[發明專利]超導磁體的降場電路和方法

有效

• 申請號: 201210396231.X
• 申請日: 2012-10-17
• 公開（公告）號: CN103777161B
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 王相得
• 申請（專利權）人: 上海聯影醫療科技有限公司
• 主分類號: G01R33/3815
• 分類號: G01R33/3815;H01F6/00
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技術領域

本發明涉及磁共振技術領域，特別涉及超導磁體的降場電路和方法。

背景技術

磁體是磁共振成像（MRI，Magnetic Resonance Imaging）系統中的核心部件，為成像提供所需要的磁場環境。目前，MRI系統中的磁體可分為永磁體、常導磁體、超導磁體等類型，超導磁體能夠產生均勻度好、穩定性高的磁場。

圖1所示為現有的一種超導磁體的主電路原理圖，包括：磁體線圈10、低溫開關12、勵磁電源13、導線14和失超保護電路（圖未示）。磁體線圈10由9個單獨的超導線圈串聯組成。低溫開關12是一段包含加熱器的超導線，當給加熱器接通電源后，低溫開關12中的超導線因溫度升高呈高阻狀態，低溫開關12斷開，當撤去加熱器的電源后，低溫開關12恢復到超導狀態，低溫開關12閉合。低溫開關12并聯于磁體線圈10的兩端，與磁體線圈10一起密封于裝有液氦的液氦罐內。勵磁電源13為低電壓大電流的直流輸出電源，當磁體勵磁時，處于室溫中的勵磁電源13通過導線14向磁體線圈10提供均勻變化的電源電流。勵磁開始前，需要斷開低溫開關12，即給低溫開關12中的加熱器接通電源。在勵磁電源13向磁體線圈提供均勻變化的電源電流過程中，電源電流流過磁體線圈10，只有極小的電源電流流過低溫開關12。當電源電流均勻變化到磁體所需要的預定電流時，閉合低溫開關12，即撤去低溫開關12中的加熱器的電源，低溫開關12的溫度冷卻到液氦溫度，此時低溫開關12變為超導狀態。低溫開關12閉合后，電源電流由勵磁電源13流向低溫開關12，勵磁電源13提供的電源電流由預定電流向零均勻減小，流過低溫開關12的電流由零向預定電流均勻增大，此時，流經低溫開關12中的電流的增加量剛好等于勵磁電源13提供的電源電流的減少量。當勵磁電源13提供的電源電流均勻變化到零時，也即流過低溫開關12的電流均勻變化到預定電流時，拆除導線14。此時，在磁體線圈10和低溫開關12之間閉環運行的電流維持在預定值。

在電源電流從零向預定電流增加的過程中，當電源電流增加到一個較大的電流（例如500A）時，如果電源電流由于某種原因被突然中斷，在缺少開關保護措施的情況下，磁體線圈10中的電流只能流過低溫開關12。此時低溫開關12處于斷開狀態，其電阻值約為30Ω，電流耗散在低溫開關12上的熱量將燒毀低溫開關12。為保護低溫開關12，大多數超導磁體的主電路還包括開關保護單元11。開關保護單元11包括串聯的三對整流二極管：整流二極管對11a、整流二極管對11b和整流二極管對11c，每對整流二極管包括兩個整流二極管，一個整流二極管的陽極端與另一個整流二極管的陰極端連接。開關保護單元11和低溫開關12一樣并聯于磁體線圈10的兩端，與磁體線圈10一起密封于裝有液氦的液氦罐內。電源電流被突然中斷時，由于開關保護單元11的存在，低溫開關12兩端的壓降一旦超過開關保護單元11導通的閾值電壓，開關保護單元11導通，絕大部分電流會流過開關保護單元11，只有極少量電流流過低溫開關12，這樣避免了低溫開關12被燒毀。因此，開關保護單元11對低溫開關12起保護作用。在正常的勵磁過程中，開關保護單元11必須處于非導通狀態，所以開關保護單元11導通的閾值電壓要適當高于磁體線圈10的感應電壓U，其中U＝-L*dI/dt，其中，L是磁體線圈10的電感，dI/dt是磁體線圈10中電流的變化率，“-”表示感應電壓U的正負方向與勵磁電源13的輸出電壓正負方向相反。勵磁電源13的輸出電壓為磁體線圈10上的感應電壓U與導線14上的壓降之和。通常地，勵磁電源13的輸出電壓為10V，導線14上的壓降為1V至2V，感應電壓U為8V至9V。

超導磁體產生的磁場維持很長一段時間后，由于存在補加液氦、設備維修或者磁場衰減后重新對磁體勵磁等情況，需要人為地對超導磁體進行降場。對超導磁體降場就是把磁體線圈10內的電流完全降為零，同時避免降場過程中磁體線圈10和低溫開關12產生失超。如果在降場過程中磁體線圈10出現失超，將會引起液氦的大量揮發，造成成本浪費。現有技術中，對磁體的降場是依靠大功率電源內部自身的負載電阻消耗磁體線圈10的電流來完成的。以圖1所示的超導磁體主電路為例，在對磁體降場時，將磁體線圈10通過導線14與勵磁電源13連接，當勵磁電源13的電源電流從零向上均勻變化至預定電流后，斷開低溫開關12，此時低溫開關12中的電流幾乎為零，電流在磁體線圈10和勵磁電源13之間流動，利用勵磁電源13內部自身的負載電阻消耗磁體線圈10中的電流，使電流從預定電流向下均勻變化至零，從而完成降場。