CN106525887A - 变温低场核磁共振检测装置 - Google Patents

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谭明乾
宋玉昆
王慧慧
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Abstract

本发明提供了一种变温低场核磁共振检测装置，包括：空气压缩系统，空气压缩系统出气口连接空气干燥系统的进气口；空气干燥系统出气口与空气冷却系统的进气口相连；空气冷却系统的出气口与空气加热补偿系统的进气口相连；空气加热补偿系统的出气口连接磁体单元内部的射频线圈；核磁共振控制系统控制磁体单元及磁体单元内部的射频线圈；核磁共振控制系统中嵌有用于控制空气加热补偿系统的智能控温模块。本发明将低场核磁共振成像分析仪与控温系统装置整合，实现待测样品变温过程中实时控温在线无损检测，对于研究食品、材料等在加工及变温过程中氢质子动态变化规律有重要应用前景，最大限度地发挥了核磁共振检测技术的优点。

Description

变温低场核磁共振检测装置
技术领域
本发明涉及低场核磁共振检测设备，更具体地说，涉及一种可以实现实时控温检测的变温低场核磁共振检测装置。
背景技术
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR)是指具有固定磁矩的原子核，在恒定磁场与交变磁场的作用下，以电磁波的形式吸收或释放能量，发生原子核的跃迁，同时产生核磁共振信号，即原子核与射频区电磁波发生能量交换的现象。核磁共振波谱法即为具有非零自旋量子数的任何核子放置到磁场中，能够以电磁波的形式吸收或释放能量，发生原子核的跃迁，同时产生核磁共振信号得到核磁共振谱。目前应用较为广泛的是以氢核为研究对象的核磁共振技术。其中，将恒定磁场强度低于1T的核磁共振现象称为低场核磁共振。
近年来随着磁体技术发展和核磁技术的普及，小型、低耗、稳定的低场核磁设备受到人们的关注。作为一项无损检测技术，各领域对核磁设备的需求逐渐被发掘出来，低场核磁体积小，灵活，使用永磁体使得设备几乎不需要日常维护，可以广泛应用于各种环境，甚至是一些恶劣环境中。目前低场核磁共振技术已经被广泛地应用于食品种类和产地鉴别，食品中水分，油脂含量以及营养成分的快速检测，食品加工过程中品质和水分分布的变化。
低场核磁共振技术在检测食品在加工过程中的变化时，加工过程和检测过程彼此分开，这就导致检测过程无法完全真实反应加工过程中食品品质的变化。
发明内容
本发明目的在于，开发一种变温低场核磁共振检测装置，实现核磁的实时控温检测，使具备食品加工过程和检测过程可以在同一台设备上完成，达到在线化检测的效果，更准确的监测食品在加工过程中的变化。
为了达到上述目的，本发明提供了一种变温低场核磁共振检测装置，包括：
空气压缩系统，所述空气压缩系统出气口连接空气干燥系统的进气口；所述空气干燥系统出气口与空气冷却系统的进气口相连；所述空气冷却系统的出气口与空气加热补偿系统的进气口相连；所述空气加热补偿系统的出气口连接磁体单元内部的射频线圈；
核磁共振控制系统控制所述磁体单元及所述磁体单元内部的射频线圈；
所述核磁共振控制系统包括电脑主机、磁体温控系统、射频单元、梯度单元，并嵌有用于控制所述空气加热补偿系统的智能控温模块。
优选方式下，所述压缩空气系统采用无油空气压缩机。
本发明采用的是淄博宏润工贸有限公司生产的无油空气压缩机，型号为HBTG-800，电压为380v，额定产气量为270L/min。
优选方式下，所述空气干燥系统包括两个稳压器，两个所述稳压器的出口连接冷凝器的入口，所述冷凝器的出口连接汽水分离器入口，所述汽水分离器的出口与定时切换干燥器的入口相连，所述定时切换干燥器的出口连接空气流量计。
进一步优化，所述冷凝器采用风冷散热片形式；所述定时切换干燥器中的填料为13X。
优选方式下，所述空气冷却系统采用超低温恒温液溶循环俩用装置。
本发明采用的是杭州雪中炭恒温技术有限公司生产的超低温恒温液溶循环装置，其型号为X75301-R60，控温范围为-60℃～+90℃。
优选方式下，所述空气加热补偿系统设置有加热腔，所述加热腔内壁环绕设置螺旋式电阻丝；所述加热腔上方设置控温探头。
本发明空气加热补偿系统通过加热腔对冷却的空气进行加热。
优选方式下，所述磁体单元内部的射频线圈中间填充用于隔热的聚四氟乙烯材料，厚度为20mm。
所述聚四氟乙烯材料在磁体单元中没有信号，同时，可以保证谱仪腔体内温度不随空气加热补偿的作用而变化，保持32℃不变。
优选方式下，所述智能控温模块与所述空气加热补偿系统、所述空气加热补偿系统内部设置的控温探头分别通过电信号连接传导。
本发明智能控温模块通过空气加热补偿系统内部的控温探头获得被加热的空气的实时温度，将温度反馈到测温温控仪，然后经过控温温控仪进行加热补偿，以达到设定温度。
本发明采用核磁对样品进行检测，使用时，取样放入核磁共振成像分析仪的线圈中，通过智能控温模块设定射频线圈中样品池的温度；本发明采用空气对样品进行加热，使用时，空气进入空气压缩系统压缩，得到的压缩空气经过空气干燥系统去除去水蒸气，然后经过空气冷却系统冷却，最后，进入空气加热补偿系统，智能控温模块根据已设定的温度控制空气加热补偿系统温度，使空气达到设定的样品加热温度，对样品进行加热，核磁共振成像分析仪对样品进行实时的在线检测。
相对于现有技术中的方案，本发明的技术创新在于：
1、本发明将低场核磁共振成像分析仪与控温系统装置整合，使食品加工过程和检测过程在同一款设备之上，构建了实时控温在线式无损检测，不仅实现了模拟食品真实加工过程，而且实现了实时控温在线检测，从而最大限度地发挥了核磁共振检测技术的无损伤、非接触式检测的优点。本发明突破了食品加工过程与检测过程分离的技术瓶颈，实现加工过程与检测过程同时进行，更准确的监测食品在加工过程中的变化。
2、本发明在原有核磁共振成像分析仪基础上，将空气压缩系统、空气干燥系统、空气冷却系统、空气加热补偿系统等整合在统一的硬件框架上，并通过在核磁共振控制系统内部嵌入智能控温模块等软件实现控制，本发明使食品热加工过程和检测过程在同一设备之上得以实现，旨在实现对食品加工过程实时控温在线无损检测，更准确地监测食品在加工过程中的变化。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中空气干燥系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中空气加热补偿系统及磁体单元的结构示意图；
图4为本发明实施例中核磁共振控制系统的结构示意图；
图5为本发明实施例中系统运行原理图。
其中：1是空气压缩系统；2是空气干燥系统；3是空气冷却系统；4是磁体单元；5是核磁共振控制系统；6是定时切换干燥器；7是稳压器；8、冷凝器；9是空气流量计；10是空气加热补偿系统；11是控温探头；12是射频线圈；13是智能控温模块；14是电脑主机；15是磁体温控系统；16是射频单元；17是梯度单元。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体样品的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
本发明提供了一种变温低场核磁装置，系统整体结构如图1所示，系统的运行流程图则如图5所示。
变温低场核磁装置，由空气压缩系统1、空气干燥系统2、空气冷凝系统3、空气加热补偿系统10、磁体单元4、核磁共振控制系统5和智能控温模块13组成。
空气压缩系统1出气口连接空气干燥系统2的进气口；空气干燥系统2出气口与空气冷却系统3的进气口相连；空气冷却系统3的出气口与空气加热补偿系统10的进气口相连；空气加热补偿系统10的出气口连接磁体单元4内部的射频线圈12；核磁共振控制系统5控制磁体单元4及磁体单元内部的射频线圈12；
核磁共振控制系统5中嵌有用于控制空气加热补偿系统10的智能控温模块13；以及电脑主机14、磁体温控系统15、射频单元16、梯度单元17。
压缩空气系统1采用淄博宏润工贸有限公司生产的无油空气压缩机，型号为HBTG-800，电压为380v，额定产气量为270L/min。
空气干燥系统2如图2所示，两个稳压器7的出口分别连接冷凝器8的入口，冷凝器8的出口连接汽水分离器入口，汽水分离器的出口与定时切换干燥器6的入口相连，定时切换干燥器6的出口连接空气流量计9。冷凝器8采用风冷散热片形式；定时切换干燥器6中的填料为13X。
空气冷却系统3采用杭州雪中炭恒温技术有限公司生产的超低温恒温液溶循环装置，其型号为X75301-R60，控温范围为-60℃～+90℃。
空气加热补偿系统10如图3所示，设置有加热腔，加热腔内壁环绕设置螺旋式电阻丝；加热腔上方设置控温探头11。本发明空气加热补偿系统10通过加热腔对冷却的空气进行加热。
本发明磁体单元4内部的射频线圈12中间填充用于隔热的聚四氟乙烯材料，厚度为20mm。聚四氟乙烯材料在磁体单元中没有信号，同时，可以保证谱仪腔体内温度不随空气加热补偿的作用而变化，保持32℃不变。
智能控温模块13与空气加热补偿系统10、空气加热补偿系统10内部设置的控温探头11分别通过电信号连接传导。如图5所示，本发明智能控温模块13通过空气加热补偿系统10内部的控温探头11获得被加热的空气的实时温度，将温度反馈到测温温控仪，然后经过控温温控仪进行加热补偿，以达到设定温度。测温温控仪的极限加热温度为180℃。
空气压缩系统1抽取周围环境中的空气，并且通过活塞将空气在无油的状态下压缩，然后无油的压缩空气进入空气干燥系统2，通过空气干燥系统除去水分和湿气，最后的得到的干燥、纯净的干燥空气进入-60℃的空气冷凝系统3，将空气冷却，冷却的空气经过空气加热补偿系统10进行加热补偿以达到设定的温度，设定温度的空气流经核磁共振成像分析仪中设置于磁体单元4内部的射频线圈12，样品放入核磁共振成像分析仪中的射频线圈12中，通过核磁共振控制系统5调节参数，进行样品的信号采集。
流经空气干燥系统1的气体首先通过稳压器7，然后在风冷散热片内，被压缩热的气体得到冷却，产生冷凝水汽，然后通过汽水分离器分离压缩空气大部分的水分，经过预干燥处理的气体通过干燥剂，进一步除湿，最终得到纯净干燥的气体，流经定时切换干燥器的气体采用空气流量计9检测流量。
核磁共振控制系统，如图4所示，由智能控温模块13，电脑主机14，磁体温控系统15，射频单元16以及梯度单元17组成。
使用时，如图5系统运行原理图所示，压缩空气经过冷却后进入加入补偿系统，加热补偿系统上方放置控温探头，控温探头数据传输到测温温控仪，当控温探头温度与设定温度不一致时，控温温控仪进行加热补偿，最终达到设定温度，设定温度范围为-30℃～+180℃。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变温低场核磁共振检测装置，其特征在于，包括：
空气压缩系统(1)，所述空气压缩系统(1)出气口连接空气干燥系统(2)的进气口；所述空气干燥系统(2)出气口与空气冷却系统(3)的进气口相连；所述空气冷却系统(3)的出气口与空气加热补偿系统(10)的进气口相连；所述空气加热补偿系统(10)的出气口连接磁体单元(4)内部的射频线圈(12)；
核磁共振控制系统(5)控制所述磁体单元(4)及所述磁体单元内部的射频线圈(12)；
所述核磁共振控制系统(5)包括电脑主机(14)、磁体温控系统(15)、射频单元(16)、梯度单元(17)，并嵌有用于控制所述空气加热补偿系统(10)的智能控温模块(13)。
2.根据权利要求1所述变温低场核磁共振检测装置，其特征在于，所述压缩空气系统(1)采用无油空气压缩机，电压为380v，额定产气量为270L/min。
3.根据权利要求1所述变温低场核磁共振检测装置，其特征在于，所述空气干燥系统(2)包括两个稳压器(7)，两个所述稳压器(7)的出口连接冷凝器(8)的入口，所述冷凝器(8)的出口连接汽水分离器入口，所述汽水分离器的出口与定时切换干燥器(6)的入口相连，所述定时切换干燥器(6)的出口连接空气流量计(9)。
4.根据权利要求3所述变温低场核磁共振检测装置，其特征在于，所述冷凝器(8)采用风冷散热片形式；所述定时切换干燥器(6)中的填料为13X。
5.根据权利要求1所述变温低场核磁共振检测装置，其特征在于，所述空气冷却系统(3)采用超低温恒温液溶循环俩用装置，控温范围为-60～90℃。
6.根据权利要求1所述变温低场核磁共振检测装置，其特征在于，所述空气加热补偿系统(10)设置有加热腔，所述加热腔内壁环绕设置螺旋式电阻丝；所述加热腔上方设置控温探头(11)。
7.根据权利要求1所述变温低场核磁共振检测装置，其特征在于，所述磁体单元(4)内部的射频线圈(12)中间填充用于隔热的聚四氟乙烯材料，厚度为(20)mm。
8.根据权利要求1所述变温低场核磁共振检测装置，其特征在于，所述智能控温模块(13)与所述空气加热补偿系统(10)、所述空气加热补偿系统(10)内部设置的控温探头(11)分别通过电信号连接传导。
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