Brevet FR2837928A1 — publié le 20031003

ledge distribution estimbe et la dlstribution gaussienne la plus pmche. 1 2837928 DISPOSITIF D'EMISS!ON DE CHAMPS MAGNETIQUES STATIQUE ET INDUIT POUR SYSTEME D'ANALYSE PAR RMN DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne les dispositifs d'émission de champs magnétiques statique et induit pour système d'analyse de matériaux par la Résonance Magnétique Nucléaire définie par le sigle "RMN", notamment pour l'évaluation de la densité des protons présents dans un corps donné, dispositifs qui o trouvent des applications particulièrement avantageuses, notamment, dans le domaine de l'industrie pétrolière pour déterminer par exemple la quantité d'eau dans la roche entourant la paroi d'un puits, la distribution de la porosité de cette roche etiou sa perméabilité, et même dans des domaines aussi différents que celui de l'imagerie médicale ou celui de l'industrie alimentaire en vue de déterminer par exemple la quantité d'eau eVou de graisse dans des aliments. ART ANTERIEUR Il existe une technique connue utilisant la Résonance Magnétique Nucléaire connue sous la dénomination RMI1, qui permet de déterminer la quantité de protons o dans un matériau don né, c'est-à-d ire le nombre de radicaux libres d'Hydrogène, et éventuellement d'identifier ce matériau. De nombreux dispositifs ont été réalisés pour mettre en _uvre cette technique. Très schématiquement, ils comportent une source magnétique, par exemple un aimant permanent, pour induire un champ magnétique statique dans une zone donnée du matériau à investiguer, dont les lignes de forces ont une direction donnée pour polariser les protons présents dans cette zone. Une antenne émettrice constituée par exemple par une bobine plate alimentée par un générateur de courant électrique radiofréquence, est associée à la source magnétique de fa,con que les lignes de force du champ magnétique so radiofréquence (RF) induit par cette bobine lorsqu'elle est alimentée par le courant électrique radiofréquence, fasse, dans la zone du matériau à investiguer, un angle non nul avec les lignes de force du champ magnétique statique de l'aimant permanent, et avantageusement égal à quatre vingt dix degrés. 2 2837928 La fréquence du champ radiofréquence RF est telle qu'elle correspond à la fréquence de précession des protons dans le champ statique afin d'induire une interaction résonante entre les protons et le champ radiofréquence. Cette interaction permet de faire tourner la polarisation des protons à partir d'impuisions du champ radiofréquence, d'un angle dépendant de l'amplitude du champ radiofréquence et de la durée des impuisions. Le dispositif comporte en outre une antenne réceptrice constituée par exempie par la même bobine que la bobine émettrice, cette antenne dans sa fonction réceptrice captant le champ magnétique produit par les protons lorsque le o courant radiofréquence est annulé et qu'ils reviennent à leur polarisation initiale sous l'action uniquement du champ statique. Des moyens pour alimenter l'antenne en courant électrique radio-fréquence et analyser les signaux captés par elle sont décrits et illustrés par exemple dans le document EP-A-O 295 134. s L'ampiitude du champ magnétique détecté par l'antenne dans sa fonction réceptrTce est une fonction du nombre de protons qui ont été excités dans la zone d' investigation, et le tem ps q ue mettent les protons pour passer de leur seconde pola risation à la première, qui est connu des tech nici ens sous ie terme de " te m ps de relaxation >>, est une image de la nature du matériau auquel appartiennent ces protons. Cette technique bien connue des hommes du métier est décrite dans de nombreux documents et ne sera donc pas plus ampiement décrite ici. Le problème majeur qui se pose d'une façon générale dans ce type de dispositif, est d'obtenir une densité de flux magnétique la plus grande possible dans la zone de mesure, aussi bien pour le champ statique que pour le champ induit. Car, plus cette densité de flux magnétiques statique et induit est élevée, plus il est possible d'obtenir en retour des signaux de mesure de grande amplitude, et surtout bien découplés des signaux de bruit de fond qui sont toujours présents dans ce genre de mesure. o Un dispositif qui répond en grande partie à ce but est celui par exemple qui est décrit dans le US-A-5 610 522. 3 2837928 BUT DE L'INVENTION La présente invention a essentiellement pour but de réaliser un dispositif perfectionné pour l'étude de matériaux par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) en vue d'obtenir des mesures plus précises et fiables que celles obtenues avec les dispositifs connus de 1'art antérieur comme ceux succinctement décrits ci-dessus. OBJET DE L'INVENTION Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif d'émission dun champ magnétique pour système d'analyse d'un matériau par résonance o magnétique nucléaire connue sous le sigle RMN, comportant une source de champ magnétique statique sous forme sensibtement d'une barre dont au moins une partie de l'un des pôles est conformée en face de focalisation sensiblement concave pour obtenir des lignes de champ magnétique statique focalisées dans une zone dite "de mesure", un organe d'émission d'un champ magnétique induit, ledit organe étant s disposé entre la face de focalisation concave et la zone de mesure et agencé pour émettre le champ magnétique induit vers ladite zone de mesure, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une pièce polaire de concentration du flux magnétique, ladite pièce polaire étant montée en coopération avec lad ite barre et led it organe de fac,on qu'elle soit positionnée entre la zone de mesure et 1'organe et sur une droite o passant par ladite zone de mesure et le centre de la face de focalisation concave. BREVE DESCRIPTION DES FiGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparatront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lequel: La figure unique représente le schéma de principe du dispositif d'émission d'un champ magnétique selon l'invention pour système d'analyse de matériaux par la Résonance Magnétique Nucléaire. La Demanderesse précise que, lorsque, selon la définition de l'invention, o l'objet de l'invention comporte au moins un" élément ayant une fonction donnée, le mode de réatisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. De méme, si le mode de réalisation de l'objet selon l'invention tel qu'illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un 4 2837928 nombre particulier de ces éléments, I'objet de l'invention pourra être défini comme comportantau moins un" de ces éléments. DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION PREFERE DE L'OBJET SELON s L'INVENTION La figure unique représente sous forme schématique un dispositif pour l'émission d'un champ magnétique pour système d'analyse de matériaux par la Résonance Magnétique Nucléaire connue sous le sigle RMN, comportant une source de champ magnétique statique 1 sous forme sensiblement d'une barre 2 dont o au moins une partie de l'un des pôles est conformée en face de focalisation sensiblement concave 3 pour obtenir des lignes de charnp magnétique statique focalisées dans une zone 4 dite "de mesure", un organe 5 d'émission dun champ magnétique induit, cet organe 5 étant disposé entre la face de focalisation concave 3 et la zone de mesure 4 et agencé pour émettre le champ magnétique induit vers la i5 zone de mesure. Selon une caractéristique importante de l'invention, le dispositif comporte en outre une pièce polaire 20 de concentration du flux magnétique, cette pièce polaire étant montée en coopération avec la barre 1 et l'organe 5 de façon qu'elle soit positionnée entre la zone de mesure 4 et l'organe 5, sur une droite 21 passant par la zone de mesure 4 et le centre 22 de la face de focalisation concave 3. Sur la figure, la ligne fermée en traits interrompus référencée If représente, à titre d'exemple, une ligne de champ magnétique obtenue avec les dispositifs de l'art antérieur tels que par exemple celui qui est décrit dans le US-A-5 610 522, c'est-à dire une ligne de champ magnétique focalisé au moyen de la face de focalisation concaYe 3, en l'absence de la pièce polaire 20 telle que définie cidessus. Avec le dispositif perfectionné selon l'invention, les lignes de champ magnétique sont focalisées et, en plus, concentrées com me ill ustré par la ligne fermée en trait continu référencée Lf. La représentation schématique selon la figure unique permet de faire ressortir so le fait que la zone de mesure 4 reçoit une densité de flux magnétique plus importante que dans le cas des dispositifs selon l'art antérieur. Dans une réalisation possible et avantageuse, I'organe 5 est constitué par une antenne d'émission de champ magnétique, constituée par exemple par une bobine magnétique ou analogue. 2837928 Quant à la pièce polaire 20, elle est réalisée en un matériau magnétique doux non conducteur électrique, par exemple un amalgame de grains de fer isolés les uns des autres par une matière synthétique électriquement isolante, ou par de la ferrite présentant une faible conductivité électrique. s Dans certains cas, il peut être avantageux que la pièce polaire 20 soit constituée par un noyau de matériau magnétique doux bon conducteur électrique ou en matériau magnétique doux non conducteur électrique recouvert d'une couche de matériau bon conducteur électrique, ce qui, du point de vue éiectromagnétique radio-fréquence, se traduit comme une charge uniquement éiectrique du fait de o l'effet de peau et donc ne perturbe pas, suivant le concept de l'antenne, le comportement de celle-ci du point de vue magnétique. De façon préférentielle, pour pouvoir plus facilement utiliser le dispositif dans un puits, notamment pour une application dans le domaine pétrolier, la barre 1 est constituée de deux barreaux magnétiques 31, 32, comme des aimants permanents, s montés l'un par rapport à l'autre de façon, d'une part qu'il soient sur un même axe 33 sensiblement perpendiculaire à la droite 21 définie ci-dessus, et d'autre part que les deux faces polaires 34, 35 des deux extrémités 36, 37 en regard l'une de l'autre soient de même signe, par exemple deux pôles Nord N comme illustré sur la figure unique. o Dans ce cas, la face de focalisation concave 3 est constituée de deux parties de face concave 41, 42, ces deux parties de face concave étant respectivement réalisées dans ies deux faces polaires 34, 35 en regard l'une de l'autre et sensiblement symétriques par rapport à un plan P contenant la droite 21 et perpendiculaire à l'axe 33. s 11 est bien précisé que les parties de face concave 41, 42 réalisées dans les faces polaires 34, 35 des barreaux 31, 32 peuvent être définies directement dans les aimants permanents comme illustré sur la figure unique, mais qu'elles peuvent aussi être obtenues au moyen de pièces polaires de couplage comme détni dans le US A-5 610 522 mentionné ci-dessus. o Dans une application pétrolière comme mentionné ci-dessus, il peut étre avantageux que les deux barreaux 31, 32 soient de révolution autour de l'axe 33, la hgure unique représentant alors la partie droite de ces barreaux, selon la représentation en coupe conventionnelle en dessin industriel. De cette façon, il est possible que la pièce polaire 20 soit constituée d'un anneau de révolution 6 2837928 sensiblement centré sur l'axe 33. En outre, de façon à mieux guider les lignes de flux magnétique et donc encore mieux les concentrer dans la zone de mesure 4 comme mentionné auparavant, la face 24 de la pièce polaire 20 tournée yers la face de focalisation concave 3 est de forme convexe sensiblement homothétique de la face de focalisation concave 3. Le fonction nement et l' utilisation d u dispositif perfectionné selon l' invention sont identiques à ceux des dispositifs de l'art antérieur cités dans la présente description et ne seront donc pas décrits ici. Il est cependant à remarquer que, grâce e à la structure de ce dispositif perfectionné, la densité des lignes de champ magnétique dans la zone de mesure étant plus importante, les mesures sont plus faciles à effectuer et plus précises. 7 2837928 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'émission d'un champ magnétique pour système d'analyse par résonance magnétique nucléaire connue sous le sigle P centre (22) de la face de focalisation concave (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit organe () est constitué par une antenne d'émission de champ magnétique. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite antenne est constituée par une bobine magnétique. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ladite pièce polaire (20) est réalisée en un matériau magnétique doux non conducteur électrique. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit matériau magnétique doux non conducteur électrique est constitué par un amalgame de so grains de fer isolés les uns des autres par une matière synthétique électriquement isolante. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit matériau magnétique doux non conducteur électrique est constitué par de la ferrite. 8 2837928 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes 1 à 3, caractérisé par le fait que iadite pièce polaire (20) est constituée par un noyau de matériau magnétique doux non conducteur électrique recouvert d'une couche électriquement s conductrice. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que Iadite barre (1) est constituée de deux barreaux magnétiques (31, 32) montés l'un par rapport à l'autre de façon, d'une part qu'il soient sur un même axe (33) o sensiblement perpendiculaire à ladite droite (21), et d'autre part que les faces polaires (34, 35) des deux extrémités (36, 37) en regard l'une de l'autre soient de méme signe (N). 9. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite face de s focalisation concave (3) est constituée de deux parties de face concave (41, 42), ces deux parties de face concave étant respectivement réalisées dans les deux faces polaires (34, 35) en regard l'une de l'autre et sensiblement symétriques par rapport à un plan (P) contenant ladite droite (21) et perpendiculaire audit axe (33) . 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les deux barreaux (31, 32) sont de révolution autour dudit axe (33). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que ladite pièce polaire (20) est constituée par un anneau de révolution sensiblement centré sur ledit axe (33). 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que ia face (24) de la pièce polai re (20) to u rnée vers lad ite face de focal isation concave (3) est de forme convexe sensiblement homothétique de ladite face de focalisation