用于长城等古建筑探测的NMR探测器的磁体设计

以万里长城为代表的古建筑是世界瑰宝,更是中华民族的象征和骄傲.本文提出利用便携式核磁共振（NMR）装置来探测研究这类古建筑的建筑材料,在不对其造成损伤的基础上,发掘其隐含的科学、技术和工程相关的丰富信息.为此,作为第一步,设计了适合于探测这类古建筑的便携式单边NMR探测器组合式磁体.该探测器的磁体结构以semi-Halbach为基础,通过不同磁体模块间的组合得到对应移动探测模式、长距离探测模式和均匀磁场探测模式的磁体结构.随后根据优化结果,设计加工了磁体组件,并采用该磁体进行了流体、长城城砖和现代红砖的NMR实验,实测结果与模拟一致.该组合式磁体的优点在于通过不同磁体模块组合,实现了多种探测方式,适用于探测长城等这类古建筑物需要多种探测模式的科学研究.     

水分子在微孔隙介质中的受限扩散模拟

在饱和多相流体孔隙介质中,利用核磁共振测得的扩散系数可以区分油气水,并用于饱和度等岩石物理参数的求取,但在微小孔隙（< 20 μm）中,流体的表观扩散系数会偏离其自由扩散系数．通过有限差分和随机游走模拟方法对水分子在单孔隙及多孔隙介质中的扩散进行数值模拟,考察水分子扩散受限的程度．结合核磁共振在测井及实验室岩石物理应用的技术,进一步分析了受限扩散对求取油水饱和度等岩石物理参数造成的影响．同时,分析总结了两种模拟方法的使用条件及优缺点．     

基于岩石重构图像的核磁共振响应模拟

能够反映孔隙介质内部真实复杂结构的CT图像经常被用于模拟研究中并能取得较好的结果. 但是,在很多情况下缺少三维CT图像或者其分辨率受限,此时,更易于获取的二维薄片图像被用于构建三维的孔隙结构图像. 假定孔隙介质各向同性,基于二维图像,使用多点统计方法可以构建岩石的三维孔隙结构. 基于数字图像,采用随机游走方法模拟得到核磁共振响应,然后由模拟得到的回波串反演得到T₂分布. 研究表明,岩石重构图像中的模拟结果与CT图像中的模拟结果有较好的一致性. 基于数字图像的核磁共振响应模拟为分析不同孔隙结构的核磁共振响应提供了便利,同时,模拟结果也为验证孔隙结构的重构效果提供了依据.     

优化重聚脉冲提高梯度场核磁共振信号强度

缩短射频脉冲宽度, 有助于解决脉冲电力消耗大、样品吸收率高、信噪比低等极端条件核磁共振探测的关键问题. 本文首先分析射频脉冲角度对核磁共振自旋回波信号强度的影响机理, 基于Bloch方程推导了回波信号幅度与扳转角、重聚角的关系. 在特制核磁共振分析仪上采用变脉冲角度技术, 分别在均匀磁场和梯度磁场条件下实现对扳转角和重聚角与回波信号强度关系的数值模拟和实验测量. 结果表明, 梯度场中, 扳转角为90°、重聚角为140°的射频脉冲组合获得最大首波信号强度, 比180°脉冲对应的回波幅值提高13%, 能耗降低至78%. 选用该重聚角(140°) 优化设计饱和恢复脉冲序列探测流体的纵向弛豫时间T₁特性, 准确获得 T₁分布.该结果对于低电力供应、且对信噪比有较高要求的核磁共振测量, 如随钻核磁共振测井和在线核磁共振快速检测等, 具有重要意义. 关键词： 核磁共振 信号强度 重聚脉冲角度 Bloch方程     

水分子在微孔隙介质中的受限扩散模拟

在饱和多相流体孔隙介质中,利用核磁共振测得的扩散系数可以区分油气水,并用于饱和度等岩石物理参数的求取,但在微小孔隙(20μm)中,流体的表观扩散系数会偏离其自由扩散系数.通过有限差分和随机游走模拟方法对水分子在单孔隙及多孔隙介质中的扩散进行数值模拟,考察水分子扩散受限的程度.结合核磁共振在测井及实验室岩石物理应用的技术,进一步分析了受限扩散对求取油水饱和度等岩石物理参数造成的影响.同时,分析总结了两种模拟方法的使用条件及优缺点.     

基于FPGA的核磁共振测井仪控制逻辑设计

核磁共振（NMR）测井仪以CPMG脉冲序列为测量基础,按照CPMG脉冲序列的时序要求完成大功率射频脉冲的发射和微弱回波信号的接收, 在脉冲发射完成后快速泄放天线中储存的能量. 该文介绍一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的NMR测井仪控制逻辑和典型脉冲序列,详细说明在CPMG脉冲序列下FPGA的工作时序和流程;讨论NMR测井仪发射电路、Q-转换电路和隔离电路的控制原理和时序要求,给出各电路的控制逻辑仿真结果;最后,利用所设计的控制逻辑和自制NMR测井仪探头,在实验室条件下对水溶液进行了测量,得到满意的结果.