多孔介质低场核磁共振测试原理剖析
低场核磁共振测量孔径原理
低场核磁共振测量孔径原理英文回答：Nuclear Magnetic Resonance Measurement of Pore Size.Nuclear magnetic resonance (NMR) is a powerful tool for characterizing the structure of materials, including the size and shape of pores. NMR measurements can be used to determine the pore size distribution, which is importantfor understanding the transport properties of materials.The most common NMR method for measuring pore size is the pulsed-field gradient (PFG) method. In this method, a pulsed magnetic field gradient is applied to the sample, which causes the spins of the hydrogen atoms in the pore fluid to precess at different rates depending on their location in the pore. The resulting signal is then analyzed to determine the pore size distribution.The PFG method can be used to measure pores with sizesranging from a few nanometers to several microns. The accuracy of the measurement depends on the strength of the magnetic field gradient and the duration of the pulse.Another NMR method for measuring pore size is the relaxation method. In this method, the relaxation times of the hydrogen atoms in the pore fluid are measured. The relaxation times are affected by the size and shape of the pores, and can therefore be used to determine the pore size distribution.The relaxation method is less accurate than the PFG method, but it can be used to measure pores with sizes ranging from a few nanometers to several hundred microns.中文回答：核磁共振测孔原理。
核磁共振成像原理浅析
核磁共振成像原理浅析核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）作为一种非侵入性的医学影像技术，广泛应用于临床诊断和研究领域。
它通过利用原子核自旋进动的物理现象，结合强磁场和射频脉冲的作用，得到具有空间分辨率的图像，从而提供详细的人体内部结构信息。
1. 核磁共振的基本原理介绍核磁共振的基本原理是基于核自旋角动量与外加磁场相互作用导致的能级分裂。
在磁场作用下，原子核自旋会在原子核周围形成一个微小的磁场，该磁场受到外加磁场的影响而发生改变。
核自旋在外加磁场作用下产生的进动称为Larmor进动，其频率称为Larmor频率。
2. MRI成像过程及关键步骤MRI成像的主要过程分为以下几个关键步骤：2.1. 建立静态基磁场MRI成像需要建立一个极强的静态基磁场，通常使用超导磁体产生几特斯拉甚至更高强度的恒定磁场。
2.2. 加入梯度磁场为了能够定位不同位置的信号源，需要在静态基磁场中加入线圈产生的梯度磁场。
这些梯度磁场可以使得不同位置的原子核产生不同Larmor频率的进动。
2.3. 应用射频脉冲在已建立静态基磁场和梯度磁场的情况下，通过应用射频脉冲（RF Pulse）来干扰系统，使得处于平衡状态的核自旋发生能级跃迁。
2.4. 感应信号采集与处理当射频能量停止后，原子核自旋会重新恢复到平衡状态，并向周围发出一种特定频率的电磁波（MR信号）。
采集这些信号并经过处理后即可得到MRI图像。
3. MRI图像构建与解释MRI图像是通过采集大量MR信号并进行处理得到的。
这些图像通常由各种对比机制构成，如T1加权图像、T2加权图像和T2*加权图像等。
3.1. T1加权图像与解释T1加权图像主要反映组织对长T1弛豫时间敏感的特性，它提供了优秀的组织分辨率和较好的对比效果。
常见应用包括解剖学分析、结构损伤评估等。
3.2. T2加权图像与解释T2加权图像则是根据组织对长T2弛豫时间敏感性来构造出来的。
低场核磁共振原理
低场核磁共振原理低场核磁共振是一种重要的科学技术，它具有强大的应用潜力。
本文将围绕低场核磁共振原理进行阐述。
低场核磁共振主要依赖于核磁共振技术，但其工作原理与高场核磁共振有所不同。
低场核磁共振的工作原理可以分为以下几个步骤。
1.准备样品。
在低场核磁共振实验中，样品的制备非常重要。
通常需要将样品以溶液的状态注入到一个玻璃样品管中。
为了提高信号强度，还需要通过加入特殊的核磁共振增强剂来增强样品中的信号。
2.加入外部磁场。
在低场核磁共振实验中，外部磁场的强度只有一般核磁共振实验中的1%。
这是因为低场核磁共振的样品需要被放置在一个低磁场环境中工作，从而避免高磁场下的信号强度降低。
在低场核磁共振实验中，外部磁场的强度通常在1-10 mT之间。
3.向样品管中传递无线电波。
通过一个射频线圈向样品管中传递无线电波，使样品中的核自旋翻转，并发射出一个核磁共振信号。
这个射频线圈通常被称为探测线圈。
4.检测核磁共振信号。
通过对探测线圈电压的变化来检测和记录信号。
由于低场核磁共振信号很弱，因此需要高灵敏度的检测器来捕捉和记录信号。
低场核磁共振技术的应用非常广泛。
在生物医学中，低场核磁共振技术被广泛应用于疾病诊断和治疗方案的规划。
在化学和物理学中，低场核磁共振技术被广泛应用于结构分析和分子合成。
总之，低场核磁共振技术是一种重要的科学技术，具有广泛的应用前景。
在今后的研究工作中，我们可以进一步研究低场核磁共振技术的性能和应用特点，以推动其在各个领域的应用和发展。
低场二维核磁共振原理
低场二维核磁共振原理低场二维核磁共振（low-field 2D NMR）是一种利用低磁场强度进行核磁共振谱分析的技术。
与传统高场核磁共振相比，低场二维核磁共振具有成本低、体积小、操作简便等优点，因此在一些特定应用领域中得到广泛应用。
核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种利用原子核在外磁场作用下的共振现象来研究物质性质的技术。
在高场核磁共振中，常使用高强度磁场（通常为1.5T或3T以上）来实现核磁共振现象。
而低场核磁共振则是利用低强度磁场（通常为0.1T以下）进行谱分析。
低场核磁共振的原理与高场核磁共振类似，都是通过外磁场使样品中的核自旋进入能级分裂，然后通过辐射吸收或发射电磁波的方式来获得核磁共振信号。
不同的是，低场核磁共振使用的磁场强度较低，因此需要采用一些特殊的技术手段来克服信号强度低的问题。
为了提高低场核磁共振的信噪比，常使用二维核磁共振（2D NMR）技术。
二维核磁共振是一种将两个核磁共振实验进行组合，通过对两个核磁共振信号之间的关系进行分析，从而获得更多的化学信息的方法。
在低场二维核磁共振中，通常使用的是弛豫增强方法，通过调整两个脉冲之间的时间间隔和强度来增加信号强度。
低场二维核磁共振在结构鉴定、代谢组学、食品分析等领域具有广泛应用。
在结构鉴定方面，通过对核磁共振信号的分析，可以确定化合物的分子结构和化学环境。
在代谢组学中，低场二维核磁共振可以用于分析生物体内的代谢产物，从而了解生物体的代谢过程。
在食品分析方面，低场二维核磁共振可以用于检测食品中的成分和污染物，保证食品的安全性和质量。
低场二维核磁共振是一种利用低磁场强度进行核磁共振谱分析的技术。
它具有成本低、体积小、操作简便等优点，广泛应用于结构鉴定、代谢组学、食品分析等领域。
通过对核磁共振信号的分析，可以获得物质的化学信息，为科学研究和应用提供有力支持。
随着技术的不断发展，低场二维核磁共振在更多领域中的应用前景将会更加广阔。
低场核磁共振检测技术
T 1 弛 豫 率
1 8 1 6 1 4
T 2 弛 豫 率
1000/T T1( 1/s)
1 0 8 6 4 2 0 -1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 01 1 0
y = 0 .0 9 6 x + 0 .3 7 7 2 2 R = 0 .9 9 9 8
食品农业测试案例
·重复性：标准偏差小于0.1%
测量次数 1 2 3 4 5 6 7 8 Mean STD 黄豆 含油率% 18.09 18.07 18.07 18.06 18.04 18.03 18.05 18.02 18.05 0.02 含水率% 6.31 6.30 6.48 6.41 6.33 6.43 6.41 6.24 6.36 0.08 含油率% 1.86 1.85 1.80 1.82 1.81 1.85 1.87 1.82 1.84 0.03 小米 含水率% 11.34 11.36 11.49 11.31 11.60 11.49 11.50 11.52 11.45 0.10
可视化观察冻土融化过程
上图中亮的信号代表水分，随着融化的进行，信号逐渐从外部向内部发展，最后完全融化。 图中 ， 着 ， 部 部 ，最 高压驱替
石油能源测试案例
MnCl溶液驱油（水驱油）过程 （
1. 从红色-黄色-蓝色，信号 依次减弱； 2. 油的信号强，MnCl的水 的 的水 溶液的信号弱； 左图水驱油的过程是从左到 右驱替，首先岩心的靠左孔 隙内的油被水驱替走，随着 驱替时间的延长，水慢慢从 岩心的左边扩散到整个岩心， 直到最后 走岩 内的 有 直到最后驱走岩心内的所有 油。
农业领域测试案例
界面作用 低场核磁
界面作用低场核磁低场核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance）是一种应用于界面作用研究的重要技术。
它利用核磁共振现象，通过对样品中原子核的磁共振信号进行检测和分析，揭示了界面现象的微观机制和性质。
本文将介绍低场核磁共振的原理、应用以及在界面作用研究中的重要性。
低场核磁共振技术是一种基于核磁共振现象的分析方法，与传统高场核磁共振相比，其工作磁场强度较低，通常在几百高斯到几千高斯之间。
低场核磁共振技术具有成本低、设备小型化、操作简便等优点，因此在界面作用研究中得到了广泛应用。
低场核磁共振技术在界面作用研究中发挥着重要作用。
首先，它可以用于表征界面上的物质分布和组成。
通过对样品进行低场核磁共振实验，可以获取到样品中不同组分的核磁共振信号，从而确定界面上各种物质的存在与分布情况。
这对于研究界面的结构和性质具有重要意义。
低场核磁共振技术可以用于研究界面上的相互作用和动力学过程。
通过观察核磁共振信号的强度和频率变化，可以揭示界面上分子之间的相互作用力和动力学行为。
这对于理解界面现象的产生机制和调控方法具有重要意义。
低场核磁共振技术还可以用于研究界面上的表面性质和界面活性剂的行为。
通过对界面上表面活性剂分子的核磁共振信号进行分析，可以了解其在界面上的取向、构象和聚集行为，从而揭示界面活性剂的表面性质和界面调控机制。
低场核磁共振技术在界面作用研究中具有重要的应用价值。
它可以用于表征界面上的物质分布和组成，研究界面上的相互作用和动力学过程，以及揭示界面活性剂的行为和界面性质。
随着技术的不断发展和改进，低场核磁共振技术在界面作用研究中的应用前景将更加广阔。
相信通过对低场核磁共振技术的深入研究和应用，我们能够更好地理解和控制界面现象，推动相关领域的发展和进步。
低场核磁共振测孔隙度
低场核磁共振测孔隙度低场核磁共振（Low Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）是一种非常受欢迎的测量地下储层岩石孔隙度的技术。
相比于其他传统的孔隙度测量方法，LF-NMR技术具有速度快、全面性好、准确性高等优点。
下面本文将分步骤介绍如何利用低场核磁共振来测孔隙度。
第一步：样品制备首先需要准备好岩石或者土壤等样品。
由于LF-NMR需要将样品放入磁场中进行测量，因此需要将样品制成尽可能均匀的直径为20mm 左右的柱状样品。
制备样品的过程需要注意样品的干燥，以避免干燥前后质量变化对测量结果的影响。
第二步：测量孔隙度准备好制备好的柱状样品之后，就可以使用低场核磁共振技术进行孔隙度测量了。
测量时需要将样品放入低场核磁共振仪中并设置好相关参数，然后进行测量。
根据LF-NMR的测量原理，不同体积的孔隙会导致不同的共振信号，通过对这些信号进行分析和处理，就可以得到样品的孔隙度。
第三步：数据处理样品孔隙度测量完成之后，需要进行数据处理。
低场核磁共振仪会输出一些数据，包括样品的共振信号，该信号的幅值、峰位和宽度等。
在处理这些数据时，需要根据样品的特点和矿物成分进行分析，以得到准确的孔隙度数据。
同时，需要注意对数据进行平滑处理，避免一些噪声对结果产生干扰。
第四步：误差分析在进行低场核磁共振测孔隙度时，有一些因素会对测量结果产生影响。
比如说，样品的干燥程度、制备的均匀程度、仪器性能等都可能会对结果产生影响。
因此，在进行数据分析和处理时，需要进行误差分析，并选取合适的统计方法来评估误差和误差范围。
总之，低场核磁共振技术是一种非常有效的测孔技术，可以在较短时间内得到样品的孔隙度信息。
通过以上提到的步骤，可以有效利用这种技术来进行地质矿产勘探或者其他领域的研究。
低场核磁共振仪原理
低场核磁共振仪原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊低场核磁共振仪原理。
这玩意儿啊，就像是一个神奇的魔法盒子！你看啊，低场核磁共振仪就好比是一个超级侦探，能把物质内部的秘密都给挖出来。
它是怎么做到的呢？简单来说，就是利用磁场和无线电波来和物质“聊天”。
想象一下，物质就像是一群调皮的小孩子，而磁场呢，就是那个能管住他们的老师。
磁场一来，这些小孩子就乖乖地排好队啦。
然后呢，无线电波就像一个亲切的大哥哥，和这些小孩子交流，获取他们的小秘密。
低场核磁共振仪里面有个很重要的部分，叫做磁体。
这个磁体就像是一个大力士，能产生很强的磁场，把那些物质都吸引过来。
这大力士可厉害啦，能让物质乖乖地待在它的“势力范围”内。
还有啊，那无线电波也不是吃素的。
它就像是一个聪明的小精灵，在磁场的帮助下，在物质中间穿梭，把物质内部的信息都带出来。
这小精灵可机灵了，能从那些复杂的物质结构中找到关键的信息。
咱们平时生活中的很多东西都可以用低场核磁共振仪来研究呢！比如说食物，它能告诉我们食物里面的成分啊，是不是新鲜啊之类的。
这多有意思啊！那是不是就像有一双透视眼，能看穿一切呢？而且啊，低场核磁共振仪在医学上也有大用处呢！它可以帮助医生看到我们身体内部的情况，就像是给医生装了一双能看到身体里面的眼睛。
这可太重要啦，能让医生及时发现问题，然后想办法解决呀！你说这低场核磁共振仪是不是很神奇？它就像一个默默工作的小英雄，在我们不知道的地方发挥着大作用呢！我们真应该好好感谢这个神奇的发明，让我们对世界有了更深入的了解呀！总之，低场核磁共振仪就是这么一个了不起的东西，它用神奇的磁场和无线电波，为我们打开了一扇通往物质内部世界的大门。
让我们能更好地了解这个世界，也能更好地照顾自己的身体。
怎么样，是不是觉得很厉害？是不是对这个神奇的仪器充满了好奇呢？。
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z M
Mz magnetization or 1Trelaxation
xymagnetization M or 2Trelaxation
xy M
1 1 1 1 2T 3T 4T 5T 1 1T 2 2T 2 2 2 2 1T 3T 4T 5T Time after application of pulse
Mo B1
B1 off…
x x
equilibrium...
Mo
x
Mxy
-y -y
wo
wo
-y
撤去B1后的状态
• z轴方向上的磁场不断增大至原来的值，xy 方向上的磁场不断减小为0. • 均已指数形式变化，当Z轴磁场增加到原来 的63%时的时间称之为T1弛豫时间（自旋晶格弛豫时间）。当xy方向磁场减小到原来 的37%时的时间称之为T2弛豫时间（自旋自旋弛豫时间）。 • 特定样品对应着特定的T1、T2值
信号的处理
• 小波拟合
• • 小波拟合小波多分辨率分析 (MRA)是将信号按 时间 -尺度在不同的分辨级 别上进行小波分解，分解的结果是将信号分解为低频分量和高频分量。 选择其中的低频分量，再对此曲线进行拟合既可以得到信号的走势
小波拟合后的曲线 （较粗曲线）
信号的处理
• 信号解谱
• 即对原始回波信号进行多指数弛豫谱反演计算
B0
为什么撤去RF会有磁场变化？即核磁共振原理
• 磁场为什么会变化？ • B1的施加与释放。并不是B1直接导致磁场变化，是B1（以RF脉冲形式 施加，一个周期内包含B1的产生与释放）的施加引起质子自旋方向的变 化，撤去以后自旋回复需要时间，在这个过程中所产生的的磁场变化。
•
自旋即有磁场。 当B1分解后圆极化场角频率与拉莫尔进动角频率相同即发生上述能量交互过程即核磁共振现 z z z 象。
T 2 max
• •
其中 x j为各横向弛豫时间T 2 j 所对应的信号幅度值； T 2 min 与 T 2 max 是测量的 (t) 自由感应衰减信号所能分辨的最短和最长横向弛豫时间， 为噪声。 从以上方程中求解出各横向弛豫时间 T 2 j 以及所对应的幅值份额 x j 的过程 叫做解谱。
y(t )
NMR
i
i
其中M为样品T2谱的幅度，m和k分别为NMR实验累加次数和谱仪 接收增益，V为测量样品的体积．下标r代表岩心，w为标准水样．
信息提取
T2截止值的确定
信息提取
• • • 岩心渗透率的测定 渗透率描述： 岩心渗透率模型
– SDR模型
– Coates-cutoff模型 – Coates-sbvi模型 – SDR-REV模型
详细分析比较复杂在此不做过多介绍
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目录
信号产生 磁体及线圈 射频模块 信号采集 功放与AD转换 信号处理
信息提取
信号产生 即信号的来源
测试仪所采集的信号是电动势信号，来源如下:
线圈中磁场变化 线圈中磁通量变化 线圈中产生电动势
撤去B1,弛豫
RF激发
为什么撤去RF会有磁场变化？即核磁共振原理
• 磁场从何而来? • 质子自旋产生。 • 当无外加磁场B0时，原子自旋 方向杂乱无章，宏观表现无磁 场；当施加B0以后，自旋方向 和B0一致或相反，由于上下自 旋数量不同导致最终有一个和 B0一致的磁场产生。 • 即磁化过程
射频线圈 永磁体等
• 永磁体用于产生主磁场B0. • 射频线圈分为信号发送线圈和接 收线圈两部分， • 发送线圈用于产生B1，接收线 圈用于信号采集。
信号的采集
• 射频接收线圈，感应到线圈内磁通量的变化产生电动势，如连接 回路则产生电流信号。 • 电流经放大和AD转换，由计算机收集最终数据
射频接收线圈
• •
sgn为符号函数，Thr是阈值 3)用 d 代替 d做小波反变换，重构得到去噪后信号。
小波滤波处理后的信号
信号的处理
• 伪峰消除
• 低成本模拟正交检波处理信号时很容易产生伪峰
使用数字正交检波
信号的处理
• 峰值提取
• • • 为了排除检波出现的伪峰干扰以及其他不确定因素引起的噪声，设计出查 找提取峰值方法。 （t j1 t j） /3 即在 [t j , t j 1 ] 区间上，搜索确定峰值，其中 参考值为： 其原理为，缩小查找区间，排除其他干扰，只在峰值出现的区域查找以准 确找到需要的峰值。
T 2 min
x je
t / T2 j
(t )
信息提取
• • • • •
•
对于不同样品，测试信号反映的信息也各有不同。 以多孔介质为例介绍： 孔隙度的计算 M m k V 第i个T2i值的孔隙度： m k M V 100% 岩心样品总孔隙度：
ri w w w w r i r r
射频开关
正交检波
前置放大器
计算机
采集卡
AD转换
信号的处理
• 叠加平均
• 根据噪声的无序性可以设计以多次测量取平均的方法作为信号的基本处理。 Vs为信号，Vn即噪声。其比值正比如测量次数的平方根。
Vs N Vn
叠加平均处理后的信号
信号的处理
• 小波滤波
• • 1)计算带噪信号Y 在选定小波基与分解层次下的多分辨率小波分解(MRA) 2)在小波域对小波高频系数的幅值采取软阈值处理。设d k为小波变换系 数，dk 是阈值处理后系数，则软阈值处理可表述为: