Система плоских электрических катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом

 

Сущность изобретения; система плоских электрических катушек состоит из двух параллельных пластин 1 и 2, на поверхностях которых аксиально расположены электрически соединенные катушки с противоположным направлением намотки, имеющие по две концентрично расположенные и электрически соединенные последовательно секции 3,4 и 5,6. Секции имеют одинаковое число витков и их средние диаметры равны 0,94 и 1,54 расстояния между электрическими катушками. 1 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (I I) (sa)s G 01 R 33/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4881507/21 (22) 11.11.90 (46) 23.07.92. Бюл. N. 27 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) П.А.Галайдин, А.И.Замятин и В.А.Иванов (56) Патент Франции N. 2571496, кл. G 01 N 24/06, 1986. (54) СИСТЕМА ПЛОСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАТУШЕК ДЛЯ СОЗДАНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ С ЛИНЕЙНЫМ ГРАДИЕНТОМ (57) Сущность изобретения, система плоских электрических катушек состоит из двух параллельных пластин 1 и 2, на поверхностях которых аксиально расположены электрически соединенные катушки с противоположным направлением намотки, имеющие по две концентрично расположенные и электрически соединенные последовательно секции 3,4 и 5,6. Секции имеют одинаковое число витков и их средние диаметры равны 0,94 и 1,54 расстояния между электрическими катушками. 1 ил., 1 табл, 1749799

50

Изобретение относится к аппаратуре для создания дополнительного магнитного поля с линейным градиентом, используемого, например, в магнитно-резонансной томографии.

В магнитно-резонансных томографах для создания основного магнитного поля используются электромагниты и постоянные магниты с полюсными наконечниками.

В таких томографах для формования изображения используются системы плоских катушек, создающих магнитное поле с линейным градиентом. Эти катушки выполняются на пластинах из электроизоляционного материала и располагаются непосредственно на полюсных наконечниках основного магнита, Системы, генерирующие градиентное магнитное по-. ле, должны иметь высокую линейность создаваемого градиента (порядка 1% в рабочей зоне} для уменьшения геометрических искажений получаемого изображения, низкую индуктивность, необходимую для повышения их быстродействия, и малую потребляемую мощность.

Известна система катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом в магните с полюсными наконечниками, состоящая из двух параллельных пластин, на которых уложены проводники электрических катушек в виде нескольких прямоугольников, ширина которых равномерно увеличивается, Однако качество создаваемого магнитного поля в такой системе низкое и составляет 10% в области размером 70% от расстояния между пластинами, Известна также система плоских катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом, в которой расположение витков определено из условия компенсации члена третьего порядка разложения функции магнитного поля системы витков с током в ряд Тейлора. Эта система катушек имеет малую индуктивность, однако линейность создаваемого ею градиента недостаточна:

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система катушек для получения полей поляризации с постоянным градиентом с целью формирования изображений .посредством ядерного магнитного резонанса, Катушки известной системы расположены в двух параллельных плоскостях и состоят из двух концентрических секций, имеющих отношение витков, близкое к 1:8,66, и расположенных на пересечении плоскостей и круглых конусов с вершиной в центре системы и полууглами к вершине, близкими к 34 и 62 . Линейность создаваемого такой системой градиента магнитного поля достаточно высока и не превышает 1% в рабочей зоне, составляющей 62% от расстояния между плоскостями, Недостатком известной системы является высокая индуктивность катушек и большая потребляемая мощность.

Целью изобретения является снижение индуктивности и потребляемой мощности системы катушек при сохранении высокой линейности создаваемого градиента магнитного поля.

Указанная цель достигается тем, что в системе плоских электрических катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом, состоящей из двух параллельных пластин, на поверхностях которых аксиально расположены электрически соединенные последовательно катушки с противоположным направлением намотки, имеющие по две концентрично расположенные и электрически соединенные последовательно секции, все секции имеют одинаковое число витков, а их соедние диаметры равны 0,94 и

1,54 расстояния между электрическими катушками.

B известных системах для создания магнитного поля с линейным градиентом, имеющих малое число витков и низкую индуктивность, линейность создаваемого градиента недостаточна и составляет 1% в зоне

45% от расстояния между катушками. Предлагаемая система за счет нового расположения секций катушек обладает малой индуктивностью при сохранении высокой линейности создаваемого градиента магнитного поля, На чертеже схематично изображена предлагаемая система электрических катушек, поперечный разрез.

Система плоских электрических катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом состоит из двух параллельных пластин 1 и 2 из электроизоляционного материала, на поверхностях которых выполнены катушки, состоящие из двух концентрических секций 3,4 и 5,6, имеющих по крайней мере один виток. Витки секций уложены в соответствующие пазы на пластинах или могут быть выполнены другими способами, Направление намотки электрических катушек на пластинах противоположное. Пластины расположены так, что катушки имеют общую ось. Катушки и секции электрически соединены между собой последовательно. Направление создаваемого градиента магнитного поля перпендикулярно плоскостям катушек.

Для определения размеров секций может использоваться следующий метод. Про1749799

В =Р "2

Вг

Вг 2г — — — =О, В1 21 водят ось Z перпендикулярно плоскостям, в которых находятся катушки с центром О в геометрическом цейфб сйстемы катушек.

Обозначают расстояние между плоскостями 22р, тогда для двух круговых витков с 5 радиусом R и током I, находящихся на противоположных плоскостях и имеющих противоположное направление токов, значение индукции магнитного поля в произвольной точке 2, находящейся между вит- 10 ками, можно определить по формуле

< + - Ф"

15 где,и = 4_#_ 10 7 — коэффициент.

Если выбрать на оси Z две точки Z> и Zz и рассчитать в них значение индукции магнитного поля, то из условия линейного характера создаваемого градиента 20 магнитного поля можно записать уравнение

25 где Bi, Bz — значения суммарной индукции магнитного поля в точках Z> и Zz.

Такое уравнение имеет единственное решение относительно радиуса секции катушки. В системе, катушки которой содер- 30 жат по две секции, производят расчет суммарной индукции магнитного поля от системы проводников в трех различных точках на оси 2 и решают систему из двух нелинейных уравнений, аналогичных (1), относи- 35 тельно двух радиусов секций.

В результате получают значения диаметров секций катушек — 0,94 и 1,54 от расстояния между катушками.

Индуктивность электрической катушки 40 пропорциональна квадрату числа ее виткбв и определяется выражением

nz

Zm где n — число витков катушки;

Zm — сопротивление магнитной цепи катушки.

Известная система содержит две катушки, каждая из которых имеет две секции.

Пусть число витков внутренней секции равно и, тогда число витков внешней секции равно 8,66п. При этом индуктивность всей системы определяется как

1. 1=2n (1+8,66 )/Zm.

Для предлагаемой системы электрических катушек при числе витков каждой из четырех секций, равном и, индуктивность

Lz — 4n /Zв.

Сравнивая индуктивности двух систем, пол учают

I — 38.

L1

L2

Таким образом, индуктивность предлагаемой системы катушек в 38 раз ниже, чем у известной. Это позволяет увеличить быстродействие градиентной системы.

Если использовать две пластины из электроизоляционного материала с плоскими катушками, содержащими по две секции из одного витка, намотанные, например, медным проводом диаметром 2 мм, и расположить их параллельно на расстоянии 200 мм так, что катушки имеют общую ось, то при пропускании тока 45 А между пластинами создается магнитное поле с градиентом

5 мТ/м. В таблице для сравнения приведены параметры известной и предлагаемой систем электрических катушек.

При равных расстояниях между пластинами и одинаковом градиенте магнитного поля в предлагаемой системе индуктив-. ность снижена примерно в 38 раз, а потребляемая мощность ниже в 3,3 раза, при этом линейность градиента сохраняется.

Формула изобретения

Система плоских электрических катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом, состоящая из двух параллельных пластин, на поверхности которых аксиально расположены соединенные последовательно катушки с противоположным направлением намотки, имеющие по две концентрично расположенные и соединенные последовательно секции, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия создания магнитного поля п и снижении потребляемой мощности и сохранении высокой линейности создаваемого градиента магнитного поля, все секции имеют одинаковое число витков, а их средние диаметры равны 0,94 и

1,54 расстояния между электрическими катушками.

1749799

Составитель О.Ревская

Техред М.Моргентал Корректор С,Черни

Редактор М.Дербак

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2592 Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Система плоских электрических катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом Система плоских электрических катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом Система плоских электрических катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом Система плоских электрических катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к магнитометрии

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение для автоматизации тесламетров ядерного, атомного и электронного магнитного резонанса и других измерительных устройств со спиновыми детекторами

Изобретение относится к технике радиоспектроскопии, в частности к датчикам сигналов ядерного магнитного резонанса

Изобретение относится к системам получения количественной и качественной информации относительно геологических структур

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для автоматического измерения магнитной индукции однородных и неоднородных магнитных полей

Изобретение относится к магнитно-резонансной радиоспектроскопии и предназначено для контроля и поддержания заданной температуры и температурного градиента в объеме исследуемого образца, в частности в экспериментах по измерению времен магнитной релаксации и коэффициентов самодиффузии методом ЯМР

Изобретение относится к устройству ячеек для исследования короткоживущих парамагнитных частиц, образующихся при электролизе в жидкости, путем электронного парамагнитного резонанса и может быть использована для исследования электронного строения парамагнитных частиц, электрохимических и фотохимических реакций

Изобретение относится к области применения ЯКР (ядерный квадрупольный резонанс), в частности в установках для контроля багажа на транспорте, где запрещается провоз взрывчатых веществ и наркотиков

Изобретение относится к способу определения характеристик пористой подземной формации, содержащей газообразный углеводород, при этом внутри формации проходит буровая скважина

Изобретение относится к области применения ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) для обнаружения веществ, содержащих ядра, обладающие квадрупольным моментом

Изобретение относится к геофизическим методам исследований скважин, в частности к ядерно-магнитному каротажу

Изобретение относится к области устройств для медицинской диагностики, а именно к магнитно-резонансным томографам
Наверх