CN102680508A - 基于超材料的核磁共振含油率测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于超材料的核磁共振含油率测定装置，其包括射频信号接收单元及信号增强器件，所述射频信号接收单元设置有信号接收线圈。所述信号增强器件包括至少一层负磁导率超材料，所述负磁导率超材料包括基板及固定在基板上的多个人造金属微结构；使用时所述信号增强器件设置在待测物与所述信号接收线圈之间。本发明通过设置有所述信号增强器件，使待测物反馈回来的磁共振射频信号得以增强，从而提高信号接收线圈接收到的磁共振信号强度，提高灵敏度，达到减少样品使用，区分不同样品的细微差别等效果。此外，使用时可使所述信号接收线圈不必紧靠待测物，因而可测量不便于靠近之物，可使用在较多场合。

Description

基于超材料的核磁共振含油率测定装置

技术领域

本发明涉及核磁共振含油率测定领域，具体地涉及一种基于超材料的核磁共振含油率测定装置。

背景技术

核磁共振含油率测定装置是指使用低场脉冲式核磁共振仪器来检测油料种籽、食品等含油率的一种仪器，可测量花生、大豆、玉米、油菜籽、拟南芥、蓖麻、小桐子、棉籽等种籽，以及方便面、薯片、饲料的含油率。其原理是：利用含油率与单位质量回波信号间的线性关系，制作出定标线，然后测量未知含油率样品的单位质量回波，即可对应出含油率。

该仪器具有如下特点：

1、采用脉冲序列获得油分子信号，不受水分子信号影响，因此样品不需烘焙，分析时间小于一分钟，速度更快，适合大批量检测场合。

2、无损检测。对于油料种籽来说，样品可保持活性，非常适合于油料作物研究机构用于选育种研究等。

3、测试速度非常快，测试结果可以快速反馈到生产工艺，及时修改工艺参数。

4、不需要化学试剂了，绿色无污染。

5、样品定标过程简单，无需昂贵标准品。

6、结果与操作人员技术、熟练程度无关，操作过程非常简单。

7、测量结果可存储查询，可导入表格，便于结果的归纳整理比较分析。

然而，当待测样品之间的差别不是很大时，上述现有的核磁共振含油率测定装置不能区分出来，灵敏度低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种基于超材料的核磁共振含油率测定装置，其可提高灵敏度，达到减少样品使用，区分不同样品的细微差别等效果。此外，使用时可使所述信号接收线圈不必紧靠待测物，因而可测量不便于靠近之物，可使用在较多场合。

本发明为实现发明目的采用的技术方案为：提供一种基于超材料的核磁共振含油率测定装置，其包括射频信号接收单元及信号增强器件，所述射频信号接收单元设置有信号接收线圈。所述信号增强器件包括至少一层负磁导率超材料，所述负磁导率超材料包括基板及固定在基板上的多个人造金属微结构；使用时所述信号增强器件设置在待测物与所述信号接收线圈之间。

优选地，所述人造金属微结构由四个相同的人造金属微结构单元构成，所述任一人造金属微结构单元绕同一旋转轴旋转90°、180°、270°后分别与其它三个人造金属微结构单元重合，所述人造金属微结构单元由一根金属线通过多重绕线的方式形成多重嵌套的凹形开口谐振环。

优选地，所述超材料由两层所述基板与三层所述人造金属微结构层相间层叠而成。

优选地，所述人造金属微结构单元开口方向为，两外层人造金属微结构单元的开口方向相同，中间层人造金属微结构单元与外层人造金属微结构单元的开口方向相反。

优选地，所述基板为FR-4有机高分子基板或陶瓷基板。

优选地，所述基板的厚度为0.10-0.30mm。

优选地，所述金属线线宽0.05-0.15mm。

优选地，所述金属线线间距0.05-0.15mm。

优选地，所述金属线线厚度0.015-0.020mm。

优选地，所述人造金属微结构的尺寸为30mm×30mm。

本发明的有益效果是：本发明通过设置有所述信号增强器件，利用负磁导率超材料的磁导率为负这一特性，使待测物反馈回来的磁共振射频信号得以增强，从而提高信号接收线圈接收到的磁共振信号强度，提高灵敏度，达到减少样品使用，区分不同样品的细微差别等效果。此外，使用时可使所述信号接收线圈不必紧靠待测物，因而可测量不便于靠近之物，可使用在较多场合。

附图说明

图1是本发明基于超材料的核磁共振含油率测定装置的结构示意图；

图2是本发明信号增强器件示意图；

图3是本发明负磁导率超材料人造金属微结构单元示意图；

图4是图3所示人造金属微结构单元开口方向示意图；

图5是本发明负磁导率超材料结构示意图；

图6是图5的右视图；

图7是本发明负磁导率超材料人造金属微结构示意图；

图8是本发明人造金属微结构单元极坐标示意图；

图9，本发明负磁导率超材料仿真效果示意图；

图中，12负磁导率超材料，11外壳，10人造金属微结构单元开口处，a、b、c人造金属微结构层，d、e基板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明基于超材料的核磁共振含油率测定装置，其包括核磁共振含油率测定仪本体及信号增强器件1，所述核磁共振含油率测定仪本体包括第一磁铁单元21、第二磁铁单元22、射频信号发射单元23、射频信号接收单元24及计算机处理单元25，所述射频信号接收单元24设置有用于感测射频信号发射单元23发射过来的电磁波信号的信号接收线圈(图中未示)，所述核磁共振含油率测定仪本体是现有技术，在此不再赘述。

图2是本发明磁信号增强器件示意图，其包括外壳11及设置在外壳11内的至少一层负磁导率超材料12。应当理解，本发明的外壳11起到支撑、保护内层负磁导率超材料12的作用，在测量一些特殊形状的待测物时，可对外壳11进行共形设计，便于用户根据具体需要使用。若外壳11内部有两层以上负磁导率超材料12，可将其同轴平行固定。

图3示出了本发明人造金属微结构单元示意图，本发明人造金属微结构单元为由一根金属线通过多重绕线的方式形成多重嵌套的凹形开口谐振环。10为人造金属微结构单元的开口处，由此可知，其开口方向向上，参见图4，四个人造金属微结构单元呈环形等间距阵列排布在基板d、e表面，人造金属微结构单元的位置是一一对应的，人造金属微结构单元开口方向为，两外层人造金属微结构单元的开口方向相同，中间层人造金属微结构单元与外层人造金属微结构单元的开口方向相反，形成人造金属微结构，参见图7，多个人造金属微结构周期性阵列排布在基板d、e表面，形成人造金属微结构层a、b、c，基板d、e与人造金属微结构层a、b、c相间层叠组成负磁导率超材料12，参见图5。

应当理解，多个人造金属微结构在基板d、e的表面呈周期性排布，如图6所示，矩形阵列排布，即以一x方向为行、以垂直于x方向的y方向为列地排列，且各行间距、各列间距分别相等，甚至行间距等于列间距均可。优选行间距、列间距不大于所要响应的入射电磁波的波长的四分之一，即例如工作环境是波长为λ的电磁波，需要超材料对此电磁波的电磁特性是呈现负磁导率，则设计人造金属微结构时将上述行间距、列间距选择不大于四分之一波长，优选为十分之一波长。

应当理解，本发明人造金属微结构的金属线材质为铜线、银线，甚至是金线。金属线线宽0.05-0.15mm，金属线线间距0.05-0.15mm，金属线线厚度0.015-0.020mm，金属线绕线圈数大于2，人造金属微结构的尺寸为30mm×30mm。

应当理解，本文的一圈，是指如图8所示，以开口谐振环所围成的环形内部的一点为极坐标的极点Oe，开口谐振环两末端点中离极点Oe近的一个末端点到极点的连线为该极坐标的极轴，取逆时针为正方向，则沿开口谐振环上的每一点依次用极坐标(ρe，θ)来表示，每到一个360度为一圈，直到达到开口谐振环的离极点远的另一末端点。

应当理解，基板d、e可以为FR-4有机高分子基板或陶瓷基板等，基板d、e的厚度为0.10-0.30mm。

图9为本发明负磁导率超材料仿真效果示意图，其使用的仿真软件均为CST MICROWAVE STUDIO 2010，仿真参数为：金属线选择铜线，铜线线宽0.1mm，铜线线间距0.1mm，铜线线厚度0.018mm，基板为FR-4环氧树脂基板，厚度0.018mm，人造金属微结构尺寸30mm×30mm，由仿真结果可知，本发明负磁导率超材料实现磁导率为-1的谐振频率在10MHz以下。

基于上述低谐振频率负磁导率超材料，制成如图2所示的信号增强器件，测量待测物的含油率时，该磁信号增强器件置于射频信号接收单元24的信号接收线圈与待测物之间，当信号增强器件中的负磁导率超材料在磁导率为负时，且谐振频率与核磁共振含油率测定仪本体工作频率相同的情况下，负磁导率超材料与核磁共振含油率测定仪本体的信号接收线圈产生响应，增强接收线圈的磁信号，进而使计算机处理单元25可区分不同样品的细微差别。

综上所述，本发明通过设置有所述信号增强器件1，利用负磁导率超材料的磁导率为负这一特性，使待测物反馈回来的磁共振射频信号得以增强，从而提高信号接收线圈接收到的磁共振信号强度，提高灵敏度，达到减少样品使用，区分不同样品的细微差别等效果。此外，使用时可使所述信号接收线圈不必紧靠待测物，因而可测量不便于靠近之物，可使用在较多场合。

Claims (10)

1.一种基于超材料的核磁共振含油率测定装置，其包括射频信号接收单元，所述射频信号接收单元设置有信号接收线圈，其特征在于，还包括信号增强器件，所述信号增强器件包括至少一层负磁导率超材料，所述负磁导率超材料包括基板及固定在基板上的多个人造金属微结构；使用时所述信号增强器件设置在待测物与所述信号接收线圈之间。

2.根据权利要求1所述的基于超材料的核磁共振含油率测定装置，其特征在于，所述人造金属微结构由四个相同的人造金属微结构单元构成，所述任一人造金属微结构单元绕同一旋转轴旋转90°、180°、270°后分别与其它三个人造金属微结构单元重合，所述人造金属微结构单元由一根金属线通过多重绕线的方式形成多重嵌套的凹形开口谐振环。

3.根据权利要求1或2所述的基于超材料的核磁共振含油率测定装置，其特征在于，所述超材料由两层所述基板与三层所述人造金属微结构层相间层叠而成。

4.根据权利要求3所述的基于超材料的核磁共振含油率测定装置，其特征在于，所述人造金属微结构单元开口方向为，两外层人造金属微结构单元的开口方向相同，中间层人造金属微结构单元与外层人造金属微结构单元的开口方向相反。

5.根据权利要求1或2所述的基于超材料的核磁共振含油率测定装置，其特征在于，所述基板为FR-4有机高分子基板或陶瓷基板。

6.根据权利要求1或2所述的基于超材料的核磁共振含油率测定装置，其特征在于，所述基板的厚度为0.10-0.30mm。

7.根据权利要求2所述的基于超材料的核磁共振含油率测定装置，其特征在于，所述金属线线宽0.05-0.15mm。

8.根据权利要求2所述的基于超材料的核磁共振含油率测定装置，其特征在于，所述金属线线间距0.05-0.15mm。

9.根据权利要求2所述的负磁导率超材料，其特征在于，所述金属线线厚度0.015-0.020mm。

10.根据权利要求1或2所述的基于超材料的核磁共振含油率测定装置，其特征在于，所述人造金属微结构的尺寸为30mm×30mm。

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