本发明专利技术涉及一种径向调整均匀场的便携式NMR检测永磁磁体，主要包括径向调整永磁磁体和基底板。径向调整永磁磁体提供磁体主磁场，由M层子磁环阵列逐层堆叠构成，各层子磁环内外径大小不同，通过调整内外径比值控制磁体中心磁场分布；基底板包括上下盖板和中间M‑1层基板，上下盖板放置在磁体两端，中间基板两面加工凹槽，内嵌磁块构成子磁环，每层之间的间距由基板决定；基板嵌好磁块后逐层堆叠，最终配合螺杆固定整个磁体结构。本发明专利技术提供的便携式NMR检测永磁磁体采用径向调整方法改善磁场均匀性，有效解决圆柱形磁体因为有限高度而引起的端部效应影响，实现在较小体积下产生高均匀性磁场，符合将来核磁共振系统便携式和微型化的需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种核磁共振永磁体结构设计，能在较小体积磁体结构中产生用于NMR检测的均匀静磁场。
技术介绍
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)技术在近年来发展迅速，以其快速性、无损性、准确性和高灵敏性而被广泛应用于物理、化学、生命医学、农业食品安全、地质勘探、测井等领域。但是，目前应用的核磁共振磁体为了提高磁场强度和均匀性而增加磁性材料使用量，导致整体庞大笨重，不符合未来便携式、微型化的发展需求。Halbach阵列结构永磁体(魔环磁体)自提出以来受到了广泛的关注，该结构特点是磁环一侧磁场强度增加而另一侧较小，这种聚磁效果能减少磁体外围漏磁，从而能实现小体积磁体获得较高磁场强度，为核磁共振磁体微型化提供一种新方法。Halbach阵列结构永磁体有磁场强度高、漏磁少、无需铁轭等性能优势，引起了国内外众多学者的广泛关注。在研究过程中发现，传统磁体高度减小时，端部效应对中心磁场的影响显著，导致磁场均匀性严重变差，亟待解决。专利CN 100568016C公开了一种用于便携式核磁共振仪器的永磁体，利用半圆柱形永磁体补偿圆柱形永磁体端部的轴向磁场，但是半圆柱形永磁体的两端部磁场在空间中发散分布，漏磁大且结构笨重；专利CN 100568017C则对专利CN 100568016C公开的磁体结构进行了改进，将底下半圆柱形永磁体改成半球形永磁体，补偿圆柱形永磁体端部效应的同时减小了外围的漏磁。在国际上Blümler实验室团队对Halbach结构进行了大量研究，Raich等(Raich H,Blümler P.Design and construction of a dipolar Halbach array with a homogeneous field from identical bar magnets:NMR Mandhalas[J].Concepts in Magnetic Resonance Part B Magnetic Resonance Engineering,2004,23B(23B):16-25.)设计了一种NMR Mandhalas(Magnet Arrangements for Novel Discrete Halbach Layout)永磁体结构，采用完全相同矩形磁块构成Halbach阵列并多层堆叠，降低加工装配难度并一定程度上减小端部效应；Soltner等(Soltner H,P.Blümler.Dipolar Halbach magnet stacks made from identically shaped permanent magnets for magnetic resonance[J].Concepts in Magnetic Resonance Part A,2010,36A(4):211–222.)在此基础上继续探索了圆形和多边形等不同截面是Mandhalas磁体的性质，并研究说明多层磁环堆叠时调整层间距可以提高中心磁场均匀性。综上，利用半球形磁体结构等外加装置补偿磁体轴向磁场，会导致永磁体结构更为复杂且增大磁体体积，不利于磁体结构的微型化；Mandhalas多层阵列结构调整层间距改善磁场均匀性，但是随着间隙增大漏磁增加，而且磁体高度仍然太大导致磁体体积较大。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种径向调整均匀场的便携式NMR检测永磁磁体，实现小体积磁体产生高均匀性磁场，结构简单、开放性好，在便携式核磁共振系统中有广泛的应用前景。本专利技术的技术方案是：本专利技术的具体方案如下：一种径向调整均匀场的便携式核磁共振检测永磁磁体，包括径向调整永磁磁体和基底板，所述径向调整永磁磁体是由M层不同内外径比值的子磁环阵列堆叠构成，所述M>2；每层子磁环阵列由N块完全相同的磁块沿圆周阵列排布后对应固定在一个基底板上，N＝2n，n>2。进一步的，所述子磁环阵列的组成磁块相邻之间留有间隙，能够径向调整磁体大小和位置，同时隔离磁块降低磁环装配难度。进一步的，所述基底板为M+1个，包括上盖板、下盖板和中间基板，上盖板下表面、下盖板上表面和中间基板的上下表面均加工有凹槽，M每层子磁环阵列分别嵌入上盖板与中间基板之间、两个中间基板之间和中间基板与上盖板之间。进一步的，所述基底板材料选用铝合金材料或者其他不导磁材料。进一步的，所述的子磁环阵列的组成磁块横截面形状为梯形、矩形、圆形、椭圆形或者规则多边形。进一步的，所述的子磁环阵列的组成磁块材料选用钕铁硼、钐钴永磁材料或者其它永磁体材料。进一步的，磁化方向随磁块位置规律旋转，第i个磁块的位置偏转角θ＝i·2π/N，则对应磁块的磁化偏转角βi＝2θ，i＝0,1,…,N-1。进一步的，所述永磁磁体结构由多层已嵌入磁块的基底板堆叠构成，每层子磁环阵列的内外径比值不同，最后配合铜制螺杆和铜制螺母固定整个磁体结构。有益效果：本专利技术提供的径向调整均匀场的便携式NMR检测永磁磁体，在传统圆柱形磁体的基础上，调整各层磁环内外径大小，增大外层磁环对磁体中心磁场的补偿，均匀化中心磁场分布，有效解决传统磁体由于高度降低而导致的端部效应。而且，该结构无需引入外加磁场补偿装置，整体结构简单，利用铝合金基板定位并固定磁环磁体，极大降低了磁体的装配难度。因此，本专利技术提供永磁磁体可以在小体积结构中产生较高强度和高均匀性的磁场，通用于便携式、微型化核磁共振检测系统。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图。图2为本专利技术的单层磁环结构的磁化方向旋转示意图。图3为本专利技术的单层磁环结构局部示意图。图4为本专利技术的轴线方向剖示图。图5为本专利技术的单层磁环结构装配爆炸示意图。图6为本专利技术实施例的工作气隙中心y＝0时x-z坐标平面内磁感应强度Bz等高线图。图7为本专利技术实施例的工作气隙中心x＝0时y-z坐标平面内磁感应强度Bz等高线图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术提供的一种径向调整均匀场的便携式NMR检测永磁磁体，磁体结构包括永磁磁环(501,…,508)、基底板(201,301…,310,601)以及铜制螺杆(401)和螺母(101)。该实施例中永磁磁体是由M＝11层子磁环阵列堆叠而成，每层子磁环内外径比值经过优化调整。子磁环是由N＝8个完全相同的梯形磁块(501,…,508)按圆周阵列排列，嵌入基底板(201,301…,310,601)的凹槽中用专用胶水固定，再将基底板(201,301,…,310,601)层层堆叠起来后用螺杆(401)和螺母(101)固定。如图2所示是本专利技术的单层磁环结构磁化方向旋转示意图，由N＝8块梯形磁块(501,…,508)沿圆周阵列排布，相邻磁块之间留有间隙，磁块的磁化方向随其位置规律变化，具体规律如图3所示。将永磁环均匀分成N块小磁块组合而成，理论上能在中心区域产生磁感应强度为B0的静磁场， B 0 = B r s i n ( 2 π / 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种径向调整均匀场的便携式核磁共振检测永磁磁体，其特征在于：包括径向调整永磁磁体和基底板，所述径向调整永磁磁体是由M层不同内外径比值的子磁环阵列堆叠构成，所述M>2；每层子磁环阵列由N块完全相同的磁块沿圆周阵列排布后对应固定在一个基底板上，N＝2n，n>2。
【技术特征摘要】
1.一种径向调整均匀场的便携式核磁共振检测永磁磁体，其特征在于：包括径向调整永磁磁体和基底板，所述径向调整永磁磁体是由M层不同内外径比值的子磁环阵列堆叠构成，所述M>2；每层子磁环阵列由N块完全相同的磁块沿圆周阵列排布后对应固定在一个基底板上，N＝2n，n>2。2.根据权利要求1所述的一种径向调整均匀场的便携式核磁共振检测永磁磁体，其特征在于：所述子磁环阵列的组成磁块相邻之间留有间隙，能够径向调整磁体大小和位置，同时隔离磁块降低磁环装配难度。3.根据权利要求1所述的一种径向调整均匀场的便携式核磁共振检测永磁磁体，其特征在于：所述基底板为M+1个，包括上盖板、下盖板和中间基板，上盖板下表面、下盖板上表面和中间基板的上下表面均加工有凹槽，M每层子磁环阵列分别嵌入上盖板与中间基板之间、两个中间基板之间和中间基板与上盖板之间。4.根据权利要求3所述的一种径向调整均匀场的便携式核磁共振检测永磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪中华，易红，胡剑雄，陆荣生，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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