本發(fā)明涉及核磁共振，更具體的說是涉及一種用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、核磁共振作為二十世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，改變了我們對微觀世界的理解和認(rèn)知，這項(xiàng)現(xiàn)代高科技已經(jīng)不再局限于量子物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)、材料、地質(zhì)等各個(gè)領(lǐng)域。相較于傳統(tǒng)的核磁共振技術(shù)來說，近年來才開始進(jìn)入人們視線的單邊核磁共振設(shè)備的結(jié)構(gòu)開放、體積較小、便于移動，能夠在任意位置從任意角度對物體進(jìn)行無損檢測，有著廣闊的應(yīng)用前景。

2、就農(nóng)業(yè)及環(huán)境保護(hù)而言，土壤檢測對于保障農(nóng)作物生長、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、保護(hù)環(huán)境等具有重要意義?，F(xiàn)有的土壤檢測方法存在主觀、檢測精度不高、速度不快等問題，無法實(shí)現(xiàn)無損檢測。然而，將核磁共振方法應(yīng)用于土壤檢測領(lǐng)域，相較于現(xiàn)有技術(shù)而言具有明顯優(yōu)勢，但是，單邊核磁共振技術(shù)還不成熟，會出現(xiàn)磁場不均勻的情況，對土壤檢測結(jié)果產(chǎn)生不利影響，容易造成設(shè)備的損壞。

3、因此，如何設(shè)計(jì)一種能夠在土壤檢測時(shí)解決磁場不均勻問題的單邊核磁共振裝置及方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置及方法，解決了背景技術(shù)存在的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置，包括：殼體、單邊永磁體、射頻線圈、梯度線圈、掃場線圈、步進(jìn)電機(jī)；

4、單邊永磁體設(shè)置于殼體內(nèi)，用于產(chǎn)生均勻的主磁場；

5、射頻線圈設(shè)置于殼體上表面，用于產(chǎn)生與主磁場正交的射頻激勵(lì)磁場，檢測土壤樣品所產(chǎn)生的回波信號；

6、梯度線圈設(shè)置在主磁場的成像區(qū)域內(nèi)，用于空間編碼和定位；

7、掃場線圈纏繞在單邊永磁體底部的鐵軛上，用于產(chǎn)生大小可調(diào)的附加磁場；

8、步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在殼體底部，用于調(diào)節(jié)總行程內(nèi)的任意高度以實(shí)現(xiàn)對土壤不同位置的檢測。

9、可選的，殼體的一側(cè)外表面設(shè)置有開口，開口的四周設(shè)置有導(dǎo)電部件，殼體與用于容納土壤樣品的屏蔽部件之間通過導(dǎo)電部件連接。

10、可選的，單邊永磁體包括墊片和若干磁體塊，墊片設(shè)置在橢圓曲線兩端的磁體塊上方，若干磁體塊和墊片通過安裝槽固定在殼體內(nèi)部；若干磁體塊的中心沿橢圓曲線等弧長分布，相鄰的兩個(gè)磁體塊的磁化方向沿橢圓曲線依次發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

11、可選的，射頻線圈包括多個(gè)依次連接的射頻線圈單元，相鄰的射頻線圈單元部分交疊，每個(gè)射頻線圈單元包括相互連接的諧振回路和匹配網(wǎng)絡(luò)。

12、可選的，梯度線圈包括正交的x軸梯度線圈、y軸梯度線圈和z軸梯度線圈；x軸梯度線圈包括四個(gè)對稱的載流回路，y軸梯度線圈由單個(gè)對稱的載流回路構(gòu)成，z軸梯度線圈包括兩個(gè)對稱的載流回路。

13、可選的，掃場線圈由半徑和匝數(shù)均相同的上掃場線圈和下掃場線圈組成，上掃場線圈與下掃場線圈之間的間距為掃場線圈的半徑；上掃場線圈和下掃場線圈在主磁場的成像區(qū)域產(chǎn)生隨時(shí)間變化的均勻磁場。

14、可選的，還包括：電源模塊、控制模塊和驅(qū)動模塊；

15、電源模塊，用于為控制模塊和驅(qū)動模塊供電；

16、控制模塊，用于判斷步進(jìn)電機(jī)行程控制的具體位置，向驅(qū)動模塊發(fā)出電機(jī)運(yùn)行指令；

17、驅(qū)動模塊，用于通過接收的電機(jī)運(yùn)行指令驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)高度。

18、一種用于土壤檢測的單邊核磁共振方法，應(yīng)用如上任一項(xiàng)所述的用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置，包括以下步驟：

19、利用單邊永磁體產(chǎn)生均勻的主磁場，通過射頻線圈產(chǎn)生與主磁場正交的射頻激勵(lì)磁場，接收土壤樣品的回波信號；

20、利用梯度線圈進(jìn)行空間編碼和定位，通過調(diào)節(jié)掃場線圈中電流的大小和方向?qū)Ω郊哟艌鲞M(jìn)行調(diào)節(jié)，以調(diào)整恒定磁場在垂直方向上的位置；

21、獲得層面成像，通過步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)總行程內(nèi)的任意高度實(shí)現(xiàn)對土壤不同位置的檢測。

22、可選的，所述方法還包括：

23、對回波信號進(jìn)行反拉普拉斯變換處理，得到t2譜分布曲線；

24、以長橫向弛豫時(shí)間波峰對應(yīng)土壤中的自由水，以短橫向弛豫時(shí)間波峰對應(yīng)土壤中的束縛水，以t2譜分布曲線所覆蓋的面積表征土壤中水分的含量。

25、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開提供了一種用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置及方法，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低，提高信噪比，將單邊核磁共振技術(shù)應(yīng)用于土壤檢測，可實(shí)現(xiàn)單邊核磁共振三維成像，解決磁場不均勻的問題，提高土壤檢測的精確度和速率，進(jìn)而保障農(nóng)作物生長，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

技術(shù)特征：

1.一種用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置，其特征在于，包括：殼體、單邊永磁體、射頻線圈、梯度線圈、掃場線圈、步進(jìn)電機(jī)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置，其特征在于，殼體的一側(cè)外表面設(shè)置有開口，開口的四周設(shè)置有導(dǎo)電部件，殼體與用于容納土壤樣品的屏蔽部件之間通過導(dǎo)電部件連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置，其特征在于，單邊永磁體包括墊片和若干磁體塊，墊片設(shè)置在橢圓曲線兩端的磁體塊上方，若干磁體塊和墊片通過安裝槽固定在殼體內(nèi)部；若干磁體塊的中心沿橢圓曲線等弧長分布，相鄰的兩個(gè)磁體塊的磁化方向沿橢圓曲線依次發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置，其特征在于，射頻線圈包括多個(gè)依次連接的射頻線圈單元，相鄰的射頻線圈單元部分交疊，每個(gè)射頻線圈單元包括相互連接的諧振回路和匹配網(wǎng)絡(luò)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置，其特征在于，梯度線圈包括正交的x軸梯度線圈、y軸梯度線圈和z軸梯度線圈；x軸梯度線圈包括四個(gè)對稱的載流回路，y軸梯度線圈由單個(gè)對稱的載流回路構(gòu)成，z軸梯度線圈包括兩個(gè)對稱的載流回路。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置，其特征在于，掃場線圈由半徑和匝數(shù)均相同的上掃場線圈和下掃場線圈組成，上掃場線圈與下掃場線圈之間的間距為掃場線圈的半徑；上掃場線圈和下掃場線圈在主磁場的成像區(qū)域產(chǎn)生隨時(shí)間變化的均勻磁場。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置，其特征在于，還包括：電源模塊、控制模塊和驅(qū)動模塊；

8.一種用于土壤檢測的單邊核磁共振方法，其特征在于，應(yīng)用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于土壤檢測的單邊核磁共振方法，其特征在于，所述方法還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于土壤檢測的單邊核磁共振裝置及方法，涉及核磁共振技術(shù)領(lǐng)域，包括：單邊永磁體設(shè)置于殼體內(nèi)，用于產(chǎn)生均勻的主磁場；射頻線圈設(shè)置于殼體上表面，用于產(chǎn)生與主磁場正交的射頻激勵(lì)磁場，檢測土壤樣品所產(chǎn)生的回波信號；梯度線圈設(shè)置在主磁場的成像區(qū)域內(nèi)，用于空間編碼和定位；掃場線圈纏繞在單邊永磁體底部的鐵軛上，用于產(chǎn)生大小可調(diào)的附加磁場；步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在殼體底部，用于調(diào)節(jié)總行程內(nèi)的任意高度以實(shí)現(xiàn)對土壤不同位置的檢測。本發(fā)明可以將單邊核磁共振技術(shù)應(yīng)用于土壤檢測領(lǐng)域，解決磁場不均勻問題，提高土壤檢測結(jié)果的精度及效率。

技術(shù)研發(fā)人員：程藝苑,蘇明陽,李紅博,王卓,劉偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南陽師范學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6