[發明專利]一種消除瞬態環境干擾的磁場鎖定裝置及方法

有效

• 申請號: 202110274184.0
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113030812B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 蔣瑜;張嘯陽;徐俊成;姚守權
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G01R33/389
• 分類號: G01R33/389
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 錢文斌;宋纓

本發明涉及一種消除瞬態環境干擾的磁場鎖定裝置及方法，裝置包括：設置在主磁體附近的磁場傳感器，用于采集環境磁場，所述環境磁場包括瞬態磁場信號；模數轉換器，用于將所述環境磁場轉換為數字信號；處理器，用于基于所述數字信號計算磁場補償量；補償裝置，用于根據所述磁場補償量產生補償電信號，并根據所述補償電信號抵消所述環境磁場中的干擾。本發明能夠實時精確地補償由環境干擾造成的磁場波動，解決低頻環境干擾造成的瞬態磁場波動產生的問題。

技術領域

本發明涉及磁場鎖定技術領域，特別是涉及一種消除瞬態環境干擾的磁場鎖定裝置及方法。

背景技術

核磁共振這一物理現象作為分析物質的手段，由于可以深入物質內部而不破壞樣品，并且具有迅速、準確、分辨率高等優點而得以迅速發展和應用，在生命科學、食品安全、高分子化學等科研和生產領域中發揮了巨大的作用。人們根據核磁共振原理研制出核磁共振儀器用于不同實驗需求及應用領域，而磁體作為儀器的重要組成部分，其穩定性直接影響到實驗和應用的準確性。更確切地說，是由于磁體產生的主磁場的穩定性易受各種環境干擾影響，采用磁場鎖定技術補償主磁場強度的變化，會大大提高磁場的穩定性。磁場鎖定技術即通過檢測主磁場強度并獲得其偏移值，然后根據磁場偏移值對主磁場進行反饋調整從而達到穩定主磁場的目的。在已有的技術中，保持主磁場穩定主要有以下幾種方法：

現有專利文獻CN108761364B公開了一種核磁共振弛豫分析儀鎖場系統及其應用方法，該方法主要是通過探測¹⁹F的核磁共振信號來檢測主磁場的波動，通過拉莫爾公式將¹⁹F頻率的變化轉變為主磁場的偏移值，再進一步換算為補償電流，并將補償電流送至安裝在磁極上的補償線圈，從而對主磁場的變化進行補償。但由于這個方法包括射頻激發、采樣、傅里葉變換及后續處理，從射頻激發到將¹⁹F頻率偏差轉換為補償磁場需要較長時間，總體上缺乏實時性，對因溫度引起的磁場慢變化補償效果較好，但不能有效地補償環境因素造成的瞬態磁場波動。

另一種方法是采用主動屏蔽裝置來保持磁場穩定，該裝置可以屏蔽外部干擾磁場且能對不均勻磁場進行局部補償。主要有兩種主動屏蔽裝置：一種是僅在磁體周圍安裝三維的主動屏蔽線圈，將磁體包圍起來；另一種是在磁共振設備安裝房間的四周共六個面(四個墻面、頂部和地面)安裝三維的主動屏蔽線圈。此方法不僅控制繁瑣，屏蔽裝置復雜，同時對磁共振設備的安裝位置進行了限制，不能隨意移動或搬出房間。專利文獻CN105828594A公開了一種具有局部磁場補償能力的主動屏蔽裝置，但此方法需要在磁體周圍各個方向放置磁屏蔽層、補償線圈陣列和磁強計，且不同補償線圈的擺放陣列有較細的要求。另外還需要通過中央控制器控制各個補償線圈，因此還存在一定的時間延遲。

此外，在專利文獻CN106886000A中公開了一種穩定磁場的方法，主要通過測量惰性氣體的共振頻率實現對磁場強度的測量及鎖定。該方法將激光光子的角動量傳遞給惰性氣體原子，通過測量惰性氣體的核磁共振頻率，然后轉換為電壓信號進行處理，處理完畢后通過磁場信號源驅動補償線圈產生補償磁場。此方法根據反饋信號多次控制磁場信號源，重復數次調整信號源輸出的補償電流，所以從受到磁場波動影響到穩定主磁場需要一定時間，并且裝置非常復雜。此方法缺乏實時性，很難實現對瞬態干擾的補償。

發明內容

本發明提供一種消除瞬態環境干擾的磁場鎖定裝置及方法，能夠實時精確地補償由環境干擾造成的磁場波動，解決低頻環境干擾(直流至1KHz)造成的瞬態磁場波動產生的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種消除瞬態環境干擾的磁場鎖定裝置，包括：設置在主磁體附近的磁場傳感器，用于采集環境磁場，所述環境磁場包括瞬態磁場信號；模數轉換器，用于將所述環境磁場轉換為數字信號；處理器，用于基于所述數字信號計算磁場補償量；補償裝置，用于根據所述磁場補償量產生補償電信號，并根據所述補償電信號抵消所述環境磁場中的干擾。

所述磁場傳感器采集的磁場方向與主磁體的磁場方向平行。