基于蒙特卡罗算法的低场核磁共振测量效率提高方法

核磁共振（NMR）的纵向弛豫时间（T₁）、横向弛豫时间（T₂）、自扩散系数（D₀）,以及T₂-T₁、T₂-D₀测量目前广泛应用于石油测井行业.在测量D₀的SGSE序列中,通过逐渐增大90°和180°脉冲之间的时间间隔（T_d）,可以对液体扩散行为产生的影响进行调节.然而T_d的"起点"、"步进数"和"终点"等参数必须设置得当才能准确测量T₁和D₀.目前参数的设置依赖多次的人工调整和测量人员的经验,耗时且使用门槛较高.本文用蒙特卡罗方法进行大量随机模拟,根据前面若干点的测量结果筛选出满足要求的随机值,预测下一个测量点的位置.该算法可以实时更新参数设置,实现自动化测量,达到降低测量门槛、缩短测量时间的目的.经验证,该算法可以适用于T₁、D₀的测量.     

用于土壤水分测量的磁共振射频线圈宽频匹配方法

准确检测土壤水分对于改善农业用水管理至关重要.为了实现土壤水分的准确测量,本文设计了一种微型inside-out核磁共振（NMR）传感器（测量区域位于传感器周围）.其中磁体由三个轴向磁化的圆柱磁体组成,射频线圈由四个相同的弧面螺旋线圈串联组成.通过调整圆柱体之间的半径和高度,获得了一个圆周对称恒定梯度场.并利用宽频带匹配方法,增加射频线圈的激励区域,从而提高整体信噪比.将本文设计的传感器用于测量含水量不同的小颗粒沙土和大颗粒石英砂土壤模型样品的CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）信号,通过逆拉普拉斯变换获得了T₂分布谱,并将T₂谱峰面积与称重法获得的含水量进行了相关性分析,探讨了该传感器用于测量土壤水分的可行性.     

回波间隔对核磁共振表观孔隙度的影响及矫正方法

本文对具有特定横向弛豫时间（T₂）的硫酸铜溶液进行了多回波间隔（T_E）的核磁共振（NMR）实验,并利用数值模拟对32组具有不同弛豫分量的模型进行了变T_E模拟实验,定量研究了T_E对致密油气、页岩气等低孔低渗储层NMR孔隙度的影响规律.实验结果表明,随着T_E的增大,各T₂弛豫组分NMR孔隙度先维持在100%左右,然后迅速衰减,当T_E增加到一定数值时,趋近于0;不同T₂弛豫组分NMR孔隙度开始迅速衰减及最后变为0的T_E值存在显著差异.根据不同T₂弛豫组分NMR孔隙度与T_E的关系,将整个NMR测量分为无损测量区、快速衰减区、无效参数区和仪器盲区4个区域.对特定弛豫组分而言,在快速衰减区弛豫组分损失量与T_E呈对数关系,本文还给出了该区域NMR孔隙度的校正公式及方法.     

交叉关联噪声对光学双稳系统平均首通时间的影响

研究了乘性色噪声和加性白噪声驱动的光学双稳系统中噪声对系统两个方向平均首通时间T₊（x_s1→x_s2）和T_-（x_s2→x_s1）的影响（平均首通时间是指从一稳态出发越过势垒到另一稳态所用时间的平均值）.通过Novikov定理和Fox近似方法得到相应的Fokker-Planck方程,利用最速下降法得到T₊（x_s1→x_s2）和T_-（x_s2→x_s1）的表达式.研究发现：乘性噪声强度Q和加性噪声强度D对T₊（x_s1→x_s2）的影响相同,对T_-（x_s2→x_s1）的影响不同;T₊（x_s1→x_s2）随乘性色噪声自关联时间τ的增大而增大,但随噪声间的交叉关联强度λ的增大而减小;T_-（x_s2→x_s1）随τ的增大而减小,随λ的增大而增大. 关键词： 平均首通时间 光学双稳系统 乘性色噪声 加性白噪声     

块体非晶合金的黏度与玻璃形成能力的关系

基于经典结晶理论讨论了非晶合金的晶化动力学因素和晶化热力学因素对玻璃形成能力（GFA）的影响.分析表明,合金的等温转变（TTT）曲线“鼻尖”温度T_n对应的黏度与晶化阻力因子成正比;重新加热时晶化开始温度T_x对应的黏度与晶化驱动力因子成反比.由此得到了新的GFA参数ω₀=（T_g-T₀）/（T_x-T₀）-（T_g-T₀）/（T_n-T₀）,其中T_g为玻璃转变温度,T₀为理想玻璃转变温度.统计结果显示,ω₀与临界冷却速率具有较高的相关性,R²高达09626.进一步分析表明：新提出的ω₀参数可以合理地解释过冷熔体的黏度、脆性、液相稳定性、热稳定性以及T_rg、ΔT_x、γ、γ_m、ΔT_rg、α、β、δ和φ等参数与GFA的关系. 关键词： 块体非晶合金 黏度 脆性 玻璃形成能力     

基于T2截止值的幂函数构建毛管压力曲线

岩心核磁共振（NMR）T₂谱和毛管压力曲线都在一定程度上反映了岩石孔隙结构，理论分析表明可利用T₂谱构建毛管压力曲线，由此快速获取储层孔隙结构的信息．本文对18块岩样T₂分布和毛管压力曲线进行了分析，提出将T₂截止值作为幂函数的分段点，采用分段幂函数方法构建岩样的NMR毛管压力曲线，并与采用不分段幂函数方法获得的毛管压力曲线进行了对比．研究结果表明，与不分段幂函数方法相比，分段幂函数方法得到的结果和压汞实验测定的毛管压力曲线吻合度更高，平均拟合度（R²）达到0.943 1，并且论证了T₂截止值作为分段点进行分段幂函数法构建NMR毛管压力曲线的合理性和可靠性．T₂截止值的引入提高了幂函数法构建NMR毛管压力曲线的精度，是利用NMR T₂谱构建岩样毛管压力曲线的有价值探索．     

基于多弛豫信号补偿的快速磁共振T1ρ散布成像

定量磁共振成像（MRI）可量化组织特性,是科学研究和临床研究的重要工具.旋转坐标系下的自旋-晶格弛豫时间（T_1ρ）能反映水与大分子之间的低频交互作用,在3 T及以上的高场环境下,T_1ρ受水和不稳定质子之间化学交换的影响较大,通过测量弛豫率随自旋锁定场强度的变化而得到其分布情况（T_1ρ散布）,可用于分析和量化质子的交换过程,因此T_1ρ散布是一种重要的定量MRI技术.然而,获得不同自旋锁定场强下T_1ρ加权图像的时间过长,限制了其应用范围.针对这一问题,本研究提出一种基于多弛豫信号补偿策略的快速T_1ρ散布成像方法.该方法将不同锁定频率下的T_1ρ加权图像补偿到同一信号强度水平,并结合低秩与稀疏建立重建模型.实验结果表明,该方法在加速倍数高达7倍时仍获得了较好的重建结果.     

基于二维核磁共振弛豫谱的雷四段孔隙度计算方法

基于常规测井资料的体积模型和一维核磁共振（NMR）测井资料的固定截止值法,可以计算地层孔隙度,但是扩径段孔隙度计算结果偏大.本文通过川西海相雷四段岩心样品NMR实验和实测二维NMR测井资料,开展扩径段的T₂、T₁孔隙度计算方法研究.首先总结不同孔径流体在T₂谱和T₁谱上的响应特征,分析钻井液流体峰截止值的分布范围和影响因素,建立钻井液流体弛豫时间截止值的计算模型;然后根据未扩径段和扩径段的粘土束缚水弛豫时间截止值确定原则,确立变粘土束缚水弛豫时间截止值的有效孔隙度计算方法.多口井的应用效果表明,基于T₁谱的孔隙度计算结果精度更高、定量分析误差小,能有效解决扩径段孔隙度计算结果偏大的问题,满足储层评价的要求.     

一种测量大型原木内部水分的微型NMR 传感器

木材中的水分对木材的性能有着决定性的影响,目前测量木材水分的方法多适用于小型木材的检测．然而,当树木被砍伐后,在加工前希望了解其内部水分状态,因此需要一种方法来检测大型原木的水分．该文设计了一种微型核磁共振(NMR)传感器,该传感器为圆柱型结构（直径为 28 mm,长度为 60 mm）,测量区域位于传感器外侧,形成与传感器同轴的圆环．测量前,需在被测部位凿一个与传感器直径相当的孔．测量时传感器沿着孔壁测量即可获得对应位置的 NMR 参数信息．初步实验结果表明,该传感器可以分辨被测木材中自由水和束缚水的分布以及各部位水分的相对含量．

     

CEST成像不同量化方式在急性帕金森氏病小鼠模型研究中的应用比较

本文通过比较7 T场强下化学交换饱和转移（chemical exchange saturation transfer,CEST）成像技术不同量化方式在急性帕金森氏病小鼠模型研究中的应用效果,探讨了客观无创的帕金森氏病研究方案.使用Bruker PharmaScan 7 T小动物磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）扫描仪,对经1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶（1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP）急性造模前及造模后第3、10天的小鼠黑质、皮层及海马进行扫描,计算弛豫时间T₁、T₂、MTR_asym（magnetization transfer ratio based on asymmetry analysis）、MTR_rex（magnetization transfer ratio yielding Rex）、AREX（apparent exchange-dependent relaxation）及5池拟合后的胺峰面积Area_amine、酰胺峰面积Area_amide.结果显示仅黑质中融合了倒Z谱分析和5池洛仑兹拟合所得的量化指标MTR_rex、AREX及Area_amine在造模后显著减小,与黑质免疫组化结果一致,而T₁、T₂以及基于Z谱非对称性分析的MTR_asym未见统计学差异,这表明此量化方式消除了直接饱和效应及磁化转移效应的影响,准确性上要优于Z谱非对称分析法,更能正确地提示帕金森氏病黑质的变化.     

Improved Halbach sensor for NMR scanning of drill cores

A lightweight Halbach magnet system for use in nuclear magnetic resonance (NMR) studies on drill cores was designed and built. It features an improved homogeneous magnetic field with a strength of 0.22 T and a maximum accessible sensitive volume. Additionally, it is furnished with a sliding table for automatic scans of cylindrical samples. This device is optimized for nondestructive online measurements of porosity and pore size distributions of water-saturated full cylindrical and split semicylindrical drill cores of different diameters. The porosity of core plugs with diameters from 20 to 80 mm can be measured routinely using exchangeable radiofrequency coils. Advanced NMR techniques that provide 2D T(1)-T(2) correlations with an average measurement time of 30 min and permeability estimates can be performed with a special insert suitable for small core plugs with diameter and length of 20 mm.     

全开放式单边核磁共振探测器及其应用

全开放式单边核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)系统具有成本低、易便携、可实时无损检测等特点.该文介绍了单边NMR探测器的发展,重点以德国亚琛工业大学Blumich教授团队研发的NMR-MOUSE(NMR mobile universal surface explorer)探测器为例,详细讨论了其硬件结构,探讨了单边NMR的测量方法,最后介绍了单边NMR探测器在波谱分析和生物医学等领域中的应用.     

Ultrasonic sensor to characterize wood pulp during refining

A novel sensor concept has been developed for measuring the degree of refining, the water retention value (WRV), and the weight percentage of wood pulp during the refining process. The measurement time is less than 5 min and the sensor can operate in a slip-stream of the process line or as an at-line instrument. The degree of refining and the WRV are determined from settling measurements. The settling of a pulp suspension (with a weight percentage less than 0.5 wt%) is observed, after the mixer, which keeps the pulp uniformly distributed, is turned off. The attenuation of ultrasound as a function of time is recorded and these data show a peak at a time designated as the "peak time." The peak time T increases with the degree of refining, as demonstrated by measuring pulp samples with known degrees of refining. The WRV can be determined using the relative peak time, defined as the ratio T(2)/T(1), where T(1) is an initial peak time and T(2) is the value after additional refining. This method offers an alternative WRV test for the industry to the current time-consuming method.     

Advances of unilateral mobile NMR in nondestructive materials testing

Unilateral mobile NMR employs portable instrumentation with sensors, which are applied to the object from one side. Based on the principles of well-logging NMR, a hand-held sensor, the NMR-MOUSE (MObile Universal Surface Explorer) has been developed for nondestructive materials testing. In the following, a number of new applications of unilateral NMR in materials science are reviewed. They are the state assessment of polyethylene pipes, the characterization of wood, the in situ evaluation of stone conservation treatment, high-resolution profiling of rubber tubes and 2-D imaging for defect analysis in rubber products.     

基于时域核磁共振技术的木材吸湿过程研究

木材吸湿会对其力学性能和尺寸稳定性产生影响,深入了解木材吸湿过程中水分状态的变化有重要意义.利用时域核磁共振(TD-NMR)技术,以美国黄杨木和红橡木作为研究对象,对木材吸湿过程中水分状态和弛豫特性进行研究.结果显示:吸湿过程的前4h,两种木材试件结合水峰面积迅速增大,自由水峰面积无明显增长,说明在吸湿初期,增加的水分主要以结合水为主;在达到吸湿平衡后,红橡木试件内自由水峰面积约为黄杨木试件内自由水峰面积的2倍,这是由于与黄杨木相比,红橡木管孔孔径较大,因此在吸湿过程中,红橡木的自由水吸湿速度较快,吸湿量大于黄杨木.     

利用TD-NMR技术研究杨木高温干燥过程水分分布

木材中水分状态变化和迁移对木材的物理性质有重要影响.通过时域核磁共振技术(TD-NMR)可以从分子层面解读木材与水分的关系,可以为木材干燥、木制品加工提供理论依据和实践参考.该研究以北京杨为研究对象,通过对高温干燥过程中木材内部水分变化的自由感应衰减(FID)曲线和横向弛豫时间(T_2)进行测定与分析,探究木材干燥过程中水分状态变化及迁移过程.研究结果表明,FID和T_2信号量与木材含水率高度线性相关,由此可以计算木材在干燥过程中任意时刻的含水率.通过对干燥过程中水分T_2分布的分析表明:心材试件在干燥过程中,长弛豫时间自由水(c状态水分)的拟合面积出现了先减小后增大然后再减小的趋势,而边材试件中则不存在这种现象.在北京杨心材试件中含量最多的是弛豫时间为10 ms数量级的水分,而在边材试件中各状态水分含量差异较小,含量最多的是弛豫时间为100 ms数量级的水分.在高温干燥过程中,边材试件内各状态水分百分含量减少的速度快于心材,各试件中自由水的蒸发速度明显快于结合水.     

Single-shot tomography by means of VIPA and spatial phase modulator installed optical interferometer

A VIPA (virtually imaged phased array) installed optical interferometer has been proposed for scanless tomography. Also, a spatial phase modulator and a line-image sensor were installed into the interferometer to realize single-shot measurement by displaying the delay time on a line-image sensor. The correlation peak function was observed on the line-sensor at same time. The envelope of the peak was given by the inverse Fourier transformation of the light source spectrum. The peak position on the image-sensor reflects the sample structure. Furthermore, the correlation peaks are appeared repeatedly along the delay time of the interferometer. The repeated correlation function raise an alignment flexibility of the sample set position, which has been limited in the traditional time-domain interferometry involving the delay time to be zero. The flexibility was experimentally confirmed at 25 mm related to the VIPA coherency. The resolution was experimentally 52.5 μm when the ASE (amplified spontaneous emission) light source of the optical fiber amplifier was used. The single-shot measurement was realized by a line-image sensor of the 30 frames per second. The repeatability of the interfered peak position was 5 μm by the tunable mirror position. The one-dimensional scanless measurement was demonstrated by use of 3-layer glass plates.     

A constant gradient unilateral magnet for near-surface MRI profiling

The design and construction of a unilateral NMR (UMR) magnet assembly for near-surface 1D profiling is presented. The arrangement consists of a single permanent magnet topped with a shaped iron pole cap. The analytically determined profile of the pole cap shapes the field over the magnet, giving a constant gradient of 31 G/cm over a 8mm depth at a 1H frequency of 4.26 MHz in a spot approximately 5 mm wide. The moderate gradient allows 1D profiling of planar samples with a frequency encoded spin-echo experiment. The curvature of the magnetic field limits the available resolution to 100's of microm. The device is suitable for profiling planar samples in which a coarse resolution but large spatial extent is desired.     

温度变化对近红外光谱预测木材含水率的影响

为实现温度不稳定环境下木材含水率的近红外光谱检测,探究了不同温度下木材近红外光谱的变化规律及温度变化对近红外预测木材含水率的影响。对从林场采集的樟子松、水曲柳、大青杨和红松原木木块试样各75块,共计300块试样,进行了不同温度和含水率条件下的近红外光谱采集。采用单一温度下的校正集分别与各个温度下的验证集建立偏最小二乘含水率预测模型,探究温度变化对木材含水率模型预测准确性的影响。比较了不同光谱预处理的木材含水率预测温度全局模型。采集相同含水率下不同温度的近红外光谱数据,对光谱进行光谱平均、一次微分、主成分分析和偏最小二乘判别分析,以探究温度变化时,木材近红外光谱的变化规律。结果显示：(1)温度对木材样品光谱存在显著影响;主成分分析和判别分析表明不同温度下的样品有明显聚类趋势,温度判别准确率为96.1%。温度会影响木材的近红外光谱在特定波长吸收峰的位置及吸光度,在含水率相同的情况下,随着温度的升高,特定位置吸收峰有逐渐向高频波段转移的趋势且在零下低温时波峰移动变化更明显。(2)不同温度下的PLS含水率预测模型对温度变动的适应能力有差异,木材含水率预测模型更适应于检测与建模样本相同温度的样品...