DE69125497T2

DE69125497T2 - Vorrichtung zur erzeugung eines magnetfeldes

Info

Publication number: DE69125497T2
Application number: DE69125497T
Authority: DE
Inventors: Peter Hanley
Original assignee: Oxford Instruments UK Ltd
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 1990-10-11
Filing date: 1991-10-10
Publication date: 1997-10-23
Anticipated expiration: 2011-10-11
Also published as: EP0552268B1; EP0552268A1; US5471140A; DE69125497D1; JPH06503884A; WO1992007279A1; GB9022145D0

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine ein magnetisches Feld erzeugende Anordnung zur Verwendung in einem nuklearen, magnetischen Resonanz-(NMR)-Gerät und insbesondere auf ein solches Gerät zur Verwendung in radiologischen Bohrlochvermessungsanwendungen.
Es ist ausreichend bekannt, daß eine NMR dazu verwendet werden kann, die Geologie um ein Bohrloch herum zu inspizieren. Dies wird durch Projizieren eines im wesentlichen gleichförmigen, magnetischen Felds in den Fels, der das Bohrloch umgibt, unter Verwendung eines geeigneten Feldgenerators und dann Durchführen eines NMR-Experiments innerhalb des projizierten Bereichs durchgeführt. Kommerzielle Bohrlochvermessungswerkzeuge machen von dem magnetischen Erdfeld Gebrauch, allerdings ist dies nicht eine zufriedenstellende Technik, und ist insbesondere zum Inspizieren der sogenannten "nicht eingedrungenen Zone", die das Bohrloch umgibt, ungeeignet. Die nicht-eingedrungen Zone ist die Zone, wo kein Bohrfluid vorhanden ist.
Die EP-A-0295134 beschreibt ein Gerät und ein Verfahren, die danach streben, gegenüber früheren Verfahren, die das magnetische Feld der Erde verwenden, eine Verbesserung zu erzielen. In diesem Gerät sind vier Magnete vorgesehen, die mit deren Nord- Süd-Richtungen so positioniert sind, daß sie auf einer gemeinsamen Achse liegen, und mit den Nord-Süd-Richtungen der äußeren Magnete und der inneren Magnete jeweils gegenüberliegend sind. Die Magnete sind miteinander für eine Einfachheit der Bewegung entlang einer Bohrungsöffnung fest befestigt. Die elektrische Spule, die erforderlich ist, um ein magnetisches hf-Feld zu erzeugen, um so das NMR-Experiment durchzuführen, ist um die Magnete herum befestigt.
Diese bekannte Anordnung leidet unter einer Anzahl von Problemen. Da hier ein magnetisches Material in der Mitte des Geräts vorhanden ist, reduziert dies die Feldstärke in dem Arbeitsvolumen, das zu der Außenseite des Geräts projiziert ist. Weiterhin zwingt eine Positionierung der hf-Spule um die Magnete herum den Konstruktur, ein nicht leitendes Magnetmaterial auszuwählen, um Effekte aufgrund von Wirbelströmen und Rauschkopplung zu vermeiden. Dies limitiert die Magnetmaterialien in der Praxis auf Permanentmagnetmaterialien, wie beispielsweise Ferrite, um so die Verwendung von Materialien zu verhindern, die derzeit mit bis zu dreimal der Stärke verfügbar sind, die Messungen ermöglichen würden, die unter größeren Abständen in dem Fels vorgenommen werden. Zusätzlich ist es zum Produzieren stark empfindlicher Volumina nicht durchführbar, da keine Maßnahme für Einstellungsfehler aufgrund von Nichtgleichförmigkeiten in den Materialien, die verwendet sind, und anderen Unterschieden zwischen der hergestellten und der konstruierten Anordnung vorgenommen ist.
Eine frühere Maßnahme ist in der US-A-4350955 beschrieben. In diesem Fall sind gerade zwei Magnete vorgesehen, die voneinander beabstandet sind, mit deren Nord-Süd- Achsen ausgerichtet und mit entsprechenden Polen zueinander weisend. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, daß die hf-Spule in den Raum zwischen den Magneten mit der Folge positioniert werden kann, daß die Magnete selbst aus nicht-permanenten Materialien hergestellt werden können. Allerdings ist die Anordnung der Magnete an sich weniger effizient als in der EP-A-0295134. Obwohl die Anordnung der US-A-4350955 eine gute vertikale Auflösung bietet (typischerweise ein paar Zentimeter) ist es nicht möglich, den Radius des Arbeitsbereichs in irgendeiner angenehmen Art und Weise zu ändern. Die Fähigkeit, Messungen an verschiedenen, unterschiedlichen Abständen in dem Fels vorzunehmen, ist allgemein ein Erfordernis. Weiterhin ist berichtet worden, daß das Gerät der US-A-4350955 18 Stunden benötigt, um einen Punkt zu messen. Dies ist vollständig unakzeptabel bei einer praktischen, radiologischen Bohrlochvermessungssituation.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine ein magnetisches Feld erzeugende Anordnung zur Verwendung in einem NMR-Gerät ein Paar erster Magnete, deren Nord-Süd-Pole Richtungen definieren, die entlang einer Achse positioniert sind, wobei entweder der Nord- oder der Süd-Pol zueinander weisen; und mindestens ein Paar zweiter Magnete, deren Nord-Süd-Pole Richtungen im wesentlichen innerhalb entlang der Achse definieren, wobei die Positionen und Feldstärken der Magnete so ausgewählt sind, daß ein sich ergebendes Feld kontrollierter Charakteristika, das für ein NMR- Experiment geeignet ist, in einem Arbeitsvolumen erzeugt wird, das von der Anordnung beabstandet ist, auf, gekennzeichnet dadurch, daß die Positionen der Magnete relativ in der axialen Richtung so einstellbar sind, um die Feldstärke und die Größe des Arbeitsvolumens zu steuern.
Man hat eine sehr signifikante Verbesserung an dem Gerät, das in der EP-A-0295134 dargestellt ist, konstruiert. Eine Hauptbeschränkung der früheren Maßnahme ist diejenige, daß die relativen Positionen der Magnete festgelegt sind. Durch Ermöglichen, daß die Magnete einstellbar sind, ist es möglich, eine signifikante Erhöhung der Feldstärke in den Arbeitsvolumina zu erreichen und die Größe des Volumens zu erhöhen, die einer bestimmten Feldstärke unterworfen ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung führt zu einer verbesserten Homogenität der toroidalen Zone mit einer größeren Flexibilität. In einer weiteren Verbesserung ist es auch möglich, verschiedene unterschiedliche Arbeitsvolumina gleichzeitig zu erhalten.
Dies wird unter Verwendung der zweiten Magnete erreicht, um alle oder einige Komponenten einer nicht nullten Ordnung der Felder, die durch die ersten Magnete in dem Arbeitsvolumen bzw. den -volumina erzeugt werden, auszubalancieren. Das radiale Feld einer gleichförmigen Zone um den Umfang der toroidalen Zone, die von Interesse ist, kann durch die Hinzufügung eines einzelnen Paars Magnete gesteuert werden. Um eine Reihe sich erhöhender Ordnungen von Ableitungen des Felds mit einem radialen Abstand zu steuern, können weitere Paare von Magneten hinzugefügt werden. Die angrenzenden Polflächen des Stands der Technik besitzen einen starken demagnetisierenden Effekt aufeinander, was die Steuerung einer langen Reihe von Ordnungen schwierig macht. In einer Anwendung sind im wesentlichen alle der Komponenten nicht nullter Ordnung ausbalanciert, so daß das Feld in dem Arbeitsvolumen bzw. den -volumina im wesentlichen gleichförmig ist. Allerdings ist es in einer wichtigen Anwendung möglich, die Anordnung so zu konstruieren, daß mindestens die erste Ordnung und möglicherweise andere Ordnungen nicht aufgehoben werden oder signifikant reduziert werden, so daß ein Gradientenfeld bekannter Charakteristika in dem Arbeitsvolumen erzeugt wird. Es ist ausreichend bekannt, daß ein Gradientenmagnetfeld ermöglicht, daß eine räumliche Auflösung innerhalb des Arbeitsvolumens erreicht wird, wenn NMR-Experimente durchgeführt werden.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung ist derjenige, daß die Magnete derart angeordnet werden können, daß dort ein Raum an dem Zentrum der Anordnung vorhanden ist, in den eine hf-Spule positioniert werden kann. Dies ermöglicht, daß mindestens die axial äußeren Magnete aus nicht isolierendem Material aufgebaut werden. Hf-Sende/Empfangsspulen können mit einem Luftkern versehen sein und deshalb aus einer breiteren Auswahl von Materialien ohne Koppeln mit der Empfängerspule und Induzieren von Rauschen in das Empfängersystem oder Dämpfen des Sendeschaltkreises hergestellt werden.
Typischerweise werden die zweiten Magnete axial nach innen in Bezug auf die ersten Magnete positioniert werden. Weiterhin können mehr als zwei erste oder zweite Magnete vorhanden sein.
Allgemein werden die inneren Magnete, gewöhnlicherweise die zweiten Magnete, Permanentmagnete sein, gewöhnlich aus Ferrit-Material hergestellt, während die axial äußeren Magnete, gewöhnlich die ersten Magnete, Permanentmagnete, Widerstandselektromagnete oder supraleitende Magnete sein können.
Typischerweise wird die Anordnung symmetrisch um eine Mittelebene orthogonal zu der Achse sein, obwohl dies nicht immer der Fall sein muß.
Typischerweise weist die Anordnung weiterhin einen Träger auf, an dem die Magnete einstellbar befestigt sind. Zum Beispiel könnte jeder Magnet mit dem Träger durch eine Klammer befestigt sein, die an dem Träger in einer Vielfalt von Positionen verschraubt werden kann. In einem anderen Beispiel könnten die Magnete auf einer gemeinsamen Führungsschraube über geeignete Verbinder befestigt sein, wobei eine Drehung dieser Verbinder bewirkt, daß sich die Magnete längs parallel zu der Führungsschraube bewegen.
Wie bereits erwähnt worden ist, ist die Erfindung insbesondere bei einem NMR-Gerät anwendbar, das eine ein magnetisches Feld erzeugende Anordnung, gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, und eine elektrische Spule zum Erzeugen eines magnetischen hf- Felds, die an der Mitte der Anordnung positioniert ist, besitzt.
Die Erfindung schafft ein radiologisches Bohrlochvermessungsgerät, das eine ein magnetisches Feld erzeugende Anordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei die Anordnung so geformt ist, daß sie entlang einer Bohrungsöffnung bewegbar ist, und eine elektrische Spule zum Erzeugen eines magnetischen hf-Felds, die an der Mitte der Anordnung positioniert ist, aufweist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren eines Aufbaus einer ein magnetisches Feld erzeugenden Anordnung zur Verwendung in einem NMR-Gerät das Vorsehen eines Paars erster Magnete, deren Nord-Süd-Pole Richtungen definieren, die so angeordnet sind, daß sie entlang einer Achse mit entweder dem Nord- oder dem Süd-Pol zueinander weisend liegen; Vorsehen mindestens eines Paars zweiter Magnete, deren Nord-Süd-Pole Richtungen definieren, die im wesentlichen entlang der Achse angeordnet sind; Bestimmen des Feldprofils in einem Arbeitsvolumen, das von der Anordnung aufgrund der ersten Magnete beabstandet ist; und Auswählen der Feldstärken und axiale Einstellung der Positionen der Magnete so, daß ein sich ergebendes Feld gesteuerter Charakteristika geeignet für ein NMR-Experiment in dem Arbeitsvolumen erzeugt wird und wobei die Feldstärke und die Größe des Arbeitsvolumens steuerbar ist, auf.
Ein Beispiel eines radiologischen Bohrlochvermessungsgeräts gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:--
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht des Geräts;
Figuren 2a-2c stellen graphisch die Variation der Magnetfeldstärke mit dem Radius für separate Magnete und ein kombiniertes Magnetsystem der Figur 1 jeweils dar; und
Figur 3 stellt graphisch die Variation der Magnetfeldstärke zur Erzeugung von zwei Arbeitsvolumina eines im wesentlichen gleichförmigen Felds und die Erzeugung eines Gradientenmagnetfelds innerhalb eines Arbeitsvolumens dar.
Das Gerät, das in Figur 1 dargestellt ist, weist ein Paar erster Haupt-Magnete 1, 2 auf, die koaxial mit deren Nordpolen zueinander hinweisend positioniert sind. Die Magnete 1, 2 sind mittels Einrichtungen, die nicht dargestellt sind, an einem Träger 6 befestigt.
Axial nach innen der Magnete 1, 2 ist ein Paar zweiter Hilfs-Magnete 3, 4 mit deren Nord-Süd-Achsen koaxial zu der Achse, die durch die Magnete 1, 2 definiert ist, befestigt. Die Richtung und die Magnetisierungsstärke der Magnete 3, 4 ist aus der Kenntnis heraus ausgewählt, wie sich die unterschiedlichen Gradienten variieren. Die Magnete 1-4 sind allgemein symmetrisch um eine Mittelebene orthogonal zu der Achse positioniert und eine hf-Spule 5 ist zwischen den Magneten 3, 4 an der Mittelebene positioniert. Die Spule 5 wird während eines NMR-Experiments in einer herkömmlichen Art und Weise verwendet, um zuerst ein hf-Magnetfeld zu erzeugen und um dann als ein Empfänger zu wirken, um hf-Signale zu überwachen, die durch die die Präzision aufweisenden Atomkerne erzeugt werden, wenn sie zu deren Ursprungszustand entspannen. Die Spule 5 ist mit herkömmlichen NMR-Verarbeitungselektroniken (nicht dargestellt) verbunden, während der Träger 6 mit einem Mechanismus (nicht dargestellt) verbunden ist, der die Anordnung herunter durch eine Bohrungsöffnung 7 fallenläßt. Wie im weiteren Detail nachfolgend erläutert werden wird, sind die Magnete 1-4 derart positioniert und besitzen Feldstärken so, daß ein toroidales Arbeitsvolumen 8 innerhalb der Felsschichten erzeugt wird, das die Bohrungsöffnung 7 umgibt, wobei das magnetische Feld innerhalb des Arbeitsvolumens 8 ausreichend gleichförmig ist, um ein NMR-Experiment durchzuführen. In einigen Fällen könnten zusätzliche Arbeitsvolumina radial voneinander beabstandet erzeugt werden.
Das radiale Feldprofil, das durch den Magneten 1 erzeugt ist, ist schematisch in Figur 2a dargestellt, und dasjenige, das durch den Magneten 3 produziert ist, ist in Figur 2b dargestellt. Figur 2a stellt dar, daß der leistungsstarke Haupt-Magnet 1 ein Peak-Feld an einem relativ großen Radius r&sub2; produziert und Figur 2b stellt dar, daß der schwächere Magnet 3 einen Peak bei einem kleineren Radius r&sub1; produziert. Figur 2c stellt die Summe dieser Komponenten dar, wo die relative Stärke und die Position der zwei Paare der Magnete derart sind, daß ein gleichförmiger Bereich eines Felds 9, zentriert um einen Radius r&sub0;, produziert worden ist.
Um ein solches System auszulegen, ist es üblich, das magnetische Feld B bei r&sub0; als eine Taylor-Erweiterung auszudrücken:
Um den Bereich einer Gleichförmigkeit zu erzielen, wählt man die Magnete derart aus, daß sich die individuellen Gradienten dnB/drn zu Null für die Anordnung der Magnete aufsummieren. Es sollte angemerkt werden, daß die Technik nicht auf zwei Paare von Magneten beschränkt ist: für komplexere Systeme besitzt man einen ausreichenden Freiheitsgrad, um die Gradienten höherer Ordnung aufzuheben, um dadurch zu einem größeren Volumen seiner Gleichförmigkeit zu kommen. Es sollte auch angemerkt werden, daß man, falls es erforderlich ist, einen restlichen Gradienten erster Ordnung belassen kann, um eine räumliche Information in dem NMR-Signal zu lieferen, so daß in dem empfangenen Signal die Stelle der Quelle des Signals derart sein würde, daß (f - f&sub0;) = g G (r - r&sub0;) ist, wobei G die Stärke des Gradienten erster Ordnung ist und g das magnetische Gyroverhältnis für die Atomkerne ist, die erfaßt werden. Diese Technik ist Fachleuten auf dem Gebiet der magnetischen Resonanzabbildung oder der Zeugmathographie geläufig. Ein solcher Gradient erster Ordnung könnte auch dazu verwendet werden, Diffusionseffekte durch Techniken zu messen, die ausreichend in der NMR-Spektroskopie bekannt sind.
In der Beschreibung, die folgt, ist die Diskussion für gleichförmig magnetisierte Permanentmagnete geeignet. Ähnliche Beschreibungen können für Luft-Kern-Spulen, usw., erhalten werden, und eine nicht gleichförmige Magnetisierung kann unter Verwendung einer Superposition verschiedener Magnete einer unterschiedlichen Magnetisierung modellartig aufgebaut werden.
Es wird nun mit einer Berechnung des Felds aufgrund eines dünnen, magnetisierten Stabs begonnen. Dies vereinfacht die mathematische Diskussion, allerdings kann sie leicht zu einer allgemeinen Form erweitert werden. Volumen des magnetisierten Materials.
Man definiert einen Feldpunkt p = (x,y,z) und einen Quellenpunkt q = (u,v,w). Dann gilt s = p - q = (x-u, y-v, z-w).
Wenn die Magnetisierung in der z-Richtung verläuft, gilt M = (O,O,M).
Das magnetische Material wird auf einen dünnen Stab eines Querschnittsbereichs A eingeschränkt belassen, der entlang der z-Richtung liegt, so daß gilt q = (O, O, w).
Das Feld ist dann gegeben durch
In zylindrischen Polarkoordinaten:
aus denen
Im vorliegenden System der gegenüberliegenden Magnete, symmetrisch um die z = 0 Ebene, heben sich die Hzs auf und die Hrs verstärken sich, wobei demzufolge gilt
usw..
Die vorstehende Beschreibung ist nur für dünne Magnete akkurat, deren Radii viel kleiner als die radiale Position des Feldpunkts sind, an dem das magnetische Feld gemessen ist. Eine exakte Darstellung, die allerdings viel mehr berechnungsmäßigen Aufwand erfordert, wird durch das derzeitige Blatt-Modell geliefert.
Bücher über Elektromagnetismus zeigen, daß ein gleichförmig magnetisierter Festkörper durch ein geschlossenes Blatt über seine Oberfläche ersetzt werden kann, die eine Stromdichte trägt, deren Richtung senkrecht zu derjenigen der Magnetisierung verläuft. Diese Darstellung ist exakt (so lange wie die Magnetisierung gleichförmig und unidirektional ist) und problemlos in dem Fall axial magnetisierter, zylindrischer Objekte zu behandeln. In diesem Fall ist das externe Feld dasjenige eines Solenoid einer Null-Dicke. Ausdrücke (und ein Computer-Code) hierfür existieren und erfordern allgemein ein Integrieren des Felds aufgrund eines elementaren Rings in Bezug auf die Länge, den Polarwinkel und die radiale Dicke. In dem Fall eines Stromblatts kann man die Integration in Bezug auf den Radius weglassen, so daß gilt:
Wo man auch die solenoidale Stromdichte ersetzt hat, j/10 (j in Ampére/cm²) mit der Magnetisierung M/4π (M in Gauß pro cm³), werden die Dimensionen ohne die Integration über "a" korrekt.
Das φ Integral wird durch Substituieren von θ = φ/2 und unter der Verwendung der numerischen Abschätzung des elliptischen Integrals
(Bulirsch, Numerical Math, vol 9, 305 (1969)) vorgenommen. Unter Verwendung dieses Verfahrens können die radialen Feldableitungen durch numerische Differenzierung erhalten werden.

Beispiel

Ein Magnetsystem, um einen Feldpeak bzw. eine -spitze von 50 Gauß unter einem radialen Abstand von 40 cm zu produzieren, besitzt w1 = 56 cm, w2 = 206 cm und MA = 2,5 10&sup6; Gauß-cm². Dieser könnte aus Nd-Fe-B-Legierung hergestellt werden, 16cm im Durchmesser und mit einer Magnetisierung von 12500 Gauß. Dies produziert einen empfindlichen Bereich, dessen radialer Umfang (gleichförmig zu 1 in 10³) etwa 2 cm beträgt.
Nachfolgend sind die Gradientenfunktionen für einen Einheitswert von AM bei einem Radius von 30 cm tabellisiert. In derselben Tabelle sind die Gradientenfunktionen für einen Magneten mit w1 = 10,3 cm und w2 = 11,3 cm enthalten. Es sollte angemerkt werden, daß das Verhältnis von dB/dr zu d²B/dr² dieselben für die zwei Systeme sind, allerdings sind die Vorzeichen der individuellen Gradienten unterschiedlich.
Durch Auswahl der Stärke des kleineren Magneten so, daß sie 0,3525 derjenigen des größeren ist, erhält man eine Aufhebung der Gradienten der ersten und zweiten Ordnung.
Die Figur 3 stellt bei 10 das Magnetfeld dar, das gegenüber dem radialen Abstand für die Kombination mit zwei Paaren von Magneten aufgetragen ist.
Durch Einschließen von mehr Magneten in das System könnten die Gradienten höherer Ordnung aufgehoben werden, um dadurch das Volumen einer Gleichförmigkeit noch weiter zu erhöhen. Die graphische Darstellung 11 stellt die Ergebnisse für drei Paare von Magneten dar und die graphische Darstellung 12 zeigt diejenige für drei Paare mit einem Gradienten erster Ordnung.
Da der kleinere Magnet schwächer ist, kann er aus Ferrit hergestellt werden, so daß seine Nähe zu einer HF-Spule nicht irgendwelche Probleme mit einer Kopplung verursacht. Zum Beispiel wird eine Scheibe aus Ferrit von 16 cm Durchmesser mit einer Magnetisierung von 4380 Gauß den erwünschten Effekt erreichen.
Um Herstellfehler zu kompensieren, können zusätzliche Scheiben aus Ferrit zu dem kleinen Magneten hinzugefügt werden (oder von diesem entfernt werden), um das korrekte Verhältnis der Stärken zu erhalten, und axiale Bewegungen können vorgenommen werden, um das korrekte Verhältnis der Gradienten zu erreichen.
Die Magnete 3, 4 werden typischerweise aus einem Permanentmagnetmaterial, wie beispielsweise Ferrit, hergestellt, allerdings könnten die Magnete 1, 2 Permanentmagnete, Widerstandsmagnete oder supraleitende Magnete sein.
Wenn mehr als zwei Paare von Magneten in das System eingeschlossen werden, um Gradienten höherer Ordnung aufzuheben, wird es schwieriger, die Verhältnisse der Gradienten in der Weise, die vorstehend beschrieben ist, auszubalancieren. Ein alternatives Verfahren ist dasjenige, ein Minimum in einer Funktion, wie beispielsweise
zu suchen.
Hierbei sind Hk die Gradienten des Haupt-Magneten, die aufgehoben werden sollen, und hk (w1j, w2j, Mj) sind die Gradienten der korrigierenden Magnete, deren Enden bei z = w&sub1; und z = w&sub2; vorhanden sind und deren Stärke M ist. Die Konstanten Kk sind Gewichtungsfaktoren für jede Ordnung eines Gradienten. Das Minimum oder die Minima können unter Verwendung von Computerprogrammen gefunden werden, die sich auf ausreichend bekannte Verfahren beziehen, wie beispielsweise "simuliertes Glühen" oder "steilste Steigung".
Die Gradienten aufgrund eines Systems, das drei Paare von Magneten besitzt, die in dieser Weise gefunden sind, sind nachfolgend aufgelistet. Es sollte angemerkt werden, daß dies eine zugelassene, wesentliche Reduktion von Gradienten der 3. und 4. Ordnung verglichen mit dem System von zwei Paaren, das vorstehend beschrieben ist, ermöglicht hat. Es sollte auch angemerkt werden, daß ein Paar der Magnete entgegengesetzt zu den anderen zwei Paaren magnetisiert ist.
Figur 3 stellt bei 11 ein gleichförmiges Feld dar, das von drei Paaren von Magneten erzeugt ist.
Dasselbe Verfahren kann dazu verwendet werden, Magnetsysteme auszulegen, wobei ein Gradient überlegt eingeführt ist. Dies kann so vorgenommen werden, um
a) räumliche Informationen von dem empfindlichen Bereich zu liefern, unter Verwendung der ausreichend bekannten Techniken einer magnetischen Resonanzabbildung
b) den Hochfrequenzimpuls über den kompletten, empfindlichen Bereich zu optimieren (der nun ein großes, radiales Ausmaß in diesem kompensierten System besitzt), um die Nicht-Gleichförmigkeit des Felds zu kompensieren, die durch die Sendespule durch Liefern eines Impulses oder Reihen von Impulsen erzeugt wird, deren Intensität sich mit der Frequenz derart variiert, um diese Kompensation über die Gradienten vorzusehen, die eine Beziehung zwischen einer Resonanzfrequenz und dem Radius auferlegen,
Zum Beispiel kann ein Gradient erster Ordnung durch Subtrahieren des erforderlichen Gradienten von dem Wert von H&sub1;, der in der Funktion verwendet wird, eingeführt werden, die minimiert werden soll.
Ein typisches Ergebnis, wo ein Gradient erster Ordnung von 0,1 Gauß pro cm bewußt eingeführt worden ist, ist nachfolgend dargestellt.
Die Figur 3 stellt die Profile des Felds gegenüber dem Radius für die drei Magnetsysteme, die vorstehend beschrieben sind, dar. Es ist anzumerken, daß der remanente Gradient dritter Ordnung ein Nebenmaximum bei einem kleineren Radius produziert. Das relativ gleichförmige Feld bei diesem Maximum kann als ein zweiter, empfindlicher Bereich verwendet werden, und da er sich näher zu der HF-Spule als der Hauptbereich befindet, muß er nicht so groß sein, um eine adäquate Signalstärke zu liefern. Da eine Resonanz bei einer unterschiedlichen Frequenz auftritt, kann diese unabhängig angeregt werden und so können Informationen aus zwei Bereichen gleichzeitig erhalten werden.

Claims

1. Eine ein Magnetfeld erzeugende Anordnung zur Verwendung in einem NMR-Gerät, wobei die Anordnung ein Paar erster Magnete (1, 2), deren Nord-Süd-Pole Richtungen definieren, die entlang einer Achse positioniert sind, wobei entweder der Nord- oder der Süd-Pol zueinander weisen; und mindestens ein Paar zweiter Magnete (3, 4), deren Nord-Süd-Pole Richtungen im wesentlichen innerhalb entlang der Achse definieren, wobei die Positionen und Feldstärken der Magnete so ausgewählt sind, daß ein resultierendes Feld kontrollierter Charakteristika, das für ein NMR-Experiment geeignet ist, in einem Arbeitsvolumen erzeugt wird, das von der Anordnung beabstandet ist, aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß die Position der Magnete relativ in der axialen Richtung so einstellbar sind, um die Feldstärke und die Größe des Arbeitsvolumens zu steuern.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das resultierende Feld in dem Arbeitsvolumen (8) einen Gradienten erster Ordnung in der radialen Richtung besitzt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die zweiten Magnete (3, 4) axial nach innen von den ersten Magneten (1, 2) vorgesehen sind.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Magnete (3, 4) Permanentmagnete sind.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Magnete (1, 2) Permanentmagnete, widerstandsbehaftete Elektromagnete oder supraleitende Magnete sind.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Position und die Feldstärken der zweiten Magnete (3, 4) so ausgewählt sind, um Komponenten einer nicht nullten Ordnung der magnetischen Felder, die durch die ersten Magnete (1, 2) erzeugt sind, zu reduzieren oder aufzuheben.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin einen Träger aufweist, an dem die Magnete (1, 2, 3, 4) einstellbar befestigt sind.

8. NMR-Gerät, das eine ein Magnetfeld erzeugende Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, und mindestens eine elektrische Spule (5) zum Erzeugen und Erfassen eines hf-Magnetfelds aufweist, wobei die Spule an der Mitte der Anordnung positioniert ist.

9. Gerät nach Anspruch 8, wobei die Magnete axial von einem zentralen Bereich, der durch die elektrische Spule umgeben ist, beabstandet sind.

10. Radiologisches Bohrlochvermessungsgerät nach Anspruch 8 oder Anspruch 9.

11. Verfahren zum Aufbau einer ein magnetisches Feld erzeugenden Anordnung zur Verwendung in einem NMR-Gerät, wobei das Verfahren ein Vorsehen eines Paars erster Magnete (1, 2), deren Nord-Süd-Pole Richtungen definieren, die so angeordnet sind, daß sie entlang einer Achse mit entweder dem Nord- oder dem Süd- Pol zueinander weisend liegen; Vorsehen mindestens eines Paars zweiter Magnete (3, 4), deren Nord-Süd-Pole Richtungen definieren, die im wesentlichen entlang der Achse angeordnet sind; Bestimmen des Feldprofils in dem Arbeitsvolumen (8), das von der Anordnung aufgrund der ersten Magnete (1, 2) beabstandet ist; und Auswahl der Feldstärken und axiale Einstellung der Positionen der Magnete so, daß ein sich resultierendes Feld gesteuerter Charakteristika geeignet für ein NMR- Experiment in dem Arbeitsvolumen erzeugt wird und wobei die Feldstärke und die Größe des Arbeitsvolumens steuerbar sind, aufweist.