一种用于核磁共振两相流测量的传感器制造技术

一种用于核磁共振两相流测量的传感器，包括最里层的油水管道，其中油水管道为两相流体通道，在油水管道的外壁上绕有射频线圈，射频线圈的外部为磁体结构，磁体结构的外部为金属外壳；所述的磁体结构1由磁体Ⅰ、磁体Ⅱ、磁体Ⅲ在其同轴线上顺次连接，磁体Ⅰ、磁体Ⅱ、磁体Ⅲ组成三段式Halbach圆柱体阵列结构，本发明专利技术分别利用三段式磁体结构来实现均匀稳定磁场；采用分段式的绕线方式来提高射频线圈的信噪比、灵敏度，两者的性能直接决定核磁共振信号的质量，使得测量的自旋回波信号更为精确和稳定，也有利于后端一系列的数据处理。

A sensor for measuring two-phase flow in NMR

【技术实现步骤摘要】
一种用于核磁共振两相流测量的传感器
本专利技术涉及油水两相流参数测量领域，特别涉及一种用于核磁共振两相流测量的传感器，用于核磁共振两相流参数的测量。
技术介绍
在石油开采中，油、水两相流型、流速及各相流量等流动特性的多变性和复杂性，使得两相流测量仍然是石油工业的一大技术难题，目前常用的测量方法有电学法、层析成像法、核磁共振法。由于电学法属于接触式测量，容易造成传感器灵敏度下降、测量误差较大等无法克服的技术局限性；层析成像法受成像速度、数据量较大的影响，在两相流动态测量的效果还不甚理想。基于核磁共振原理的两相流测量技术，其测量结果不受宏观物理特征影响，测量精度较高，能有效克服传统测量方法的局限性，是目前两相流研究领域的新方向。然而在核磁共振两相流测量中，通常由于传感器受静磁场的均匀度、射频线圈的检测灵敏度等影响，往往不能准确测量油水两相流参数信息，因此核磁共振传感器对于两相流测量精度起着决定性的作用。目前核磁共振两相流传感器多采用单一结构，在实际应用中存在如下缺陷：(1)永磁体结构存在气隙，磁场强度低、磁场不均匀、气隙场衰减过快等缺点；(2)收发两组线圈工作时，容易互相耦合、信噪比降低，能量传递误差等问题；(3)收发线圈合二为一时，很难同时满足射频磁场高强度和均匀性的要求，同时接收信号灵敏度和信噪比显著下降。
技术实现思路
针对目前核磁共振两相流传感器存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于核磁共振两相流测量的传感器，构建三段式磁体结构以及分段式射频线圈，具有高匀场、高灵敏度、高信噪比的特点。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于核磁共振两相流测量的传感器，包括最里层的油水管道4，其中油水管道4为两相流体通道，在油水管道4的外壁上绕有射频线圈2，射频线圈2的外部为磁体结构1，磁体结构1的外部为金属外壳3，所述的磁体结构1由磁体Ⅰ、磁体Ⅱ、磁体Ⅲ在其同轴线上顺次连接，磁体Ⅰ、磁体Ⅱ、磁体Ⅲ组成三段式Halbach圆柱体阵列结构，三段圆柱体的内径均为20mm，其中磁体Ⅱ位于三段式磁体结构的前端，磁体Ⅲ位于磁体结构的后端，磁体Ⅰ位于磁体Ⅱ和磁体Ⅲ的中间。所述的磁体Ⅰ由磁铁A、磁铁B、磁铁C三段组成，每段磁铁长40mm，内径20mm，外径40mm；所述的磁体Ⅰ，在纵向上，磁铁A、磁铁B、磁铁C均由磁块①～磁块⑧组成，按照逆时针方向依次排列，充磁方向也是按照每次变化90°的顺时针方向排列，其中磁块①的充磁方向水平向左，磁块②的充磁方向竖直向上，磁块③的充磁方向水平向右，磁块④的充磁方向竖直向下，磁块⑤的充磁方向水平向左，磁块⑥的充磁方向竖直向上，磁块⑦的充磁方向水平向右，磁块⑧的充磁方向向下，所述的磁铁A、B、C的组装块数、充磁方向、排列顺序都相同。所述的磁体Ⅱ长22mm，内径20mm外径45mm，磁体Ⅱ外径与磁体Ⅰ外径相差5mm；所述的磁体Ⅱ和磁体Ⅲ均由8块磁块组成，磁体Ⅱ、磁体Ⅲ的8块磁块也是按照逆时针方向依次排列，充磁方向也是按照每次变化90°的顺时针方向；所述的磁体Ⅲ与磁体Ⅱ的长度、内径、外径、磁块排列顺序、磁块充磁方向参数全部相同。所述的射频线圈2由线圈D、线圈E、线圈F、屏蔽层G组成，线圈D绕制在线圈结构前端，线圈F绕制在线圈结构后端，线圈E绕制在线圈D和线圈F的中间位置，屏蔽层G主要分布在线圈D、线圈E、线圈F的外层，其中线圈D，线径1mm，4匝，匝间距为0.5mm，线圈F，线径1mm，4匝，匝间距为0.5mm，线圈E，线径1mm，6匝，匝间距为1mm。所述的金属外壳3使用铝材质，总长度165mm，厚度3mm。所述的油水管道4采用亚克力管材料，外径20mm。本专利技术分别利用三段式磁体结构来实现均匀稳定磁场；采用分段式的绕线方式来提高射频线圈的信噪比、灵敏度，两者的性能直接决定核磁共振信号的质量，使得测量的自旋回波信号更为精确和稳定，也有利于后端一系列的数据处理。附图说明图1为本专利技术核磁共振测量传感器结构示意图。图2为传感器中三段式Halbach磁体的充磁方向示意图。图3为磁体Ⅰ中磁块A、磁铁B、磁铁C分布示意图。图4为传感器中射频线圈结构示意图。图5为三段式Halbach磁体的轴向磁通密度模变化示意图，其中图5(a)为磁体Ⅰ磁场变化规律，图5(b)为两端拉伸20mm磁体磁场变化规律，图5(c)为两端拉伸22mm磁体磁场变化规律，图5(d)为两端拉伸25mm磁体磁场变化规律，图5(e)为两端拉伸最优化磁体磁场变化规律，图5(f)为外径拉伸42mm磁体磁场变化规律，图5(g)为外径拉伸45mm磁体磁场变化规律，图5(h)为外径拉伸47mm磁体磁场变化规律。图6为不同线径下的射频线圈匝数与信噪比的关系。图7为射频线圈的轴向磁感应强度与长度，匝数的变化关系,其中图7(a)为点图，图7(b)为线图。具体实施方案下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。参见图1、图2、图3，图4，一种用于核磁共振两相流测量的传感器，包括最里层的油水管道4，其中油水管道4为两相流体通道，在油水管道4的外壁上绕有射频线圈2，射频线圈2的外部为磁体结构1，磁体结构1的外部为金属外壳3，金属外壳3固定在磁体外部，一方面固定磁体位置，一方面防止磁体自生漏磁。所述的磁体结构1由磁体Ⅰ、磁体Ⅱ、磁体Ⅲ在其同轴线上顺次连接，磁体Ⅰ、磁体Ⅱ、磁体Ⅲ组成三段式Halbach圆柱体阵列结构，三段圆柱体的内径都为20mm，其中磁体Ⅱ位于三段式磁体结构的前端，磁体Ⅲ位于磁体结构的后端，磁体Ⅰ位于磁体Ⅱ和磁体Ⅲ的中间。磁体Ⅰ和Ⅱ分别与磁体Ⅲ在两端连接时，由于磁体Ⅰ和Ⅱ以及磁体Ⅲ和Ⅰ之间存在斥力，所以两头接口处必须紧密连接，避免磁体位置发生偏移，影响最终的实验结果。所述的磁体Ⅰ由磁铁A、磁铁B、磁铁C三段组成，每段磁铁长40mm，内径20mm，外径40mm；所述的磁体Ⅰ，在纵向上，磁铁A、磁铁B、磁铁C均由磁块①～磁块⑧组成，按照逆时针方向依次排列，充磁方向也是按照每次变化90°的顺时针方向排列，其中磁块①的充磁方向水平向左，磁块②的充磁方向竖直向上，磁块③的充磁方向水平向右，磁块④的充磁方向竖直向下，磁块⑤的充磁方向水平向左，磁块⑥的充磁方向竖直向上，磁块⑦的充磁方向水平向右，磁块⑧的充磁方向向下，所述的磁铁A、磁铁B、磁铁C的组装块数、充磁方向、排列顺序都相同。所述的磁体Ⅱ长22mm，内径20mm外径45mm，磁体Ⅱ外径与磁体Ⅰ外径相差5mm；所述的磁体Ⅱ和磁体Ⅲ均由8块磁块组成，磁体Ⅱ、磁体Ⅲ的8块磁块也是按照逆时针方向依次排列，充磁方向也是按照每次变化90°的顺时针方向；所述的磁体Ⅲ与磁体Ⅱ的长度、内径、外径、磁块排列顺序、磁块充磁方向参数全部相同。所述的射频线圈2包括线圈系和绝缘层，线圈系采用漆包线绕制在油水管道4的外壁，绝缘层位于线圈系的外层。所述的射频线圈2由线圈D、线圈E、线圈F、屏蔽层G组成，线圈D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于核磁共振两相流测量的传感器，其特征在于，包括最里层的油水管道(4)，其中油水管道(4)为两相流体通道，在油水管道(4)的外壁上绕有射频线圈(2)，射频线圈(2)的外部为磁体结构(1)，磁体结构(1)的外部为金属外壳(3)。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于核磁共振两相流测量的传感器，其特征在于，包括最里层的油水管道(4)，其中油水管道(4)为两相流体通道，在油水管道(4)的外壁上绕有射频线圈(2)，射频线圈(2)的外部为磁体结构(1)，磁体结构(1)的外部为金属外壳(3)。


2.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振两相流测量的传感器，其特征在于，所述的磁体结构1由磁体Ⅰ、磁体Ⅱ、磁体Ⅲ在其同轴线上顺次连接，磁体Ⅰ、磁体Ⅱ、磁体Ⅲ组成三段式Halbach圆柱体阵列结构，三段圆柱体的内径都为20mm，其中磁体Ⅱ位于三段式磁体结构的前端，磁体Ⅲ位于磁体结构的后端，磁体Ⅰ位于磁体Ⅱ和磁体Ⅲ的中间。


3.根据权利要求2所述的一种用于核磁共振两相流测量的传感器，其特征在于，
所述的磁体Ⅰ由磁铁A、磁铁B、磁铁C三段组成，每段磁铁长40mm，内径20mm，外径40mm；
所述的磁体Ⅰ，在纵向上，磁铁A、磁铁B、磁铁C均由磁块①～磁块⑧组成，按照逆时针方向依次排列，充磁方向也是按照每次变化90°的顺时针方向排列，其中磁块①的充磁方向水平向左，磁块②的充磁方向竖直向上，磁块③的充磁方向水平向右，磁块④的充磁方向竖直向下，磁块⑤的充磁方向水平向左，磁块⑥的充磁方向竖直向上，磁块⑦的充磁方向水平向右，磁块⑧的充磁方向向下，所述的磁铁A、磁铁B、磁铁C的组装块数、充磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李利品，韩瑞强，童美帅，袁景峰，陈欢，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61