[發明專利]一種自動磁場補償的裝置與方法

有效

• 申請號: 201710118620.9
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106772134B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 周欣;肖康達;孫獻平;趙修超;孔霞;葉朝輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: G01R33/00
• 分類號: G01R33/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

1.一種自動磁場補償的方法，利用自動磁場補償的裝置，自動磁場補償的裝置包括旋轉臺(15)，還包括設置在旋轉臺(15)上的三維亥姆霍茲線圈和三維一階梯度線圈，旋轉臺(15)上橫向設置有筒狀的有機玻璃管(32)，有機玻璃管(32)上繞設有Z2梯度線圈(8)，有機玻璃管(32)內通過支撐桿固定有支撐臺(10)，支撐臺(10)上設置有位于矩形面的四個頂角的第一磁阻芯片(7)、第二磁阻芯片(9)、第三磁阻芯片(30)和第四磁阻芯片(31)，矩形面與水平面的夾角為45度，三維亥姆霍茲線圈包括X軸亥姆霍茲線圈(5)、Y軸亥姆霍茲線圈(6)和Z軸亥姆霍茲線圈(4)，三維一階梯度線圈包括X軸一階梯度線圈(1)、Y軸一階梯度線圈(3)、Z軸一階梯度線圈(2)，Z2梯度線圈(8)的中心軸線、有機玻璃管(32)中心軸線、Z軸亥姆霍茲線圈(4)的中心軸線、Z軸一階梯度線圈(2)的中心軸線重合，Z2梯度線圈(8)中心點、三維亥姆霍茲線圈中心點、三維一階梯度線圈中心點、有機玻璃管(32)中心點、矩形面中心點重合，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、為X軸亥姆霍茲線圈(5)、Y軸亥姆霍茲線圈(6)、Z軸亥姆霍茲線圈(4)分別依次加載設定的各個給定電壓，使用第一磁阻芯片(7)分別測試X軸亥姆霍茲線圈(5)、Y軸亥姆霍茲線圈(6)、Z軸亥姆霍茲線圈(4)在各個給定電壓值對應的磁場值大小，分別擬合X軸亥姆霍茲線圈(5)、Y軸亥姆霍茲線圈(6)、Z軸亥姆霍茲線圈(4)的給定電壓與磁場的比值關系；

為X軸一階梯度線圈(1)、Y軸一階梯度線圈(3)、Z軸一階梯度線圈(2)分別依次加載設定的各個給定電流，使用第一磁阻芯片(7)分別測試X軸一階梯度線圈(1)、Y軸一階梯度線圈(3)、Z軸一階梯度線圈(2)在各個給定電流值對應的磁場值大小，分別線性擬合X軸一階梯度線圈(1)、Y軸一階梯度線圈(3)、Z軸一階梯度線圈(2)的給定電流與磁場的比值關系；

為Z2梯度線圈(8)依次加載給定電流，使用第一磁阻芯片(7)測試在各個給定電流條件下對應的磁場值大小，線性擬合Z2梯度線圈(8)的給定電流與磁場的比值關系；

步驟2、設定旋轉臺(15)的旋轉速度，X軸一階梯度線圈(1)、Y軸一階梯度線圈(3)、Z軸一階梯度線圈(2)、X軸亥姆霍茲線圈(5)、Y軸亥姆霍茲線圈(6)、Z軸亥姆霍茲線圈(4)、Z2梯度線圈(8)、第一磁阻芯片(7)、第二磁阻芯片(9)、第三磁阻芯片(30)、第四磁阻芯片(31)均隨著旋轉臺(15)在水平面內旋轉；

步驟3、初始化目標磁場值B₀矩陣，目標磁場值B₀矩陣為一個1×12的矩陣；

步驟4、使用第一磁阻芯片(7)、第二磁阻芯片(9)、第三磁阻芯片(30)、第四磁阻芯片(31)測得磁場值B_n，n代表測量的次數，獲得測量磁場值B_n矩陣，測量磁場值B_n矩陣為一個1×12矩陣，測量磁場值B_n矩陣中的元素從上到下分別對應第一磁阻芯片(7)測得X軸向、Y軸向、Z軸向的磁場值，第二磁阻芯片(9)測得X軸向、Y軸向、Z軸向的磁場值，第三磁阻芯片(30)測得X軸向、Y軸向、Z軸向的磁場值，以及第四磁阻芯片(31)測得X軸向、Y軸向、Z軸向磁場值；

步驟5、判斷目標磁場值B₀矩陣減去測量磁場值B_n矩陣后的差值矩陣e_n的模值是否在誤差范圍內，若在誤差范圍，則轉到步驟8；若不在誤差范圍，則轉到步驟6；

步驟6、將差值矩陣e_n進行PID運算獲得輸出矩陣P_n，輸出矩陣P_n為1×12矩陣；

步驟7、將輸出矩陣P_n、X軸亥姆霍茲線圈(5)的給定電壓與磁場的比值關系、Y軸亥姆霍茲線圈(6)的給定電壓與磁場的比值關系、Z軸亥姆霍茲線圈(4)的給定電壓與磁場的比值關系、X軸一階梯度線圈(1)的給定電流與磁場的比值關系、Y軸一階梯度線圈(3)的給定電流與磁場的比值關系、Z軸一階梯度線圈(2)的給定電流與磁場的比值關系、Z2梯度線圈(8)的給定電流與磁場的比值關系，輸入到Matlab中的linprog函數中，使用基于線性規劃的L1范數規劃求解min∑V_i×w_i+I_j×N_j最小化優化問題，獲得優化矩陣，優化矩陣中的前三個元素分別對應于X軸亥姆霍茲線圈(5)、Y軸亥姆霍茲線圈(6)、Z軸亥姆霍茲線圈(4)中的優化加載電壓，優化矩陣中的后四個元素分別對應于X軸一階梯度線圈(1)、Y軸一階梯度線圈(3)、Z軸一階梯度線圈(2)、Z2梯度線圈(8)中的優化加載電流，轉到步驟4，其中，i∈{1、2、3}，j∈{1、2、3、4}，w₁、w₂、w₃分別表示X軸亥姆霍茲線圈(5)、Y軸亥姆霍茲線圈(6)、Z軸亥姆霍茲線圈(4)的電壓權重；V₁、V₂、V₃分別表示X軸亥姆霍茲線圈(5)、Y軸亥姆霍茲線圈(6)、Z軸亥姆霍茲線圈(4)的加載電壓；N₁、N₂、N₃、N₄分別表示X軸一階梯度線圈(1)、Y軸一階梯度線圈(3)、Z軸一階梯度線圈(2)、Z2梯度線圈(8)的電流權重，I₁、I₂、I₃、I₄分別表示X軸一階梯度線圈(1)、Y軸一階梯度線圈(3)、Z軸一階梯度線圈(2)、Z2梯度線圈(8)的加載電流，linprog函數的約束條件為:10^-3V≤|V_i|≤10V；10^-6A≤|I_j|≤2×10^-2A；磁場誤差△B＝|B_n-B₀|≤10nT；磁場均勻度小于等于10^-3。