一種可精確調節磁場梯度及均勻度的探頭和巖心分析裝置的製作方法

2023-11-05 14:02:32

專利名稱：一種可精確調節磁場梯度及均勻度的探頭和巖心分析裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種二維核磁共振巖芯分析裝置，以及其中的可精確調 節磁場梯度及其均勻度的探頭，特別是該探頭具有一可在小範圍內精確調節 磁場梯度及其均勻度的線圈裝置。
背景技術：
核磁共振(NMR)巖心分析是全球石油勘探開發研究所關注的熱點問題 之一，尤其是二維核磁共振巖心分析技術提供了一種新的分析手段，在石油 勘測領域發揮著非常重要的作用。
而探頭是二維核磁共振巖心分析裝置重要部件之一，其中的梯度線圏裝 置是巖心分析裝置的核心部件。
對於核磁共振設備，如需要對流體樣品進行擴散測量，則需要使用磁場 梯度。擴散測量的最大的優點是可以進行多流體類型識別，如油水混合物， 油氣水混合物的分辨等。這些分子的擴散係數不同，使用磁場梯度可影響這 些分子的擴散行為，從而對這些分子進行識別。
目前，磁場梯度的產生有兩種方法， 一種是使用靜態磁場梯度，但該方 法靈敏度不高，信噪比也很低，且在測量擴散過程中，需要加入順磁離子， 以影響分子擴散，這樣做即費時費力，且成本昂貴。在石油應用中不可取。 另 一種方法就是本實用新型所涉及的，使用脈衝梯度磁場的方法。
目前，可用於產生脈衝梯度磁場的設備較少。產生脈沖梯度磁場的設備 類似於產生勻強磁場的亥姆霍茲線圈對設備，參看圖1所示之亥姆霍茲線圈 對設備， 一般包括繞線盤ll、調節杆12、支撐架13、底板14、線圈15及 其激勵端子16等部件。該傳統的亥姆霍茲線圏對設備骨架設有沿著軸向移動並且用螺母17進行固定的調節裝置，調節較方便。但此類結構一是不可 產生梯度磁場，二是其繞線盤和調節杆均使用鋁殼設計，此鋁殼可用於散熱， 也使此類設備一般用於大功率場合。但其工藝複雜，成本較昂貴，且尺寸不 宜做的過小， 一般尺寸均在幾十釐米乃至數米之間。基於此，必須對現有技 術進行改良，研製一種更加經濟、適於用小空間的梯度線圏裝置。

實用新型內容
有鑑於此，本實用新型的主要目的在於提供一種用於巖心分析裝置的探 頭，組裝方便、可精確調節梯度磁場梯度及均勻度，並且體積小。
本實用新型的另一個目的在於提供一巖心分析裝置，組裝方便、可精確 調節梯度磁場及均勻度，並且體積小。
為達到上述目的的第一個方面，本實用新型提供了一種種用於巖心分析 裝置的探頭，是這樣實現的該巖心分析裝置的探頭包括軛鐵(20)、永磁 體(21a、 21b)、繞線盤(22a、 22b)、支撐杆(26)和線圈(23a、 23b)、 主天線(24)、支撐板(25)、底座，其特徵在於，所述軛鐵(20)在所述 底座上形成一個密閉矩形空間，所述永磁體(21a、 21b)安裝在所述軛鐵(20) 的兩個相對的內側壁上；所述主天線(24)放置在所述密閉空間中，其幾何中 心與永磁體(21a、 21b)所形成的空間幾何中心重合；所述梯度線圏(23a、 23b) 纏繞在所述繞線線盤(22a、 22b)之上；所述支撐板(25)垂直放置在所述底 座上並與永》茲體(21a、 21b)垂直；還包括至少兩個支撐杆(26),置於所述支 撐板(25)頂部，通過與所述繞線盤上的支撐孔相配合來支撐和固定繞線盤， 所述支撐杆(26)設有間距調整裝置，用於調節所述繞線盤的間距。
優選的，所述間距調節裝置為設置在所述支撐軸兩端的外螺紋及與所述支 撐孔的內螺紋組成，通過兩者的配合調節繞線盤的間距。
優選的，所述間距調節裝置為設置在支撐軸兩端的階梯軸及與所述支撐孔 組成，通過階梯軸與孔邊緣的接觸限定與繞線盤的間優選的，所述間距調節裝置包括設置在支撐杆兩端的螺紋、旋緊螺母以及 墊片，調整所述間距的時候首先鬆動旋緊螺母，然後通過增加或減少墊片來調 整所述間距，之後通過旋緊螺母來固定間距。
優選的，所述間距調節裝置還包括至少兩個墊片，通過在支撐杆與繞線盤 接觸面之間添加或減少所述墊片來調節間距。
優選的，所述繞線盤、支撐杆、支撐板至少一種的材料選擇為聚四氟乙烯。
優選的，所述永》茲體的間距為50~80mm。 優選的，所述繞線盤邊緣設置有突起，用於固定線圏。 優選的，支撐板底部配有螺釘孔，用於將整個裝置固定在所述底板上。 優選的，所述梯度線圈採用22AWG銅線，在繞線盤繞24圈而成。 作為本實用新型中的可調架結構，支撐杆兩端設有螺紋，通過與螺母配合 使用，既可緊固各個支撐杆，也可以用來調整兩個繞線盤之間的距離。因此， 在生產該產品的時候，不需要進行複雜的裝配工藝，即可將整個磁體結構安裝 好，能夠節省大量的人力和物力，這對於節省時間和準確的裝配是有利的，同 時也免去了使用過程中複雜的調節。
在一個優選方案中，可以使用墊片進一步方便而精確調整兩個繞線盤之間 的間距。支撐杆兩端帶有螺紋，當調節距離時，可以鬆動支撐杆上的固定螺冒， 在支撐杆與繞線盤內側兩端各添加相等厚度的非金屬墊片，通過提供各種厚度 的標準墊片，可以做到多種微小距離的調節，從而更力口方便而精確的調節磁場 梯度及其均勻度。
在另一個優選方案中，支撐杆26也可無螺紋，通過階梯軸與繞線盤22a、 22b上的空配合使用，限定繞下盤之間的間距。由於提供了具有標準長度的支 撐杆，巖心分析裝置便具有固定的磁場強度，特別的適合在大規模生產中提供 組裝方式更加簡單精確的梯度線圏裝置。
應用本實用新型提供的梯度線圏裝置，放棄鋁製金屬繞線盤，可以節省成 本並使該設備宜於加工，能夠做到更小的尺寸以適應於狹小的探頭空間；如果 該新裝置放棄鋁製繞線盤結構，全部釆用聚四氟乙烯材料，還可進一步使得整個裝置做得更小，更容易加工，成本也更低，同時改善裝置的電性能。
為實現上述目的的另 一個方面，本實用新型提供了 一種核》茲共振巖心分析 裝置，該核磁共振巖心分析裝置包括控制計算機、核磁共振控制器、前置放大 器、功率放大器以及探頭，所述核磁共振控制器根據所述控制計算機的控制指 令產生激勵脈衝，所述激勵脈衝經功率放大器放大後再送給所述核,茲共振探頭， 激發並產生核磁共振回波信號並通過所述核磁共振探頭接收該核磁共振回波信
號；將接收到的核磁共振回波信號送到前置放大器放大後，送給所述核磁共振 控制器進行濾波、放大、解調及ADC轉換等處理後，被傳送給控制計算機進 行處理，其特徵在於，所述核磁共振探頭為權利要求前面所述的探頭。
由於採用了本申請中的探頭，使得本實用新型之二維核磁共振巖心分析裝 置能夠降低製造成本和製造複雜程度，同時具備較小的體積，相較於背景技術 已經具有了實質性的特點及顯著的進步性。


圖1為現有技術之亥姆霍茲線圏對骨架；
圖2為本實用新型探頭梯度線圏結構的斜視圖3為本實用新型探頭梯度線圏結構的一個內部結構圖4為本實用新型探頭梯度線圈裝置另 一內部結構圖5-A為本實用新型探頭梯度線圈裝置的正視圖5-B為本實用新型探頭梯度線圏裝置的側視圖5-C為本實用新型探頭梯度線圈裝置的俯視圖5-D為本實用新型探頭梯度線圈裝置的軸視圖6為本實用新型二維核磁共振巖心分析裝置結構示意圖;
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施 例和附圖，對本實用新型進一步詳細說明。
一、探頭的結構
圖2、圖3、圖4、圖5 (5-A-5-D)為本實用新型巖心分析裝置探頭的 組成結構示意圖。如圖2、圖3、圖4、圖5 (5-A~5-D)所示，該巖心分析 裝置探頭包括軛鐵20、永磁體21a、 21b、繞線盤22a、 22b、支撐杆和線圏 23a、 23b、主天線24、支撐板25、支撐杆26、固定板28。
其中，軛4失20形成一個密閉空間。永》茲體包括21a， 21b兩部分，兩部 分永磁體分別安裝在軛鐵20的兩個側壁上。在低磁場分析裝置中，兩片永 磁體21a，21b之間的距離一般取50 80mm左右。因此，探頭的最大寬度不 超過80mm。另外參看圖2所示之巖心分析裝置探頭的斜視圖，可以更清楚 的看到梯度線圈是放置在永磁體21a，21b所形成的幾何空間的位置。
主天線24用於產生射頻脈衝，對巖心進行極化。同時對極化後的巖心 所產生的回波信號行接收測量。主天線24必須放置在該裝置中，其幾何中 心與永磁設備21a， 21b所形成的空間幾何中心重合。主天線採用簡單的螺 線管線圏，線圏內徑為25mm,與標準巖樣外徑尺寸相同。主天線為獨立裝 置，不與探頭中任何設備連接。
其中，如圖1、 2所示，繞線盤22a,22b分別用於纏繞梯度線圏，繞線 盤邊緣可設置有突起，用於固定線圈。在一個實施例中，該繞線盤直徑可為 60mm,繞線盤邊緣有3mm高的突起。當繞線盤材料選擇為聚四氟乙烯，具 有耐高溫、電特性優良的特點。
其中，如圖2所示，梯度線圈23a,23b用於產生梯度磁場，通過在圖1 中所示軛鐵上設置開口 (未標出)給此線圈施加激勵，從而產生梯度磁場， 通過調節激勵的大小還可以進一步調節梯度磁場的強弱。在一個實施例中， 此線圈採用22AWG銅線，每繞線盤各繞24圈而成。梯度線圏裝置還設置有單孔支撐板25，此裝置中配備兩塊。工作中， 有兩個支撐杆26分別置於支撐板25上，起到支撐和固定繞線盤作用；同時， 每個支撐板底部配有2個螺釘孔，便於將整個裝置固定在底板上。出於耐高 溫、電特性優良的考慮，支撐板材料也可選擇為聚四氟乙烯。
參看圖5 (5-A 5-D),其中固定板28與支撐杆26配合使用，通過旋 緊螺母29可以固定繞線盤22a, 22b。
參看圖3，該圖是該巖心分析裝置探頭中梯度線圏裝置的內部結構圖， 如圖所示，其中支撐杆26用於連接定位2個繞線盤，可以通過螺母來調節 2個繞線盤之間的間距。在一個實施例中，配備4根支撐杆，其材料可選擇 為聚四氟乙烯，同樣具備耐高溫、電特性優良的特點。
參看圖作為本實用新型中的可調架結構，支撐杆兩端設有螺紋，通過與 螺母配合使用，既可緊固各個支撐杆，也可以用來調整兩個繞線盤之間的距 離。因此，在生產該產品的時候，不需要進行複雜的裝配工藝，即可將整個 磁體結構安裝好，能夠節省大量的人力和物力，這對於節省時間和準確的裝 配是有利的，同時也免去了使用過程中複雜的調節。
在一個實施例中，參看圖5-A、 5-B，可以使用墊片27進一步方便而精 確調整兩個繞線盤之間的間距。支撐杆兩端帶有螺紋，當調節距離時，可以 鬆動支撐杆上的旋緊螺母29，在支撐杆26與繞線盤內側兩端各添加相等厚 度的非金屬墊片27，通過提供各種厚度的標準墊片，可以做到多種微小距 離的調節，從而更加方便而精確的調節磁場梯度的均勻度。
在另一個實施例中，支撐杆26也可無螺紋，通過階梯軸與繞線盤22a、 22b上的空配合使用，限定繞線盤之間的間距。由於提供了具有標準長度的 支撐杆，巖心分析裝置便具有固定的磁場強度，特別的適合在大規模生產中 提供組裝方式更加簡單精確的梯度線圏裝置。
作為替代方式，還可以在一個實施例中釆用設置在支撐軸兩端的外螺紋 及與繞線盤上的支撐孔的內螺紋組成間距調節裝置，通過旋轉支撐軸使得繞 線盤靠近或遠離，然後在支撐杆26與繞線盤內側兩端各添加相等厚度的非金屬墊片27,通過旋緊支撐軸來調節間距並且固定繞線盤。。
由於核磁共振巖芯分析裝置的探頭空間很小，因此必須有一套可放置在 探頭中的梯度線圏新裝置。而應用本實用新型提供的梯度線圈裝置，放棄鋁 制金屬繞線盤，可以節省成本並使該設備宜於加工，能夠做到更小的尺寸以 適應於狹小的探頭空間；如果該新裝置放棄鋁製繞線盤結構，全部採用聚四 氟乙烯材料，還可進一步使得整個裝置做得更小，更容易加工，成本也更低， 同時改善裝置的電性能。
二、核磁共振巖心分析裝置整體結構
本實用新型還提供了一種巖心分析裝置，參看圖6，該巖心分析裝置包 括控制計算機、核磁共振控制器、前置放大器、功率放大器、探頭等。本實 用新型之巖心分析裝置應用了二維核磁共振技術，在脈沖梯度的作用下，測 量擴散係數和弛豫時間，然後通過反演算法進行分析。
該計算機發出指令，經數字通信接口傳給核磁共振控制器，並且核磁共 振控制器根據上述控制指令，通過其中的數字激勵信號源單元產生射頻激勵 脈衝，並將其傳送至功率放大器。然後所述激勵脈衝經功率放大器。然後， 所述激勵脈衝經功率放大器放大到一定功率後再被送給核磁共振探頭，激發 並產生核磁共振信號；緊接著激勵脈衝被關閉，核磁共振探頭接收核磁共振 信號；接收到的核磁共振信號送到前置放大器。放大後的核磁共振回波信號 被送給所述核磁共振控制器的數位訊號接收與處理單元，經過該單元的濾 波、放大、解調及ADC轉換等處理後，核磁共振信號再通過所述數字通信 接口，被傳送到控制計算機。
其中，除了探頭採用了本實用新型提供的技術方案，巖心分析裝置的其 它組成部分、連接關係、運作原理均為現有技術，例如可參看現有技術中國 大陸申請CN1763563所公開的內容。
另外，由於本實用新型之核磁共振巖心分析裝置釆用了本申請所述之梯 度線圈裝置，因此能夠進行二維核磁共振巖心分析，所屬領域技術人員自然會對核磁共振控制器做適應性的修改，以便進行二維核磁共振數據的分析與 測量，由於該部分技術也是現有技術，在此不作贅述。
然而，由於採用了本申請之梯度線圏裝置，使得本實用新型之二維核磁 共振巖心分析裝置能夠降低製造成本和製造複雜程度，同時具備較小的體 積，相較於背景技術已經具有了實質性的特點及顯著的進步性。
綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實 用新型的保護範圍。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、 等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1、一種用於巖心分析裝置的探頭，包括軛鐵、永磁體、繞線盤、支撐杆、線圈、主天線、支撐板和底座，其特徵在於，所述軛鐵在所述底座上形成一個密閉矩形空間，所述永磁體安裝在所述軛鐵的兩個相對的內側壁上；所述主天線放置在所述密閉空間中，其幾何中心與永磁體所形成的空間幾何中心重合；所述梯度線圈纏繞在所述繞線盤之上；所述支撐板垂直放置在所述底座上並與永磁體垂直；還包括至少兩個支撐杆，分別置於所述支撐板頂部，通過與所述繞線盤上的支撐孔相配合來支撐和固定繞線盤，所述支撐杆設有間距調整裝置，用於調節所述繞線盤的間距。
2、 如權利要求l所述的探頭，其特徵在於，所述間距調節裝置為設置在所 述支撐軸兩端的外螺紋及與所述支撐孔的內螺紋組成，通過兩者的配合調節繞 線盤的間距。
3、 如權利要求l所述的探頭，其特徵在於，所述間距調節裝置為設置在支 撐軸兩端的階梯軸及所述支撐孔組成，通過階梯軸與孔邊緣的接觸限定與繞線 盤的間距。
4、 如權利要求l所述的探頭，其特徵在於，所述間距調節裝置包括設置在 支撐杆兩端的螺紋、旋緊螺母以及墊片，調整所述間距的時候首先鬆動旋緊螺 母，然後通過增加或減少墊片來調整所述間距，之後通過旋緊螺母來固定間距。
5、 如權利要求2、 3或4所述的探頭，其特徵在於，所述間距調節裝置包 括至少兩個墊片，通過在支撐杆與繞線盤接觸面之間添加或減少所述墊片來調 節間距。
6、 如權利要求l所述的探頭，其特徵在於，所述繞線盤、支撐杆、支撐板 至少一種的材料選擇為聚四氟乙烯。
7、 如權利要求1所述的探頭，其特徵在於，所述永磁體的間距為50 80mm。
8、 如權利要求l所述的探頭，其特徵在於，所述繞線盤邊緣設置有突起， 用於固定線圏。
9、 如權利要求l所述的探頭，其特徵在於，所述梯度線圏採用22AWG銅 線，在繞線盤繞24圈而成。
10、 一種核磁共振巖心分析裝置，包括控制計算機、核磁共振控制器、前 置放大器、功率放大器以及探頭，所述核磁共振控制器根據所述控制計算機的 控制指令產生激勵脈衝，所述激勵脈衝經功率放大器放大後再送給所述核磁共 振探頭，激發並產生核磁共振回波信號並通過所迷核磁共振探頭接收該核磁共 振回波信號；將接收到的核磁共振回波信號送到前置放大器放大後，送給所述 核磁共振控制器進行濾波、放大、解調及ADC轉換等處理後，被傳送給控制 計算機進行處理，其特徵在於，所述核磁共振探頭為權利要求l所述的探頭。
專利摘要本實用新型公開了一種巖心分析裝置的探頭，其特徵在於，由軛鐵(20)在形成一個密閉空間，永磁體(21a、21b)安裝在所述軛鐵(20)的兩個相對的內側壁上；主天線(24)放置在所述密閉空間中，其幾何中心與永磁體(21a、21b)的空間幾何中心重合；梯度線圈(23a、23b)纏繞在繞線盤(22a、22b)之上；支撐板(25)垂直放置在底座上並與永磁體(21a、21b)垂直；還包括至少兩個支撐杆(26)，置於所述支撐板(25)頂部，通過與所述繞線盤上的支撐孔相配合來支撐和固定繞線盤，所述支撐杆(26)設有調節所述繞線盤的間距的調整裝置。還公開了一種核磁共振巖心分析裝置。使用本實用新型的技術方案，可以達到組裝方便、精確調節梯度磁場，並且體積小的效果。
文檔編號G01N24/00GK201331589SQ200820178770
公開日2009年10月21日 申請日期2008年11月13日 優先權日2008年11月13日
發明者周東紅, 楊兆華, 悅 林, 趙烈加, 趙立科 申請人:北京澤天盛海能源科技有限公司