核磁共振(NMR-Nuclear Magnetic Resonance)技术的无损检测特点使其具有明显的优势，特别是当前食品安全和工业生产造成的环境污染成为国内关注的焦点，快速、实时、无损的现场检测和工业产品监测已成为至关重要的环节。另外，防疫、质检、安检及科考等方面也需要高质量无损便捷的样品检测。传统的大型核磁共振仪器不仅价格昂贵，而且难以适用实时检测，便携式核磁共振仪器能够提供灵活的实时检测，具有巨大的优势和广阔的应用前景。因此，研究和开发具有适合中国产业结构特点、服务于工农业产品质量的监测与提高、产业部门能够买得起和用得上的便携式核磁共振仪器具有重要的现实意义和应用价值。核磁共振仪的硬件主要由探头、电子设备和计算机三个部件组成。其中的关键部件——探头由主磁体（磁源或静磁场发生装置）和射频线圈组成。由于对主磁体磁场强度和均匀性要求非常严格，所以主磁体在整个核磁共振仪器中造价昂贵。理论上的永磁魔环能够产生均匀完美的单边磁场，是便携式核磁共振仪探头主磁体一种很好的选择，但现实的永磁魔环存在两个主要问题:一是径向上不可避免的会产生均匀度差异;二是轴向上不可避免的会产生端部效应。这两个问题会对探头主磁体的磁场均匀性产生影响。本文依托国家部委高等学校博士学科点专项科研基金项目“便携式核磁共振探头技术的研究”，围绕现实的永磁魔环作为便携式核磁共振仪探头主磁体存在的两个主要问题展开研究，为降低现有核磁共振类仪器(含MRI-Magnetic Resonance Imaging)探头的造价、减轻其重量和减小其体积寻找一条可能的技术途径。其主要创新研究内容包括:　　1.径向上在不考虑永磁魔环磁体的轴向长度对磁场的影响下，首先采用等效磁网络法对永磁魔环建立了数学模型，进行仿真分析，寻找出引起现实的永磁魔环磁场径向均匀度差的原因;然后分别给出理论的永磁魔环和现实的永磁魔环的二维场解，并进行对比分析，与等效磁网络法相结合进一步验证各参数对于磁场均匀度的影响，寻找对应的优化策略，来减少永磁魔环从理论的物理模型到实现过程中的误差问题;　　2.根据磁路的相似性定理和线性定理，提出采用永磁魔环径向分解旋转的方法，通过对组成永磁魔环的个体单元进行优化，从而达到优化整个永磁魔环磁场的目的。提出了个体单元的优化结构，从而构成了优化的中空棱柱体永磁魔环结构，实现了对永磁魔环磁场的径向优化;　　3.采用等效安培电流模型法，对永磁魔环建立了三维场解，针对有限长度的永磁魔环沿着圆柱体的轴向逐渐衰减的端部效应问题，提出采用中空棱锥体结构对永磁魔环进行轴向端部补偿，实现了对永磁魔环磁场的轴向优化;　　4.以优化的中空棱柱体永磁魔环为基础，与中空棱锥体结构相结合构成一种新颖的铅笔形便携式核磁共振仪探头主磁体，得到一个更加均匀的磁场空间。采用有限元仿真软件对该主磁体进行了三维仿真。结果表明:永磁魔环的轴向逐渐衰减的端部效应问题获得了有效补偿，因此均匀磁场区域的体积获得了增加，相应减小了主磁体的体积与重量;　　5.最后在以上理论分析的基础之上，研制了一个优化后的永磁魔环实物并进行了仿真分析和实际测试，结果表明能够在优化后的永磁魔环内部产生满足要求的均匀磁场。