
在某些实施例中，装置还可以包括具有固定终端的负载线圈，负载线圈相对于初级线圈定位，以将负载线圈磁耦合到初级线圈。负载线圈方向的变化将导致初级线圈阻抗的变化。本领域技术人员将理解的是，某些负载线圈终端将导致实质上仅初级线圈网络输入阻抗的实部变化。例如，作用为在初级线圈共振频率附近的频率处使负载线圈串联共振的负载线圈终端连同附加的终端串联电阻将作用为向初级线圈主要贡献电阻变化Δr。由于驱动线圈和初级线圈以及初级线圈和负载线圈之间的磁耦合，驱动线圈网络输入阻抗的幅度可以通过改变负载线圈的方向被修改为匹配预定值。假定先前被用作为示例的驱动线圈的类别，获得预定幅度Ro所需要的Δr值由下式近似给出
Figure BDA0001581794910000051
其中M是驱动线圈和初级线圈之间的固定互耦。方程(3)在
Figure BDA0001581794910000052
的小到中值处有效。
因此，可以通过使用例如方程3将所测量的输入阻抗的幅度与预定值进行比较，并基于Δr的方向和大小之间的已知关系计算所需的方向，来确定负载线圈的所需方向(以实现获得预定幅度转而所需的Δr的值)。因此，通过驱动线圈网络阻抗幅度的测量结果及其与预定值的比较结果来有效地确定负载线圈的方向。
致动器可以用于改变负载线圈的方向以获得所需的Δr值，其中，致动器位置与Δr之间的已知关系(诸如近似线性关系)是已知的。
方程(2)和(3)表明，ΔC的变化可以用于实质上仅修改驱动线圈网络输入阻抗的相位角，而Δr的变化可以用于实质上仅修改驱动线圈网络输入阻抗的幅度。在这个意义上，驱动线圈负载相位角和幅度变化彼此去耦合。
发送到一个或多个驱动线圈电网络的RF激励可以包括Hahn脉冲序列或宽带振幅和相位调制脉冲序列。
RF发射机和RF接收机可以是不同的单元，或者可以被集成为RF接收机。RF发射机和所述RF接收机可以被并入到RF收发机单元中，RF收发机单元还包括***控制器，以控制收发机模式和接收机模式之间的切换。
RF发射机可以操作为向驱动线圈电网络或驱动线圈电网络中的每个的端子重复施加射频脉冲序列，其中发射机操作频率被设定为近似等于目标磁共振频率。可以理解的是，RF发射机操作频率被设定为近似等于目标磁共振频率，以便引起浆料中靶材料的核自旋磁化强度的变化。可以使用多个RF脉冲序列来引起射频核磁化强度。例如，可以采用Hahn回声序列。由于靶材料中磁化强度的动态演变，在驱动线圈网络端子处生成随后的射频信号电压。
在某些实施例中，装置还包括至少一个辅助线圈，该至少一个辅助线圈主要磁耦合到单个初级线圈，其中，辅助线圈的端子处的电压在将脉冲序列施加到驱动线圈网络或每个驱动线圈网络期间被测量。所检测的电压的幅度与初级线圈电流成正比。转而，初级线圈电流又强烈影响感应的MR信号。辅助线圈电压可以用于将反馈施加到发射机以稳定初级线圈电流。这种实施例是有利的，这是因为可变发射机功率可能引起所生成的磁共振信号电压的变化。
在某些实施例中，装置还包括至少一个辅助线圈，该至少一个辅助线圈主要磁耦合到单个初级线圈，其中，辅助线圈的端子处的电压在将脉冲序列施加到驱动线圈网络或每个驱动线圈网络期间被测量，并且，所检测的电压的幅度与参考电压幅度进行比较，其中所测量的电压幅度与参考电压幅度之间的差值用于控制RF发射机的输出功率，以使得所检测的电压的幅度等于预定值。
至少一个初级线圈可以是是单匝***环路、螺线管或Alderman Grant共振器。本领域技术人员将理解的是，包围管道的其它线圈配置是可能的，并且因此本发明不限于所指定的示例。
电容器单元可以由被布置为串联或并联布置的多个个体的电容器组成。个体的电容器中的一个或多个可以是微调电容器。
初级线圈及其电容器完全位于壳体内部。将理解的是，初级线圈或电容器单元都不与壳体或任何其它导体形成任何导电连接。该配置有助于使得由于传感器共模电压(可能在浆料体积上引起保守电场)导致的影响最小化。
在装置包括两个或更多个初级线圈的某些实施例中，第二和/或后续的初级线圈被配置为包围ENC管道在壳体内的不同区段。在这种实施例中，每个初级线圈与单独的电容器单元相关联。在这种实施例中，每个初级线圈可以在所选择的靶材料的磁共振频率处进行串联调谐。每个初级线圈可以被调谐到单独的靶材料。在某些实施例中，多个线圈可以被调谐到相同的靶材料，以增加所述靶材料的灵敏度。
在某些实施例中，围绕每个初级线圈的区域可以通过导电隔膜分隔开，所述导电隔膜中的每个都被配置为集成到壳体中。
装置还可以包括存储装置，存储装置存储所检测的信号的输出信号。本领域的技术人员将理解的是，为了信号检测和随后的电存储的目的，存在许多不同的配置收发机的方法。
装置还可以包括处理单元，处理单元处理所检测的信号的输出信号，以确定通过(多个)测量区的矿物浆料中的靶材料的质量或浓度。
在某些实施例中，装置还可以被配置为将小于100mT的静磁场施加到由初级线圈包围的区域中的浆料材料。在某些实施例中，装置还可以包括一个或多个磁体，每个磁体被配置为向由初级线圈或每个初级线圈包围的区域中的浆料材料施加静磁场。每个静磁场可以由电磁体或永磁体生成。静磁场的施加有利地延长了磁共振的自旋-自旋衰减时间。
提供了一种用于使用如上面实施例中的任一个中所描述的装置对来自矿物浆料中的靶材料的磁共振信号进行在线检测的方法，所述方法包括：
将驱动线圈电网络阻抗或每个驱动线圈电网阻抗的相应的相位角和幅度分别设定为预定值。
方法还可以包括首先将驱动线圈网络输入阻抗或每个驱动线圈网络输入阻抗的相位角设定为预定值，并且然后将驱动线圈网络输入阻抗的幅度设定为预定值。
方法还可以包括将负载线圈磁耦合到不同的初级线圈，并改变负载线圈的方向以修改驱动线圈网络输入阻抗的幅度来匹配预定值。
方法还可以包括将输入阻抗的所测量的幅度与预定值进行比较，以及基于方向与输入阻抗的幅度之间的已知关系来计算所需要的方向。
方法还可以包括测量浆料的温度以及使用信号幅度随温度的已知依赖性来补偿所接收的磁共振信号。
方法还可以包括将至少一个辅助线圈主要磁耦合到单个初级环路，以及在将射频脉冲序列施加到驱动线圈网络期间测量辅助环路的端子处的电压。在某些实施例中，方法还可以包括使用辅助环路电压来向发射机施加反馈以稳定初级线圈电流。在某些实施例中，方法还可以包括测量相对于参考幅度的所检测的电压的幅度，确定所测量的幅度与参考幅度之间的差值，以及使用幅度的差值来控制RF发射机的输出功率，以使得所检测的电压的幅度等于预定值。
方法还可以包括测量矿物浆料的温度以及将发射机的操作频率调整为与预测的磁共振频率实质上对准。
该实施例是有利的，因为磁共振频率可以根据靶材料的温度而变化。另外，所测量的温度还可以用于补偿由于与磁共振检测相关联的已知玻尔兹曼(Boltzmann)因子引起的信号。
方法还可以包括存储所检测的信号的输出信号。
方法还可以包括对所检测的信号的输出信号进行处理，以确定通过(多个)测量区的矿物浆料中的靶材料的质量或浓度。
本领域技术人员将理解的是，存在可用于确定靶材料的质量的多种信号度量和处理技术。例如，所生成的自旋回波的峰值幅度可以根据输出信号来估计，并被假定为与靶材料的质量成比例。另外，输出信号还可以根据初级线圈测量区中所有固体的总质量进行归一化(normalised)，以确定靶材料的固体重量百分比或浓度。浆料中所有固体的总质量可以通过使用例如浆料密度分析仪测量浆料中的固体材料来获得。用于确定浓度的程序的示例如下：
Figure BDA0001581794910000081
其中，Cm是在选定积分时间内靶材料的平均浓度，α是固定校准因子，S、M分别是瞬时信号和质量固体负载，并且其中，括号表示在积分时间内的时间平均值。本领域技术人员将理解的是，存在可用于将连续计算的Cm值发送到其它工厂设备以便用于在线应用的多种方法。
附图说明
下面通过举例的方式并参考附图来进一步详细描述了实施例，其中：
图1是根据本发明的磁共振装置的第一实施例的示意性平面视图；
图2是根据本发明的磁共振装置的第二实施例的示意性平面视图；以及
图3是根据本发明的磁共振装置的第三实施例的示意性平面视图。
具体实施方式
本文中的术语“磁共振”(MR)是指核磁共振(NMR)和核四极矩共振(NQR)两者。NMR和NQR是在固体和液体材料的测量和表征中具有广泛应用的方法。这些方法通常被用作为实验室工具以研究键合和分子结构。它们还可以用于实时检测和矿物和其它物质(诸如毒品或***物)的表征。存在多个NMR和NQR类别；例如，零场NMR、磁有序材料(即，铁磁性NMR、反铁磁性NMR)的NMR或双共振NQR。为了说明的目的，NMR或NQR的所有子类都被包括在术语“磁共振”(MR)中。
实施例总体上涉及一种用于对来自矿物浆料中的靶材料的磁共振信号进行在线检测的装置。靶材料可以具有与大多数矿石矿物有关的、在1-200MHz之间变化的磁共振频率。
图1示出了根据本发明的磁共振(MR)装置100的第一实施例。MR装置100包括具有直径为～110mm的非导电(ENC)管道或导管102。ENC管道102承载针对靶材料的存在和浓度进行测试的矿物浆料。导电壳体或外壳104基本上包围ENC管道102的一部分进行定位，并且ENC管道102通过其中的开口105进入以及离开外壳104。第一初级线圈106包围ENC管道102的一区段。单个电容器单元108跨第一初级线圈106的端子进行放置。与第一初级线圈106间隔开的第二初级线圈120包围非导电管道102的不同去段。与第二初级线圈120相关联的是另外的电容器单元122，其跨第二初级线圈120的端子进行放置。
第一初级线圈106及其相关联的电容器单元108和第二初级线圈120及其相关联的电容器单元122中的每一个都完全位于外壳104的内部，并且第一初级线圈106、第二初级线圈120或它们相应的电容器单元108和122均不与外壳104或存在于装置100中的任何其它导体进行任何导电连接。
电容器单元108和122中的每一个的值被选择为使得第一初级线圈串联共振和第二初级线圈串联共振分别被形成为接近目标磁共振频率的值，以使得初级线圈串联共振与目标磁共振频率的频率分离小于目标磁共振的频谱宽度的大约50％。MR装置100还包括第一驱动线圈124及相关联的驱动线圈电网络126以及第二驱动线圈128及相关联的驱动线圈电网络130。驱动线圈和相应的网络中的每一个都相对于相应的初级线圈进行定位，以将驱动线圈中的每一个磁耦合到它们相关联的初级线圈。
对于每个驱动线圈124、128及相关联的驱动线圈电网络126、130，该装置包括阻抗监控器142、144，其中的每一个阻抗监控器都可操作为测量相应的驱动线圈网络的复输入阻抗。本领域技术人员将理解的是，可以使用由各种类型的电路组成的监控器来测量到驱动线圈网络的输入阻抗。驱动线圈网络由RF发射机激励，以便生成驱动线圈电流。
导电隔膜132被集成到置于第一初级线圈106和第二初级线圈120之间的外壳中。导电隔膜132的使用是有利的，以便减少或避免第一初级线圈106和第二初级线圈120之间的电容耦合。隔膜连接到导电外壳通常是方便的。
MR装置100还包括RF发射机/接收机140。RF发射机/接收机140可在发射机模式下操作以将RF信号以脉冲序列的形式发送到一个或多个驱动线圈电网络，其中，RF发射机的操作频率被设定为大致等于靶材料的磁共振频率。无线电发射机/接收机140还可在接收机模式下操作，以从驱动线圈电网络中的每一个接收来自靶材料的磁共振信号，RF接收机形成所检测的信号的输出信号。RF发射机/接收机140包括开关(未示出)，以在实现发送模式和接收模式之间的切换。
输出信号随后被处理以确定穿过非导电管道102的矿物浆料中的靶材料的质量或浓度。
图2示出了根据本发明的磁共振(MR)装置200的第二实施例。如同图1所示的MR装置100，MR装置200包括穿过导电外壳204中的开口205的非导电管道202。第一初级线圈206包围非导电管道202的一区段，并且电容器单元208跨第一初级线圈206的端子进行放置。与第一初级线圈206间隔开的第二初级线圈220包围非导电管道202的不同区段，并且另一个电容器单元222跨第二初级线圈220的端子进行放置。
如同图1所示的MR装置100，第一初级线圈206、其相关联的电容器单元208以及第二初级线圈220及其相关联的电容器单元222完全位于外壳104的内部，并且第一初级线圈206、第二初级线圈220或它们相应的电容器单元208和222均不与外壳214或存在于装置200中的任何其它导体进行任何导电连接。
MR装置200还包括第一驱动线圈224及相关联的驱动线圈电网络226以及第二驱动线圈228及相关联的驱动线圈电网络230。导电隔膜232被集成到置于第一初级线圈216和第二初级线圈220之间的外壳中。
MR装置200包括无线电发射机/接收机240，该无线电发射机/接收机240可操作为(i)向驱动线圈网络端子226和230中的每一个重复施加射频脉冲序列，以及(ii)检测由于靶材料中磁化强度的动态演变而在驱动线圈网络端子处生成的射频信号电压。
为了保持有效的定量测量，期望初级线圈、驱动线圈中的串联电压和RF接收机电压之间的电传递函数稳定。非导电管道中材料负载的变化或所选择的操作频率的小变化都可能导致传递函数变化。发明人注意到，如大多数MR装置发生的，保持传递函数的稳定性比仅在单个频率处保持恒定的电路输入阻抗是更为严格的要求。前者的要求实质上等同于保持恒定的驱动线圈阻抗和恒定的电路Q两者。
通过(i)保持在所选择的操作频率处由初级线圈和电容器单元形成的串联阻抗的实部和虚部两者不变，以及(ii)同时，保持初级线圈和驱动线圈之间的互阻抗固定，稳定的传递函数可以被时限为良好的估计。在这些情况下，驱动线圈网络输入阻抗还将呈现稳定性。该稳定性可以在其中可以满足两个条件的一个范围的操作频率上获得，实际上可以使其超过本申请所需的操作频率范围。本领域的技术人员将理解的是，驱动线圈网络的合理配置(诸如先前所讨论的示例性情况并且通过估计方程(2)-(3)进行描述的)将允许初级线圈串联阻抗的虚部和驱动线圈网络输入阻抗的相位角之间一一对应。同样地，可以在初级线圈阻抗的实部与驱动线圈网络输入阻抗的幅度之间获得一一对应。因此，传递函数稳定性的问题被简化为将驱动线圈网络阻抗的相位角和幅度分别设定为预定的最佳值的问题。用于获得负载稳定性的负载相位角和幅度的去耦合是用于控制目的的非常期望的属性。
与初级线圈206相关联的电容器单元208的电容值能够被机械地改变，以便仅主要改变与初级线圈206相关联的驱动线圈网络226的输入阻抗的相位角，使得输入阻抗的相位角等于预定值。类似地，与第二初级线圈220相关联的电容器单元222的电容值能够被机械地改变。电容值和驱动线圈网络输入阻抗的相位角之间的已知关系用于估计将输入阻抗的相位角设定为预定值所需的电容的机械变化。例如，对于当驱动线圈网络与驱动线圈形成串联共振电路的情况，其中如此形成的串联共振接近初级线圈串联共振，则可以使用方程(2)估算来确定所需的电容变化。
与第一初级线圈206和第二初级线圈220中的每一个相关联的并与其磁性耦合的是相应的负载线圈250、252。负载线圈250具有负载线圈终端270，并且负载线圈252具有负载线圈终端272。驱动线圈网络226的输入阻抗的幅度可以通过改变负载线圈250的方向而被修改为匹配预定值。类似地，驱动线圈网络230的输入阻抗的幅度可以通过改变负载线圈252的方向而被修改为匹配预定值。本领域技术人员将意识到的是，某些负载线圈终端将导致基本上仅驱动线圈网络输入阻抗的幅度的变化。负载线圈250的所需的方向可通过将所测量的输入阻抗的幅度与预定值进行比较，并基于输入阻抗的方向和幅度之间的已知关系来计算所需方向进行确定。
对于每个初级线圈250、252，提供了主要磁耦合到单个初级环路的辅助线圈256、258。每个辅助线圈256、258具有辅助线圈端子260、262，其中在相应的辅助线圈端子260、262处的电压在将射频脉冲序列施加到相应的驱动线圈网络226、230期间被测量。在操作中，将检测到的电压的幅度与参考幅度进行比较，并且，所测量的幅度与参考幅度之间的差值用于控制射频发射机240的输出功率，使得检测到的电压的幅度等于预定值。
初级线圈206、220中的每个和接收机240之间的信号传递函数通过间歇使用致动器280和282而稳定，该致动器280和282改变电容单元208和222的值或者与每个初级线圈206和220相关联的负载线圈250和252的方向。致动器280和282根据相应的驱动线圈224和228的输入阻抗的测量结果进行操作，其中致动器步距(step)根据已知关系进行计算。驱动线圈网络输入阻抗的相位角被设定为预定值，随后设置驱动网络阻抗的幅度。该过程在浆料过程变化的时间间隔特性处进行重复。辅助线圈对280和282中的至少一个还用于监控初级线圈电流，以便在连续脉冲内稳定RF发射机240的输出。
图3示出了根据本发明的磁共振(MR)装置300的第三实施例。许多元件与关于图2说明和描述的那些元件相对应，因此类似的附图标记表示类似的元件，并且在此不再重复。
对于某些靶材料，由于因为在双脉冲激励序列中有限的Q与所尝试的自旋回波分辨率干涉导致的线圈振铃的事实，短自旋-自旋弛豫时间T2导致信噪比的降低。即使在已经实施了用于减少振铃的已知方法之后，该问题仍然存在。
已知的是，四极自旋共振中的自旋-自旋弛豫可以通过向样本施加弱静态场而延长1，其作用以弱***四极共振并且使有助于T2的以其它方式耦合的自旋去耦合。由于汉密尔顿(Hamiltonian)方程H＝Hq+Hext+Hint中的任何外部施加的静磁场Hext引起的塞曼(Zeeman)项远小于由于核电四极矩和局部电场梯度之间的相互作用能量引起的四极项Hq，从这种意义上，所施加的场是弱的。
因此，装置300包括电磁体310，该电磁体310被配置为向由初级线圈220所包围的区域中的浆料材料施加小于100mT的静磁场。尽管仅示出了一个电磁体310，但将理解的是，另外的电磁体可以被配置为向由初级线圈206包围的区域中的浆料材料施加静磁场。
在装置的具体实施例中(并参考图3)，非导电管道202承载了30wt％的固体含量(solids loading)的矿物浆料。浆料包含目标矿物黄铜矿和铜蓝矿。
向分别耦合到两个***环路初级线圈206和220的驱动线圈网络226和230施加在18.5MHz和14.28MHz的操作频率处的脉冲RF电流(分别与在矿物黄铜矿和铜蓝矿中温度为300K处的磁共振的目标频率相对应)。Hahn脉冲序列用于改变核自旋极化。在Hahn序列完成时，通过第一初级线圈206和第二初级线圈220中的感应电压的方式来检测自旋回波。耦合到驱动线圈224和228的信号电压由无线电接收机240检测并存储在存储器(未示出)中。当浆料流过非导电管道时，每个靶材料的测量序列被无限地重复。
信号的处理涉及序列的平均，以及用于提取针对每个目标的峰值回波幅度的估计的数字方法。通过将每个目标的峰值回波幅度与预定校准因子相乘，导出的峰值回波幅度用于推断初级线圈感测体积内的黄铜矿和铜蓝矿质量。然后，黄铜矿或铜蓝矿的浓度通过利用浆料总质量负载(用密度计测量)归一化矿物质量来进行计算。
初级线圈206、220和接收机240之间的信号传递函数通过致动器280、282的间歇使用而稳定，该致动器280、282改变电容单元208、222的值或分别与每个初级线圈206、220相关联的负载线圈250、252的方向。致动器280、282根据相应的驱动线圈的输入阻抗的测量结果进行操作，其中致动器步距利用已知关系进行计算。例如，驱动线圈阻抗测量结果可以指示将被施加以获得预定阻抗相位角和幅度的ΔC和Δr的特定值的要求。反过来，可能存在致动器位置与ΔC或Δr之间的已知线性关系。然后可以根据已知的ΔC或Δr通过这些参数与致动器位置的已知线性依赖性来计算所需的致动器位置。致动器可以被设定为其所计算的位置，以获得正确的驱动线圈网络输入阻抗。驱动线圈网络输入阻抗的相位角被设定为预定值，随后设置驱动网络阻抗的幅度。该过程在浆料过程变化的时间间隔特性处重复。辅助线圈还用于监控初级线圈电流，以便稳定RF发射机在连续脉冲内的输出。
浆料的温度被连续测量(未示出)并用于间歇地修改与每个目标相关的操作频率，其中修改根据目标磁共振频率和温度之间的已知关系进行确定。温度还可以用于基于信号幅度和温度之间的已知关系来补偿信号幅度。
装置300包括电磁体310，该电磁体310被配置为向由初级线圈220包围的区域中的浆料材料施加小于100mT的静磁场。
电磁体310向与铜蓝矿检测相关联的初级线圈220的感测体积施加高达100mT的静磁场。该磁场用作增加在14.28MHz(温度300K)下的63Cu核的铜蓝矿四极磁共振的自旋-自旋弛豫时间。这增加了铜蓝矿测量的信噪比。
本领域的技术人员将理解的是，在不脱离本公开内容的广泛总体范围的情况下，可以对上面所描述的实施例做出许多变化和/或修改。
尽管在所有附图中示出的实施例示出了第一初级线圈和第二初级线圈，但是应当理解的是，可选的实施例可以利用后续线圈，在这种情况下，驱动线圈的数量将等于初级线圈的数量，其中每个驱动线圈网络具有单个端子，其中驱动线圈磁耦合到单个初级线圈，并且其中，测量驱动线圈网络的复数输入阻抗。
因此，本实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。
参考文献
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Claims (22)

1.一种用于对来自矿物浆料中的靶材料的磁共振信号进行在线检测的装置，所述装置包括：
导电壳体；
非导电管道，所述非导电管道实现矿物浆料的吞吐量，所述非导电管道被配置为穿过所述导电壳体；
至少一个第一初级线圈，所述至少一个第一初级线圈被配置为包围所述非导电管道在所述壳体内的区段，每个第一初级线圈限定测量区；
电容器单元，所述电容器单元耦合到每个相应的第一初级线圈的端子，其中，每个电容器单元的值是能够选择的，以使得初级线圈串联共振被形成为接近所述靶材料的所述磁共振频率的值，从而所述初级线圈串联共振与靶的磁共振频率的频率分离小于靶的磁共振的频谱宽度的50％，并且其中，每个电容器单元被配置为改变所述相应的电容器的值，以便实质上仅改变与相应的第一初级线圈相关联的驱动线圈电网络的输入阻抗的相位角，以使得所述输入阻抗的相位角等于预定值；
RF发射机，所述RF发射机适用于将信号发送到一个或多个驱动线圈电网络，其中，所述RF发射机的操作频率被设定为等于所述靶材料的磁共振频率；
至少一个第一驱动线圈和相关联的驱动线圈电网络，其中，所述驱动线圈的数量等于所述第一初级线圈的数量，并且其中，每个驱动线圈和相关联的驱动线圈电网络相对于单个第一初级线圈设置，以将所述驱动线圈磁耦合到所述第一初级线圈；
阻抗监控器，所述阻抗监控器耦合到每个驱动线圈电网络并适用于测量所述驱动线圈电网络的复数输入阻抗；以及
RF接收机，所述RF接收机适于从每个驱动线圈电网络接收来自所述靶材料的磁共振信号，所述RF接收机形成所检测的信号的输出信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，电容值与所述驱动线圈电网络的输入阻抗的相位角之间的已知关系用于估计将所述输入阻抗的相位角设定为预定值所需要的变化。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括一个或多个负载线圈，其中，每个负载线圈磁耦合到不同的第一初级线圈，每个负载线圈的端接阻抗是固定的，并且其中，每个负载线圈的方向适用于被调整，以改变相应的负载线圈与其第一初级线圈之间的磁耦合。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述负载线圈的方向的变化实质上仅改变所述驱动线圈电网络的输入阻抗的幅度，以使得所述输入阻抗的幅度等于预定值。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，负载线圈方向与所述驱动线圈电网络的输入阻抗的幅度之间的已知关系用于估计将所述输入阻抗的幅度设定为预定值所需要的所述负载线圈方向。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述阻抗监控器还适用于允许将所述驱动线圈电网络的输入阻抗的相位角设定为预定值以及将所述驱动线圈电网络的输入阻抗的幅度设定为预定值。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，发送到一个或多个驱动线圈电网络的激励包括Hahn脉冲序列或宽带振幅和相位调制脉冲序列。
8.根据权利要求7所述的装置，还包括至少一个辅助线圈，所述至少一个辅助线圈主要磁耦合到单个第一初级线圈，其中，所述辅助线圈的端子处的电压在将脉冲序列施加到每个驱动线圈电网络期间被测量。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述RF发射机和所述RF接收机被并入到RF收发机单元中，所述RF收发机单元包括***控制器，所述***控制器控制在所述收发机的模式和所述接收机的模式之间的切换。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，每个第一初级线圈是单匝***环路、螺线管和Alderman-Grant共振器中的一个。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述装置还包括至少一个第二初级线圈以及导电隔膜，所述导电隔膜集成到位于所述第一初级线圈与所述第二初级线圈之间的外壳中。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，还包括温度传感器，所述温度传感器被布置为测量所述浆料的温度，其中，所述装置能够被配置为根据所测量的温度来修改所述发射机的操作频率。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，还包括一个或多个磁体，每个磁体被配置为将静磁场施加到由每个第一初级线圈包围的区域中的所述浆料材料。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述静磁场是由电磁体或永磁体生成的。
15.一种用于使用如权利要求1至14中任一项所述的装置来对来自矿物浆料中的靶材料的磁共振信号进行在线检测的方法，所述方法包括：
将每个驱动线圈电网络的输入阻抗的相应的相位角和幅度分别设定为预定值。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：将每个驱动线圈电网络的输入阻抗的所述相位角设定为预定值，以及将所述驱动线圈电网络的输入阻抗的所述幅度设定为预定值。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：将负载线圈磁耦合到不同的初级线圈，以及改变所述负载线圈的方向以修改所述驱动线圈电网络的输入阻抗的所述幅度来匹配预定值。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：将所述输入阻抗的所测量的幅度与所述预定值进行比较，以及基于所述方向与所述输入阻抗的所述幅度之间的已知关系来计算所需要的方向。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，还包括：将至少一个辅助线圈主要磁耦合到单个初级环路，以及在将所述RF信号施加到每个驱动线圈电网络期间测量所述辅助环路的端子处的电压。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：使用所述辅助线圈的电压来向所述RF发射机施加反馈，以稳定所述初级线圈的电流。
21.根据权利要求19所述的方法，还包括：相对于参考幅度测量所检测的电压的幅度，确定所测量的幅度与参考幅度之间的差值，以及使用所述幅度的差值来控制所述RF发射机的输出功率，以使得所检测的电压的幅度等于预定值。
22.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，还包括：测量所述矿物浆料的温度，以及(i)使用信号幅度随温度的已知依赖性来补偿所接收的磁共振信号和/或(ii)调整所述发射机的操作频率以实质上与所预测的磁共振频率对准。
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