一种用于工业核磁共振分析仪磁体系统的设计方法

一种用于工业核磁共振分析仪磁体系统的设计方法

蔡明知

（丹东源声中科电子有限公司，辽宁丹东118002）

摘要：磁体系统是核磁共振分析仪的关键核心设备之一，其作用是提供一个均匀的静磁场。其性能直接影响了谱图的分辨率、灵敏度等参数，因而在一定程度上决定着整机的性能。本文提出了一种用于工业核磁共振分析仪永磁体系统的设计方法。解决了永磁体系统设计中的高均匀度、大空间、高稳定度的难点，最终实现目标空间内10ppm的基础均匀度，满足了工业核磁共振分析仪的应用需求。

关键词：核磁共振；分析仪；无源匀场；有源匀场；磁体系统

中图分类号：文献标识码：文章编号：

1引言

原子核在磁场中进动，受到电磁波的照射，发生共振，吸收能量，整个过程就是核磁共振。有机化合物中1H原子在分子中化学环境不同，共振频率的微小差异，产生了化学位移。由于1H原子是有机物中的关键元素之一，因此1H原子化学位移谱图能够反映大多数有机化合物的含量和结构特性，可广泛应用于石油、化工、食品等行业成分和理化参数分析。通过对在线样品的核磁共振化学位移谱进行化学计量建模、分析，取得石化产品物理、化学特性的快速预报数据，并指导生产过程自动控制，实现过程优化。通过对工业核磁共振分析技术的研究攻关以及工艺应用实践，研制出对样品物理特性、化学组成定性和定量分析的工业核磁共振分析仪，主要用于炼油厂原油分析和原油蒸馏工艺的参数评估，实现工艺参数快速预报，指导工业生产过程自动控制与工艺优化。

磁体系统是核磁共振分析仪的关键核心设备之一，其作用是提供一个均匀的静磁场。其性能直接影响了谱图的分辨率、灵敏度等参数，因而在一定程度上决定着整机的性能。本文提出了一种用于工业核磁共振分析仪磁体系统的设计方法。解决了磁体系统设计中的高均匀度、大空间、高稳定度的难点，最终实现目标空间内10ppm的基础均匀度，满足了工业核磁共振分析仪的应用需求。

2设计过程

本磁体系统结构，降低了装配加工难度，磁体体积小，结构紧凑，磁体材料钕铁硼牌号高，使场强指标得到了保障。磁体设计工作气隙区域大，预留了足够的空间进行有源匀场和无源匀场的装置设计与放置。磁体包括三个部分，即磁钢、铁质磁轭极靴、磁场工作区。磁钢向磁体提供磁势和磁通；铁质磁轭和极靴引导、约束磁通，保证磁场工作区内磁场强度和分布状况满足预定的要求，减少漏磁，并在机械上起到支撑作用。

设计之初，对磁体各个部件的受力大小及方向进行了详细的计算和模拟，如图1所示。根据模拟结果制造了吊具、夹具、卡具，以及无磁材料的垫板、垫块等工装，以确保在体积、重量、力矩都比较大的情况下保证磁体系统的顺利装配，保证磁体的装配精度。

图2：无源匀场示意图

4有源匀场

有源匀场是通过一系列通电线圈产生的磁场来进行匀场。根据实际需要，选取磁体中心Ф10mm*10mm的圆柱区域为样品区，在这一区域，标量磁位

图4磁体均匀度测试结果图

6结论

本文提出了一种用于工业核磁共振分析仪磁体系统的设计方法。解决了磁体系统设计中的高均匀度、大空间、高稳定度的难点，最终实现目标空间内10ppm的基础均匀度，满足了工业核磁共振分析仪的应用需求。

参考文献：

[1]王骞，邹继斌等.永磁体磁共能的计算方法[J].电工技术学报,2010年第5期.

[2]陈和生.阿尔法磁谱仪永磁体系统[J].中国科学（0A辑）,2000年第6期.