CN201331589Y - 一种可精确调节磁场梯度及均匀度的探头和岩心分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岩心分析装置的探头，其特征在于，由轭铁(20)在形成一个密闭空间，永磁体(21a、21b)安装在所述轭铁(20)的两个相对的内侧壁上；主天线(24)放置在所述密闭空间中，其几何中心与永磁体(21a、21b)的空间几何中心重合；梯度线圈(23a、23b)缠绕在绕线盘(22a、22b)之上；支撑板(25)垂直放置在底座上并与永磁体(21a、21b)垂直；还包括至少两个支撑杆(26)，置于所述支撑板(25)顶部，通过与所述绕线盘上的支撑孔相配合来支撑和固定绕线盘，所述支撑杆(26)设有调节所述绕线盘的间距的调整装置。还公开了一种核磁共振岩心分析装置。使用本实用新型的技术方案，可以达到组装方便、精确调节梯度磁场，并且体积小的效果。

Description

一种可精确调节磁场梯度及均匀度的探头和岩心分析装置

技术领域

本实用新型涉及一种二维核磁共振岩芯分析装置，以及其中的可精确调节磁场梯度及其均匀度的探头，特别是该探头具有一可在小范围内精确调节磁场梯度及其均匀度的线圈装置。

背景技术

核磁共振(NMR)岩心分析是全球石油勘探开发研究所关注的热点问题之一，尤其是二维核磁共振岩心分析技术提供了一种新的分析手段，在石油勘测领域发挥着非常重要的作用。

而探头是二维核磁共振岩心分析装置重要部件之一，其中的梯度线圈装置是岩心分析装置的核心部件。

对于核磁共振设备，如需要对流体样品进行扩散测量，则需要使用磁场梯度。扩散测量的最大的优点是可以进行多流体类型识别，如油水混合物，油气水混合物的分辨等。这些分子的扩散系数不同，使用磁场梯度可影响这些分子的扩散行为，从而对这些分子进行识别。

目前，磁场梯度的产生有两种方法，一种是使用静态磁场梯度，但该方法灵敏度不高，信噪比也很低，且在测量扩散过程中，需要加入顺磁离子，以影响分子扩散，这样做即费时费力，且成本昂贵。在石油应用中不可取。另一种方法就是本实用新型所涉及的，使用脉冲梯度磁场的方法。

目前，可用于产生脉冲梯度磁场的设备较少。产生脉冲梯度磁场的设备类似于产生匀强磁场的亥姆霍兹线圈对设备，参看图1所示之亥姆霍兹线圈对设备，一般包括绕线盘11、调节杆12、支撑架13、底板14、线圈15及其激励端子16等部件。该传统的亥姆霍兹线圈对设备骨架设有沿着轴向移动并且用螺母17进行固定的调节装置，调节较方便。但此类结构一是不可产生梯度磁场，二是其绕线盘和调节杆均使用铝壳设计，此铝壳可用于散热，也使此类设备一般用于大功率场合。但其工艺复杂，成本较昂贵，且尺寸不宜做的过小，一般尺寸均在几十厘米乃至数米之间。基于此，必须对现有技术进行改良，研制一种更加经济、适于用小空间的梯度线圈装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种用于岩心分析装置的探头，组装方便、可精确调节梯度磁场梯度及均匀度，并且体积小。

本实用新型的另一个目的在于提供一岩心分析装置，组装方便、可精确调节梯度磁场及均匀度，并且体积小。

为达到上述目的的第一个方面，本实用新型提供了一种种用于岩心分析装置的探头，是这样实现的：该岩心分析装置的探头包括轭铁(20)、永磁体(21a、21b)、绕线盘(22a、22b)、支撑杆(26)和线圈(23a、23b)、主天线(24)、支撑板(25)、底座，其特征在于，所述轭铁(20)在所述底座上形成一个密闭矩形空间，所述永磁体(21a、21b)安装在所述轭铁(20)的两个相对的内侧壁上；所述主天线(24)放置在所述密闭空间中，其几何中心与永磁体(21a、21b)所形成的空间几何中心重合；所述梯度线圈(23a、23b)缠绕在所述绕线线盘(22a、22b)之上；所述支撑板(25)垂直放置在所述底座上并与永磁体(21a、21b)垂直；还包括至少两个支撑杆(26)，置于所述支撑板(25)顶部，通过与所述绕线盘上的支撑孔相配合来支撑和固定绕线盘，所述支撑杆(26)设有间距调整装置，用于调节所述绕线盘的间距。

优选的，所述间距调节装置为设置在所述支撑轴两端的外螺纹及与所述支撑孔的内螺纹组成，通过两者的配合调节绕线盘的间距。

优选的，所述间距调节装置为设置在支撑轴两端的阶梯轴及与所述支撑孔组成，通过阶梯轴与孔边缘的接触限定与绕线盘的间距。

优选的，所述间距调节装置包括设置在支撑杆两端的螺纹、旋紧螺母以及垫片，调整所述间距的时候首先松动旋紧螺母，然后通过增加或减少垫片来调整所述间距，之后通过旋紧螺母来固定间距。

优选的，所述间距调节装置还包括至少两个垫片，通过在支撑杆与绕线盘接触面之间添加或减少所述垫片来调节间距。

优选的，所述绕线盘、支撑杆、支撑板至少一种的材料选择为聚四氟乙烯。

优选的，所述永磁体的间距为50～80mm。

优选的，所述绕线盘边缘设置有突起，用于固定线圈。

优选的，支撑板底部配有螺钉孔，用于将整个装置固定在所述底板上。

优选的，所述梯度线圈采用22AWG铜线，在绕线盘绕24圈而成。

作为本实用新型中的可调架结构，支撑杆两端设有螺纹，通过与螺母配合使用，既可紧固各个支撑杆，也可以用来调整两个绕线盘之间的距离。因此，在生产该产品的时候，不需要进行复杂的装配工艺，即可将整个磁体结构安装好，能够节省大量的人力和物力，这对于节省时间和准确的装配是有利的，同时也免去了使用过程中复杂的调节。

在一个优选方案中，可以使用垫片进一步方便而精确调整两个绕线盘之间的间距。支撑杆两端带有螺纹，当调节距离时，可以松动支撑杆上的固定螺冒，在支撑杆与绕线盘内侧两端各添加相等厚度的非金属垫片，通过提供各种厚度的标准垫片，可以做到多种微小距离的调节，从而更加方便而精确的调节磁场梯度及其均匀度。

在另一个优选方案中，支撑杆26也可无螺纹，通过阶梯轴与绕线盘22a、22b上的空配合使用，限定绕下盘之间的间距。由于提供了具有标准长度的支撑杆，岩心分析装置便具有固定的磁场强度，特别的适合在大规模生产中提供组装方式更加简单精确的梯度线圈装置。

应用本实用新型提供的梯度线圈装置，放弃铝制金属绕线盘，可以节省成本并使该设备宜于加工，能够做到更小的尺寸以适应于狭小的探头空间；如果该新装置放弃铝制绕线盘结构，全部采用聚四氟乙烯材料，还可进一步使得整个装置做得更小，更容易加工，成本也更低，同时改善装置的电性能。

为实现上述目的的另一个方面，本实用新型提供了一种核磁共振岩心分析装置，该核磁共振岩心分析装置包括控制计算机、核磁共振控制器、前置放大器、功率放大器以及探头，所述核磁共振控制器根据所述控制计算机的控制指令产生激励脉冲，所述激励脉冲经功率放大器放大后再送给所述核磁共振探头，激发并产生核磁共振回波信号并通过所述核磁共振探头接收该核磁共振回波信号；将接收到的核磁共振回波信号送到前置放大器放大后，送给所述核磁共振控制器进行滤波、放大、解调及ADC转换等处理后，被传送给控制计算机进行处理，其特征在于，所述核磁共振探头为权利要求前面所述的探头。

由于采用了本申请中的探头，使得本实用新型之二维核磁共振岩心分析装置能够降低制造成本和制造复杂程度，同时具备较小的体积，相较于背景技术已经具有了实质性的特点及显著的进步性。

附图说明

图1为现有技术之亥姆霍兹线圈对骨架；

图2为本实用新型探头梯度线圈结构的斜视图；

图3为本实用新型探头梯度线圈结构的一个内部结构图；

图4为本实用新型探头梯度线圈装置另一内部结构图；

图5-A为本实用新型探头梯度线圈装置的正视图；

图5-B为本实用新型探头梯度线圈装置的侧视图；

图5-C为本实用新型探头梯度线圈装置的俯视图；

图5-D为本实用新型探头梯度线圈装置的轴视图；

图6为本实用新型二维核磁共振岩心分析装置结构示意图；

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型进一步详细说明。

一、探头的结构

图2、图3、图4、图5(5-A～5-D)为本实用新型岩心分析装置探头的组成结构示意图。如图2、图3、图4、图5(5-A～5-D)所示，该岩心分析装置探头包括轭铁20、永磁体21a、21b、绕线盘22a、22b、支撑杆和线圈23a、23b、主天线24、支撑板25、支撑杆26、固定板28。

其中，轭铁20形成一个密闭空间。永磁体包括21a，21b两部分，两部分永磁体分别安装在轭铁20的两个侧壁上。在低磁场分析装置中，两片永磁体21a，21b之间的距离一般取50～80mm左右。因此，探头的最大宽度不超过80mm。另外参看图2所示之岩心分析装置探头的斜视图，可以更清楚的看到梯度线圈是放置在永磁体21a，21b所形成的几何空间的位置。

主天线24用于产生射频脉冲，对岩心进行极化。同时对极化后的岩心所产生的回波信号行接收测量。主天线24必须放置在该装置中，其几何中心与永磁设备21a，21b所形成的空间几何中心重合。主天线采用简单的螺线管线圈，线圈内径为25mm，与标准岩样外径尺寸相同。主天线为独立装置，不与探头中任何设备连接。

其中，如图1、2所示，绕线盘22a，22b分别用于缠绕梯度线圈，绕线盘边缘可设置有突起，用于固定线圈。在一个实施例中，该绕线盘直径可为60mm，绕线盘边缘有3mm高的突起。当绕线盘材料选择为聚四氟乙烯，具有耐高温、电特性优良的特点。

其中，如图2所示，梯度线圈23a，23b用于产生梯度磁场，通过在图1中所示轭铁上设置开口(未标出)给此线圈施加激励，从而产生梯度磁场，通过调节激励的大小还可以进一步调节梯度磁场的强弱。在一个实施例中，此线圈采用22AWG铜线，每绕线盘各绕24圈而成。

梯度线圈装置还设置有单孔支撑板25，此装置中配备两块。工作中，有两个支撑杆26分别置于支撑板25上，起到支撑和固定绕线盘作用；同时，每个支撑板底部配有2个螺钉孔，便于将整个装置固定在底板上。出于耐高温、电特性优良的考虑，支撑板材料也可选择为聚四氟乙烯。

参看图5(5-A～5-D)，其中固定板28与支撑杆26配合使用，通过旋紧螺母29可以固定绕线盘22a，22b。

参看图3，该图是该岩心分析装置探头中梯度线圈装置的内部结构图，如图所示，其中支撑杆26用于连接定位2个绕线盘，可以通过螺母来调节2个绕线盘之间的间距。在一个实施例中，配备4根支撑杆，其材料可选择为聚四氟乙烯，同样具备耐高温、电特性优良的特点。

参看图作为本实用新型中的可调架结构，支撑杆两端设有螺纹，通过与螺母配合使用，既可紧固各个支撑杆，也可以用来调整两个绕线盘之间的距离。因此，在生产该产品的时候，不需要进行复杂的装配工艺，即可将整个磁体结构安装好，能够节省大量的人力和物力，这对于节省时间和准确的装配是有利的，同时也免去了使用过程中复杂的调节。

在一个实施例中，参看图5-A、5-B，可以使用垫片27进一步方便而精确调整两个绕线盘之间的间距。支撑杆两端带有螺纹，当调节距离时，可以松动支撑杆上的旋紧螺母29，在支撑杆26与绕线盘内侧两端各添加相等厚度的非金属垫片27，通过提供各种厚度的标准垫片，可以做到多种微小距离的调节，从而更加方便而精确的调节磁场梯度的均匀度。

在另一个实施例中，支撑杆26也可无螺纹，通过阶梯轴与绕线盘22a、22b上的空配合使用，限定绕线盘之间的间距。由于提供了具有标准长度的支撑杆，岩心分析装置便具有固定的磁场强度，特别的适合在大规模生产中提供组装方式更加简单精确的梯度线圈装置。

作为替代方式，还可以在一个实施例中采用设置在支撑轴两端的外螺纹及与绕线盘上的支撑孔的内螺纹组成间距调节装置，通过旋转支撑轴使得绕线盘靠近或远离，然后在支撑杆26与绕线盘内侧两端各添加相等厚度的非金属垫片27，通过旋紧支撑轴来调节间距并且固定绕线盘。。

由于核磁共振岩芯分析装置的探头空间很小，因此必须有一套可放置在探头中的梯度线圈新装置。而应用本实用新型提供的梯度线圈装置，放弃铝制金属绕线盘，可以节省成本并使该设备宜于加工，能够做到更小的尺寸以适应于狭小的探头空间；如果该新装置放弃铝制绕线盘结构，全部采用聚四氟乙烯材料，还可进一步使得整个装置做得更小，更容易加工，成本也更低，同时改善装置的电性能。

二、核磁共振岩心分析装置整体结构

本实用新型还提供了一种岩心分析装置，参看图6，该岩心分析装置包括控制计算机、核磁共振控制器、前置放大器、功率放大器、探头等。本实用新型之岩心分析装置应用了二维核磁共振技术，在脉冲梯度的作用下，测量扩散系数和弛豫时间，然后通过反演算法进行分析。

该计算机发出指令，经数字通信接口传给核磁共振控制器，并且核磁共振控制器根据上述控制指令，通过其中的数字激励信号源单元产生射频激励脉冲，并将其传送至功率放大器。然后所述激励脉冲经功率放大器。然后，所述激励脉冲经功率放大器放大到一定功率后再被送给核磁共振探头，激发并产生核磁共振信号；紧接着激励脉冲被关闭，核磁共振探头接收核磁共振信号；接收到的核磁共振信号送到前置放大器。放大后的核磁共振回波信号被送给所述核磁共振控制器的数字信号接收与处理单元，经过该单元的滤波、放大、解调及ADC转换等处理后，核磁共振信号再通过所述数字通信接口，被传送到控制计算机。

其中，除了探头采用了本实用新型提供的技术方案，岩心分析装置的其它组成部分、连接关系、运作原理均为现有技术，例如可参看现有技术中国大陆申请CN1763563所公开的内容。

另外，由于本实用新型之核磁共振岩心分析装置采用了本申请所述之梯度线圈装置，因此能够进行二维核磁共振岩心分析，所属领域技术人员自然会对核磁共振控制器做适应性的修改，以便进行二维核磁共振数据的分析与测量，由于该部分技术也是现有技术，在此不作赘述。

然而，由于采用了本申请之梯度线圈装置，使得本实用新型之二维核磁共振岩心分析装置能够降低制造成本和制造复杂程度，同时具备较小的体积，相较于背景技术已经具有了实质性的特点及显著的进步性。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种用于岩心分析装置的探头，包括轭铁、永磁体、绕线盘、支撑杆、线圈、主天线、支撑板和底座，其特征在于，

所述轭铁在所述底座上形成一个密闭矩形空间，所述永磁体安装在所述轭铁的两个相对的内侧壁上；

所述主天线放置在所述密闭空间中，其几何中心与永磁体所形成的空间几何中心重合；

所述梯度线圈缠绕在所述绕线盘之上；

所述支撑板垂直放置在所述底座上并与永磁体垂直；

还包括至少两个支撑杆，分别置于所述支撑板顶部，通过与所述绕线盘上的支撑孔相配合来支撑和固定绕线盘，所述支撑杆设有间距调整装置，用于调节所述绕线盘的间距。

2、如权利要求1所述的探头，其特征在于，所述间距调节装置为设置在所述支撑轴两端的外螺纹及与所述支撑孔的内螺纹组成，通过两者的配合调节绕线盘的间距。

3、如权利要求1所述的探头，其特征在于，所述间距调节装置为设置在支撑轴两端的阶梯轴及所述支撑孔组成，通过阶梯轴与孔边缘的接触限定与绕线盘的间距。

4、如权利要求1所述的探头，其特征在于，所述间距调节装置包括设置在支撑杆两端的螺纹、旋紧螺母以及垫片，调整所述间距的时候首先松动旋紧螺母，然后通过增加或减少垫片来调整所述间距，之后通过旋紧螺母来固定间距。

5、如权利要求2、3或4所述的探头，其特征在于，所述间距调节装置包括至少两个垫片，通过在支撑杆与绕线盘接触面之间添加或减少所述垫片来调节间距。

6、如权利要求1所述的探头，其特征在于，所述绕线盘、支撑杆、支撑板至少一种的材料选择为聚四氟乙烯。

7、如权利要求1所述的探头，其特征在于，所述永磁体的间距为50～80mm。

8、如权利要求1所述的探头，其特征在于，所述绕线盘边缘设置有突起，用于固定线圈。

9、如权利要求1所述的探头，其特征在于，所述梯度线圈采用22AWG铜线，在绕线盘绕24圈而成。

10、一种核磁共振岩心分析装置，包括控制计算机、核磁共振控制器、前置放大器、功率放大器以及探头，所述核磁共振控制器根据所述控制计算机的控制指令产生激励脉冲，所述激励脉冲经功率放大器放大后再送给所述核磁共振探头，激发并产生核磁共振回波信号并通过所述核磁共振探头接收该核磁共振回波信号；将接收到的核磁共振回波信号送到前置放大器放大后，送给所述核磁共振控制器进行滤波、放大、解调及ADC转换等处理后，被传送给控制计算机进行处理，其特征在于，所述核磁共振探头为权利要求1所述的探头。

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