高场核磁共振谱仪低电场射频线圈设计

论文摘要

在核磁共振实验中,样品所受的射频（RF）激励电磁场包括磁场B1和电场E1。共振效应通常指的是振荡B1场产生的扰动,而射频场中的电场E1分量对样品的激发不起作用。电场是RF激发产生热量的主要原因之一。在高场核磁实验中,RF频率高,功率大,一些实验采用长脉冲和多脉冲的复杂脉冲序列。另一些实验往往需要累加上千次采样,射频脉冲的持续激发将在样品上产生大量的热量,致使样品的实际温度升高。这不仅将产生检测的误差,影响反应机理分析,也会破坏实验样品的结构,影响实验结果的准确性,而且会缩短样品的寿命。在原位电化学-核磁共振实验中,累加实验中的RF电场可能会对原位检测的某些瞬态和结果产生影响。因此RF脉冲在样品中产生的热量是高场核磁共振累加实验需要面对的重要问题之一,将样品区域内E/B的比率降到最低是核磁共振线圈设计重要目标之一。本文在磁共振理论,电磁场屏蔽和射频线圈理论基础上,利用CST有限元分析电磁仿真软件建模仿真设计,提出和研发了一种适用于高场核磁共振谱仪的低电场射频鞍型线圈结构。首先,通过仿真研究了螺线管线圈的矩形带状屏蔽层、双层马鞍型线圈的镂空环形屏蔽层、AG线圈的镂空保护环和环形组合屏蔽层。其次,在此基础上分别探究了轴向线圈屏蔽层和横向线圈屏蔽层参数变化带来的线圈内部电磁场变化规律,为三种线圈分别选用了最佳的屏蔽层参数。最后,通过上述理论与设计,研制了500MHz核磁共振波谱仪的低电场双层马鞍型线圈,用于进行195Pt的低温固相电化学-核磁共振实验。研究结果表明所提出的线圈结构能够有效的降低射频场的电场分量,提升电化学-核磁共振实验的检测质量。螺线管线圈在加入矩形带状屏蔽层之后,平均电磁比下降了85.2%;双层马鞍型线圈在加入镂空环形屏蔽层后,平均电磁比下降了92.9%;AG线圈在加入镂空保护环和环形组合屏蔽层后,平均电磁比下降了99.7%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 论文背景和现实意义
•   1.2 本文主要结构和内容
• 第二章 射频电场热效应
•   2.1 核磁共振中的热效应物理现象分类
•     2.1.1 焦耳效应
•     2.1.2 电阻性损耗
•     2.1.3 电介质损耗
•     2.1.4 电感损耗
•     2.1.5 核自旋损耗
•   2.2 液体核磁共振的热效应
•   2.3 固体核磁共振的热效应
•   2.4 非保守电场热效应
•   2.5 保守电场热效应
• 第三章 电磁场屏蔽原理
•   3.1 EMI电磁干扰
•     3.1.1 传导性耦合
•     3.1.2 辐射性耦合
•   3.2 电磁场屏蔽
•     3.2.1 电磁场屏蔽的定义
•     3.2.2 电磁场屏蔽的分类
•     3.2.3 电磁场屏蔽的原理
•     3.2.4 电磁屏蔽效能
•     3.2.5 影响屏蔽效能的因素
•     3.2.6 屏蔽对电磁场源的反作用
• 第四章 高场射频线圈
•   4.1 轴向线圈
•     4.1.1 螺线管线圈
•   4.2 横向线圈
•     4.2.1 马鞍型线圈
•     4.2.2 Alderman-Grant线圈
•   4.3 谐振电路
• 第五章 低电场射频线圈设计与研制
•   5.1 CST的简要介绍
•     5.1.1 CST的主要算法
•     5.1.2 CST的专有技术
•   5.2 低电场螺线管线圈的设计与仿真
•     5.2.1 螺线管线圈模型
•     5.2.2 匹配调谐网络设计方案与仿真
• 11参数及电磁场分布图'>    5.2.3 S₁₁参数及电磁场分布图
•     5.2.4 螺线管内屏蔽设计
•   5.3 低电场马鞍型线圈的设计与仿真
•     5.3.1 马鞍型线圈模型
•     5.3.2 匹配调谐网络设计方案与仿真
• 11参数及电磁场分布图'>    5.3.3 S₁₁参数及电磁场分布图
•     5.3.4 双层马鞍型线圈内屏蔽设计
•   5.4 低电场AG线圈的设计与仿真
•     5.4.1 AG线圈模型
•     5.4.2 匹配调谐网络设计方案与仿真
• 11参数及电磁场分布图'>    5.4.3 S₁₁参数及电磁场分布图
•     5.4.4 AG线圈内屏蔽设计
•   5.5 低电场双层马鞍型线圈试制3D结构图
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈杰

导师: 陈忠,孙惠军

关键词: 核磁共振谱仪,低电场,射频线圈

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,仪器仪表工业

单位: 厦门大学

分类号: TH89;O482.532

总页数: 98

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