[發明專利]一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法

有效

• 申請號: 201510763762.1
• 申請日: 2015-11-11
• 公開（公告）號: CN105223527B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 徐雅潔;張廣才;楊曉冬
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: G01R33/3875
• 分類號: G01R33/3875
• 代理公司: 蘇州廣正知識產權代理有限公司 32234
• 代理人: 張利強

本發明公開了一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法，包括以下步驟：分別根據霍爾巴赫磁體的結構，進行元線圈在圓柱形曲面軸向等間隔、角向等間隔和等角度的均勻分布，為每一個元線圈匹配獨立的驅動電路，供電電流彼此獨立，或者把元線圈分為多組，每組元線圈施加相同的驅動電流，根據所需產生的非均勻磁場強度分布，計算各元線圈中電流分布方向及大小。通過上述方式，本發明所述的利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法能夠快速方便調節磁場均勻度，產生能夠抵消非均勻磁場分布的勻場效果，縮小了勻場線圈所占空間，增加了測量口徑尺寸。

技術領域

本發明涉及磁體勻場領域，特別是涉及一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法。

背景技術

霍爾巴赫磁體由于其小型化和便捷性，自上世紀八十年代被提出以來，受到各界廣泛的關注，在NMR、磁懸浮和永磁電機等方面都有所發展，尤其在NMR的應用中，霍爾巴赫型磁體能夠產生單一橫向的均勻場，且由于其閉合磁路，漏磁場小，能夠利用較少的磁材產生較大的磁場強度。

相關研究已有在環形圓柱空腔中產生4T的橫向強磁場，我國研究人員也制造出了2.6T 的霍爾巴赫磁體， 故其在小型化NMR應用潛力巨大，但均勻度低是制約霍爾巴赫磁體應用于NMR中的主要問題。研究人員試圖通過優化磁體設計以及利用鐵片進行無源勻場等方式提高其磁體均勻度，但仍很難達到NMR儀器對磁場均勻度的要求，因此利用附加有源勻場線圈，提高磁場均勻性十分必要。

傳統的勻場線圈設計主要針對永磁體或者超導磁體等傳統磁體，而霍爾巴赫磁體與傳統磁體都存在不同。首先，它是一種圓柱型結構，與超導磁體類似，其次它的主磁場方向沿橫向方向，與傳統磁體都不同，這里我們將之定義為y方向電磁場By，故霍爾巴赫磁體勻場線圈的設計與傳統的線圈設計方法都存在差異，傳統的設計算法不再適用，我們需要針對磁體的結構和主磁場方向進行特別考慮。

目前已有的霍爾巴赫勻場線圈設計方法包括：利用分離導線法(趙微等，電工技術學報，2010-6-13)，基于鞍形線圈結構，根據磁場在笛卡爾坐標系中的對稱性設計了各階勻場線圈；Liu Wentao等(Wentao L, et al, Appl Magn Reson (2012)，101~112)根據流函數法給出了霍爾巴赫勻場線圈的設計方案，將電流源理想化成流函數元，利用流函數與目標場的關系對源點進行優化。專利（申請號：201410629525.1）給出了一種利用諧波磁場分布與電流密度函數之間的關系，針對各階次諧波磁場分布設計勻場線圈的方法。上述方法都是針對帶勻場磁場分布中各階次諧波場分布分別進行勻場線圈設計然后疊加使用，而對于霍爾巴赫磁體來說，內部空間有限，多組勻場線圈會使得射頻線圈和樣品空間被擠占。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法，高效調節磁場均勻度，縮小勻場線圈所占的空間。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法，包括以下步驟：

利用一組元線圈進行陣列分布，針對霍爾巴赫磁體的磁場分布進行勻場，分別根據霍爾巴赫磁體的結構，進行元線圈在圓柱形曲面軸向等間隔、角向等間隔和等角度的均勻分布，或者在霍爾巴赫磁體局部勻場時進行貼合勻場曲面的非均勻分布;

為每一個元線圈匹配獨立的驅動電路，供電電流彼此獨立，或者把元線圈分為多組，每組元線圈施加相同的驅動電流；

根據所需產生的非均勻磁場強度分布，利用模擬退火優化算法或者Levenberg-Marquardt優化算法計算各元線圈中電流分布方向及大??；

對于模擬退火優化算法或者Levenberg-Marquardt優化算法計算出的電流函數值，通過外部電路控制驅動元線圈工作，利用疊加磁場抵消主磁場的不均勻度，得到目標磁場。

在本發明一個較佳實施例中，所述元線圈為圓形、馬鞍形或者多邊形結構的線圈。