[發明專利]具有自行溫度補償功能的核磁共振磁體

在審

• 申請號: 201611183744.7
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106772164A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 李曉南;劉國強;李士強;夏正武;張超;李艷紅
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01R33/3873
• 分類號: G01R33/3873;H01F7/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種核磁共振磁體。

背景技術

目前，公知的永磁體難以用于核磁共振化學位移譜的檢測，主要原因是永磁體產生的磁場空間均勻度不能達到0.1ppm量級；而且，即便均勻度要求達到了，由于永磁體較強的溫度敏感性，大約溫度每變化1攝氏度，釹鐵硼磁場變化-1100ppm，釤鈷磁場變化-300ppm，給潛在的核磁共振波譜檢測帶來問題。

發明內容

為了克服現有的環形永磁體磁場隨溫度波動的問題，本發明提出一種核磁共振磁體，該磁體具有自行溫度補償功能，不僅能在某一特定溫度點上勻場，而且考慮了磁材逆溫度效應和材料熱脹冷縮因素，當溫度在一個范圍內波動時，磁體磁場的均勻度基本保持不變。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：在環形磁體的磁塊陣列中，嵌入一個補償磁場磁塊陣列，用于補償磁場的溫度變化量。主磁場磁塊陣列采用的磁材是釤鈷，補償磁場磁塊陣列采用的是釹鐵硼。主磁場磁塊陣列產生的主磁場的表達式可以寫成：

式中，B^I是主磁場的磁通密度，感興趣場點的位置，T是工作環境溫度，R^I是環形磁體的平均半徑，k^I是剩磁的逆溫度系數，是與磁鋼骨架熱膨脹系數有關的由于磁塊各向同性熱膨脹導致的磁場熱變化系數，σ是誤差項，T₀是整個磁體的設計工作溫度，是T₀溫度條件下主磁體的平均半徑，△T是實際工作溫度與設計工作溫度的差值。

補償磁場磁塊陣列產生的補償磁場與主磁場方向相反，補償磁場磁塊陣列產生的磁場表達式與上式(1)相似。那么，當滿足下式的比例關系時,

式中，是工作溫度為T₀時主磁場的磁通密度，是工作溫度為T₀時補償磁場的磁通密度，k^II是補償磁塊陣列的剩磁逆溫度系數，是補償磁塊陣列的磁場熱變化系數。

主磁場和補償磁場相疊加的結果，在室溫23攝氏度到33攝氏度的范圍內，組合磁場不隨溫度變化。

本發明磁體包括主磁場磁塊陣列和補償磁場磁塊陣列，主磁場磁塊陣列和補償磁場磁塊陣列交叉嵌套，構成一個環形結構。主磁場磁塊陣列所產生的主磁場的磁通密度大于補償磁場磁塊陣列所產生的補償磁場的磁通密度，二者的磁通密度矢量在環形內部區域方向相反。

所述的主磁場磁塊陣列由上主磁塊、右主磁塊、下主磁塊和左主磁塊構成；所述的補償磁場磁塊陣列由右上補償磁塊、右下補償磁塊、左下補償磁塊和左上補償磁塊構成。上主磁塊的充磁方向向上，右主磁塊的充磁方向向下，下主磁塊的充磁方向向上，左主磁塊的充磁方向向下。右上補償磁塊、右下補償磁塊、左下補償磁塊和左上補償磁塊也分別按照特定的磁極方向排列，即右上補償磁塊的充磁方向向左，右下補償磁塊的充磁方向右，左下補償磁塊的充磁方向向左，左上補償磁塊的充磁方向向右，使得補償磁場的方向和主磁場方向相反。

本發明可以克服圓環形永磁體磁場隨環境溫度變化而波動的缺點。

本發明在工作過程中，當周圍環境低于設定的磁體工作溫度時，由于稀土永磁材料具有逆溫度效應，即當溫度升高時，磁體磁場磁通密度降低，而當溫度降低時，磁體磁場磁通密度升高，特別地，這種效應是可恢復的，即當環境溫度升高以后再降低、或者降低以后又升高，那么磁體磁場磁通密度會恢復溫度變化以前的原值。

本發明的主磁場磁塊陣列由釤鈷磁材制成，補償磁場磁塊陣列由釹鐵硼磁材制成。當環境溫度升高時，主磁場磁塊陣列和補償磁場磁塊陣列的磁場磁通密度同時減小，而且根據兩種磁體材料的逆溫度系數，即磁場變化率，根據公式(1)和公式(2)，通過設計一個適宜的工作溫度時的磁場磁通密度值，使得主磁場磁塊陣列和補償磁場磁塊陣列的磁場磁通密度值的減小量相等，那么和磁場，即主磁體和補償磁體的磁通密度矢量和，保持不變，達到了磁體磁場不隨環境溫度變化的目的。

本發明磁體的工作溫度為30攝氏度，當環境溫度、主磁場磁塊陣列溫度和補償磁場磁塊陣列溫度分別低于和高于工作溫度時，對應的磁體磁場變化值如下表所示。

通過本發明主磁場磁塊陣列和補償磁場磁塊陣列結合的磁體設計方法，達到了磁體磁場不隨環境溫度變化的目的。

附圖說明

圖1是本發明的磁鋼橫剖面結構圖，

圖中：1上主磁塊，2右上補償磁塊，3右主磁塊，4右下補償磁塊，5下主磁塊，6左下補償磁塊，7左主磁塊，8左上補償磁塊。