CN207351933U - 宽带的核磁共振岩心分析仪探头 - Google Patents

Abstract

一种带宽检测的核磁共振岩心分析仪探头。它是在磁体中，对外与射频收发转换双工开关相连，它由射频线圈、频率调谐电容和两个阻抗匹配电容构成，频率调谐电容与射频线圈相并联，两个阻抗匹配电容分别与射频线圈相串联，其中一个阻抗匹配电容串联于信号线中，另一个阻抗匹配电容串联于地线中。通过少量牺牲品质因数的方式，显著增加了激励/检测信号的带宽，为复杂成分烃类化合物流体检测提供技术条件。

Description

宽带的核磁共振岩心分析仪探头

技术领域

本实用新型，涉及一种调谐和匹配核磁共振岩心分析探头的电路，尤其是能增加工作频率带宽的电容调谐与匹配电路。

背景技术

核磁共振自1946年被在哈佛大学和斯坦福大学发现以来，已经成为一种非常有效的工具，在物理、化学、生物和医疗领域展现了巨大的应用潜力。在石油工业领域中，随着采用永磁和射频脉冲为基础的核磁共振测井设备的研制成功，为地层物性探测这一复杂的课题，提供了一种快捷有效的手段。

在石油勘探和开发过程中，为了了解地层情况，需要在钻井完成后进行录井、测井，从而得到地层物性的沿深度方向的分布。通过测井可以获取地层参数：地层孔隙大小分布、孔隙度、渗透率、含油饱和度等大量的地层信息，是地质及地藏工程师认识油藏、提高勘探开发效果的重要环节。

在石油勘探核磁共振测井作业中，核磁共振岩心分析仪的探头基于高频无线电技术，对岩心内部的微观流体分布进行探测。核磁共振激励和检测信号带宽与所述探头的电子学参数有关，较宽的探头带宽，对于当被测流体本征核磁共振带宽较宽时，是有利的。

在中国实用新型专利《一种核磁共振测录井系统》（授权公告号 CN204804835U）中，介绍了一种核磁共振测录井系统，包括动力装置、钻杆柱、钻称、钻头、信号发射装置、信号接收装置、信号放大装置和信号处理装置。该实用新型用于石油钻井现场连续、在线地对钻井液进行快速分析、确定其钻井液中所携带的地质流体性质。所述的信号接收装置包含信号检测探头，目前尚无其在检测带宽方面技术细节的披露。

在中国实用新型专利《核磁电子线路检测仪》（授权公告号 CN202794415U）中，介绍了一种核磁共振电子线路检测仪，所述核磁电子线路检测仪包括：外壳、继电器和接口。所述继电器包括：滤波器架、线圈架和印刷电路板构成的模拟探头。但是，关于模拟探头带宽方面的技术资料，专利中未予透露。

发明内容

为了克服现有的核磁共振岩心分析仪探头带宽较为狭窄的技术不足，本实用新型提供了一种基于电容的调谐和匹配电路。该电路不仅工作带宽较宽，以适应地藏流体内容物种类丰富的工作地质条件，而且频率调谐电容和两个匹配电容与谐振线圈一起构成半环形结构，与C型磁体结构相匹配，使得整体结构设计上具有很好的便携性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在探头射频线圈的两端，并联一个频率调谐电容，在频率调谐电容的两端，信号线和地线中，分别串有一个阻抗匹配电容。两个阻抗匹配电容将探头谐振电路部分的阻抗匹配至50欧姆，即阻抗的实部电阻为50欧姆，虚部电抗为0欧姆。根据所用磁体的场强大小，知道共振频率的大小，从而通过调节频率调谐电容的容值，将谐振电路的谐振频率调节到所需的频率上。采用双匹配电容的方案，降低了谐振电路中频率响应的频率选择的专一性，展宽了检测频带，对有效识别复杂组分油藏种类提供了技术支持。

根据无损耗传输线理论，当终端负载阻抗与均匀传输线的特性阻抗相等时，均匀传输线的电压与电流都没有反向行波而只有正向行波存在，负载获得最大输出功率，称为传输线的阻抗匹配状态。显然，在匹配状态下，传输线的能量传输效率是最高的。射频线圈的激励源是射频功率放大器。当射频功放处于发射信号状态时，要尽量降低射频信号的反射，使射频信号的能量全部传输到射频线圈上。

射频线圈的调谐与匹配就是，调节线圈的谐振频率为与磁体结构目标区域磁场相对应的共振频率，并匹配线圈的总阻抗为传输线的特性阻抗，以使线圈获得最大发射能量。鉴于核磁共振功放系统和同轴电缆的特性阻抗为50欧姆，需要对射频线圈进行调谐和匹配，使得从输入端看进去核磁共振探头电路的阻抗为50欧姆，同时确保频率是所需要的共振频率。

本实用新型的有益效果是，可以对复杂多组分油藏进行一次性检测，无需分频带诸次检测，方便地区分各种可能的烃类化合物，结构简单。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的电路原理图。

图中1.信号端匹配电容，2.地端匹配电容，3.频率调谐电容，4.射频线圈。

具体实施方式

在图1中，射频线圈（4）与频率调谐电容（3）相并联，信号端匹配电容（1）一端接射频线圈（4），另一端接射频前置信号放大器输入端，信号端匹配电容（1）一端接射频线圈（4）的另一端，信号端匹配电容（1）的另一端接地。为了便于调谐和匹配至谐振频率和50欧姆阻抗，信号端匹配电容（1）、地端匹配电容（2）和频率调谐电容（3）均采用连续可调电容。

在图1所示实施例中，根据磁体结构目标区域的磁场为223.9mT，换算出氢核的共振频率是9.534MHz。利用精密阻抗分析仪测量射频线圈在共振频率处的电阻和电感值，可以是电阻为1.096欧姆，电感为834.9纳亨。根据共振频率值、射频线圈（4）的电阻和电感参数，计算频率调谐电容（3）和信号端匹配电容（1）、地端匹配电容（2）的容值，分别为288皮法和101皮法、101皮法。从而，相比于单匹配电容谐振电路而言，本发明谐振电路的带宽更宽。

Claims (3)

1.一种宽带的核磁共振岩心分析仪探头，其谐振电路在磁体中对外与射频收发转换双工切换电路连接，其特征是：包括信号端匹配电容、地端匹配电容、频率调谐电容和射频线圈，所述射频线圈与所述频率调谐电容并联，所述信号端匹配电容一端接所述射频线圈，所述信号端匹配电容另一端接射频前置信号放大器输入端，所述信号端匹配电容一端接所述射频线圈的另一端，所述信号端匹配电容的另一端接地，所述射频线圈分别与信号端匹配电容、地端匹配电容串联。

2.根据权利要求1所述的宽带的核磁共振岩心分析仪探头，其特征是：所述频率调谐电容将射频线圈的谐振频率调谐至磁体场强所对应的共振频率，所述信号端匹配电容和所述地端匹配电容将探头谐振电路的阻抗匹配至电阻为50欧姆，电抗为0欧姆。

3.根据权利要求1所述的宽带的核磁共振岩心分析仪探头，其特征是：当磁体静磁场的大小为223.9毫特斯拉，所述射频线圈的电阻和电感分别为1.096欧姆和834.9纳亨时，所述频率调谐电容的容值为288皮法，所述信号端匹配电容和所述地端匹配电容都为101皮法。