CN101144852A - 磁场分布的测试方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种磁场分布的测试方法及其装置，用于测试线圈的磁场分布。该方法包括对线圈施加交流电以产生交变磁场；同时测量交变磁场中多个位置上的感应电动势；以及采集并处理感应电动势信号得到所述线圈的磁场分布。该装置包括位于所述的交变磁场中的多个探头，用来感应所述的交变磁场以产生感应电动势；与所述的多个探头相连的多通道数据采集卡，用来采集所述的多个探头的感应电动势信号；以及与所述的多通道数据采集卡相连的处理器，用来处理采集到的感应电动势信号以得到所述线圈的磁场分布。本发明磁场分布的测试方法及其装置通过测试线圈的交变磁场来消除地磁场的干扰，从而提高测试精度；同时通过多通道采集测试的信号来提高测试的效率。

Description

磁场分布的测试方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种测试方法及其装置，特别是涉及一种磁场分布的测试方法及其装置。

背景技术

线圈是磁共振成像系统中的重要部件，在线圈出厂或者投入使用之前，通常需要对其进行各种测试。以磁共振成像系统中的梯度线圈为例，除了需要进行常规的电阻电感以及高压测试之外，还需要进行梯度场的磁场分布测试。

对于接近于地磁场强度的磁场，如果用直接测试方法进行测试，干扰较大，测试精度不高。由于梯度线圈产生的磁场较低，接近于地磁场强度，所以不能给梯度线圈施加直流电以在空气中进行直接磁场测试。

目前很多厂家在出厂前就直接省略梯度场测试这道工序，只进行常规的电阻电感以及高压测试。很显然，这无法保证梯度线圈的合格率，而且就算在常规测试中检查出电阻电感有问题，但是由于无法获得直接的梯度场数据，导致不能进一步进行分析以给出相应的解决方案。

有些厂家在梯度线圈的研发阶段为了得到直接的梯度场数据，将梯度线圈置于一可测试主磁场内(例如次共振成像系统的磁体产生的主磁场)，给梯度线圈施加小额直流电，这样便可直接使用现有的磁场测试工具进行检测。通过将通/断电流时所测试得到的磁场相减，便可间接得到梯度线圈产生的磁场分布情况。但这种测试方法需要附加磁场(如前述的可测试主磁场)，而且在该附加磁场中安装以及拆卸梯度线圈比较麻烦，费时费力，因此这种方法只适合于研发阶段的有限次数的测试，而并不适合于生产制造中的频繁检测。

由于通过对线圈施加交流电可以产生交变磁场，然后通过交变磁场可以得到磁场分布情况，因此可以消除地磁场干扰，提高测试的精度。然而由于梯度场的强度接近于地磁场强度，使用一般的探测方法和装置进行测试的精度较低，因此，有些厂家选择采用高灵敏度的探头(例如磁通门，高灵敏的霍尔探头等)进行梯度场测试。但是高灵敏度的探头不可避免地带来的一个问题便是成本很高，所以一般都只选用一个探头，通过精确定位装置来进行多点测量，一般对一个梯度线圈进行完全检测需要将近一个小时。因此，使用高灵敏探头的这种方法不仅成本非常高，而且测试效率较低，耗费时间长。

因此，如何提供一种简单、高效的磁场分布的测试方法及其装置已经成为线圈生产制造中的一大难题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简单、高效的磁场分布的测试方法及其装置，用来测试线圈的磁场分布。

为实现上述的目的，本发明提出一种磁场分布的测试方法，用于测试线圈的磁场分布，包括步骤：对线圈施加交流电以产生交变磁场；同时测量交变磁场中多个位置上的感应电动势；以及采集并处理感应电动势信号得到所述线圈的磁场分布。

其中，采用多通道并行采集所述的多个位置上的感应电动势信号，并对采集到的信号进行低噪音放大、工频干扰滤波、有用信号提取滤波等特殊处理以得到所述线圈的磁场分布。

相应地，本发明提出一种磁场分布的测试装置，用于测试线圈的磁场分布，所述的线圈被通以交流电以产生交变磁场，其包括位于所述的交变磁场中的多个探头，用来感应所述的交变磁场以产生感应电动势；与所述的多个探头相连的多通道数据采集卡，用来采集所述的多个探头的感应电动势信号；以及与所述的多通道数据采集卡相连的处理器，用来处理采集到的感应电动势信号以得到所述线圈的磁场分布。

该磁场分布的测试装置还包括与所述的线圈相连的电源，用来向该线圈提供交流电。所述的探头是由漆包线绕制而成的感应线圈。所述的探头呈圆弧状等分地或者按高斯角分布设置在该平板上。该平板是半圆形、圆形或者其他形状的平板。所述的多通道数据采集卡包括模拟开关，用来选择其中至少一个通道的感应电动势信号进行后续处理。所述的多通道数据采集卡还包括放大器和滤波器，分别用来对选择的通道的感应电动势信号进行放大以及滤波处理。

本发明磁场分布的测试方法及其装置通过测试线圈的交变磁场来消除地磁场的干扰，从而提高测试精度；同时通过多通道采集测试的信号来提高测试的效率。

附图说明

图1是本发明磁场分布的测试方法的流程图。

图2是本发明磁场分布的测试装置的示意图；

图3是图2中用作探头的感应线圈的结构示意图；以及

图4是图2中的多通道数据采集卡的原理图。

具体实施方式

本发明磁场分布的测试方法的技术方案是通过测试线圈的交变磁场来消除地磁场的干扰，从而提高测试精度；同时通过多通道采集测试的信号来提高测试的效率。

参阅图1，本发明方法主要包括下述的步骤：

步骤S10：对线圈施加交流电以产生交变磁场。所述的交流电的电流不宜过大，例如可以选取为5安培，以防止因电流过大而造成线圈发热量增大，进一步导致的散热的问题。

步骤S20：测量交变磁场中多个位置上的感应电动势。由于测量中使用的探头在交变磁场中会产生感应电动势，并且该感应电动势的大小随交变磁场的磁场强度的变化而变化，因此通过探测该感应电动势的变化的分布即可得知所述的线圈的磁场分布。

步骤S30：采集并处理感应电动势信号得到所述线圈的磁场分布。通过多通道并行采集所述的多个位置上的感应电动势信号可以有效地提高测试的效率，减少测试所需的时间。由于所述的线圈中通过的交流电电流不大，产生的交变磁场强度较小，导致所述的感应电动势强度也较小，因此在后续处理中，对采集到的感应电动势信号进行低噪音放大、工频干扰滤波、有用信号提取滤波的特殊处理，以得到更准确的磁场分布数据。

参阅图2，本发明相应的装置包括通过数据线20依次相连的电源10和线圈30。该电源10向该线圈30提供交流电，该线圈30被通以交流电后产生交变磁场。在本实施例中，该线圈30是以梯度线圈为例进行说明的，其被通以交流电后产生的交变磁场是梯度场。在该线圈30产生的交变磁场中的多个位置设置探头42。所述的探头42是由漆包线绕制而成的感应线圈，其在该交变磁场中会产生感应电动势。

参阅图3，设上述用作探头的感应线圈的内半径为d，外半径为D，长度为L、匝数为N，当满足 $\frac{L}{D}=\sqrt{\frac{9(1-{\mathrm{\λ}}^5)}{20(1-{\mathrm{\λ}}^3)}},$ 其中λ＝d/D时，该感应线圈感应到的电动势只与自其中心点出发的磁场的轴向分量B_z(0，t)有关，值为 $\mathrm{\ϵ}=\frac{\mathrm{\π}{D}^2}{12}N(1+\mathrm{\λ}{+\mathrm{\λ}}^2)\frac{d{B}_z(0,t)}{\mathrm{dt}}.$ 而当该线圈30被通以频率为ω的交流电后产生交变磁场为简谐磁场，其轴向分量B_z(0，t)＝GI·Sin(ωt+φ)，其中G为磁场强度，I为所述的交流电的电流幅值，从而得到在该感应线圈中产生的感应电动势为 $\mathrm{\ϵ}=-\frac{\mathrm{\π}{D}^2}{12}N(1+\mathrm{\λ}+{\mathrm{\λ}}^2)\·\mathrm{\ωGICos}(\mathrm{\ωt}+\mathrm{\φ}).$ 因此通过采集位于不同位置上的不同探头的感应电动势便可得到所述的不同位置上的磁场强度，进一步可得到线圈30的磁场分布。

在本实施例中，所述的探头42被设置在一平板40上，该平板40是半圆形平板。优选地，所述的探头42呈圆弧状等分地设置在该平板40上，或者按高斯角分布设置在该平板上。该平板40以不同的角度沿着箭头R所示的方向旋转便可通过其上设置的探头42探测到不同位置的感应电动势的大小，从而可以得到完整的磁场分布的数据。

作为一个更具体的实施例，可以采用23个所述的探头42按高斯角分布在半径为25cm的半圆形平板上，当在200K的频率下测量相邻的探头间的耦合情况时，当所述的相邻的探头相距1cm时，衰减已达到1000倍左右。因此，当相邻的探头间的距离大于5mm以上时，其耦合可忽略不计，即对使用本发明方法得到的测量的结果的影响可以忽略不不计。

虽然在本实施例中，该平板40是半圆形平板，然而在其他实施例中，该平板40也可以是圆形平板或者其他形状的平板。同理，所述的探头42在该平板40上的分布也不限于圆弧状等分地分布或者按高斯角分布，其他的位置确定的、有规律的分布方式同样也可以应用在本发明中。

本发明装置还包括通过数据线20与所述的多个探头42相连的多通道数据采集卡50，用来采集所述的多个探头42的感应电动势信号。该多通道数据采集卡50进一步通过数据线20与包括处理器的计算机60相连，通过其处理器处理采集到的感应电动势信号以得到该线圈的磁场分布。所述的对感应电动势信号的处理包括但不限于计算爬升率(Slew rate，单位时间内梯度场的上升速度，爬升率＝梯度强度/爬升时间)等。

参阅图4，所述的多通道采集卡50通过多个相应的通道与所述的多个探头42相连以进行信号采集。该多通道采集卡50包括模拟开关301，用来选择其中至少一个通道采集的感应电动势信号进行后续处理。该多通道采集卡50还包括放大器302，用来对选择的通道的感应电动势信号进行低噪音放大；包括滤波器303、304用来对放大后的信号进行滤波，所述的滤波包括但不限于工频干扰滤波、有用信号提取滤波等。上述的经过放大和滤波的信号在该多通道采集卡50内经过差分器305，模/数转换器306，然后通过光电耦合器307a与CPLD(Complicated Programmable Logical Device，复杂的可编程逻辑器件)308相连，最后通过串口(RS232)或者USB口与所述的计算机60相连。计算机60可以通过该串口或者USB接口向该多通道采集卡50发送指令以实现对某一通道进行采样时间和采样频率的控制。

Claims (18)

1.一种磁场分布的测试方法，用于测试线圈的磁场分布，包括步骤：

S10)对线圈施加交流电以产生交变磁场；

S20)同时测量交变磁场中多个位置上的感应电动势；以及

S30)采集并处理感应电动势信号得到所述线圈的磁场分布。

2.根据权利要求1的磁场分布的测试方法，其特征在于：所述的交变磁场是梯度场。

3.根据权利要求1的磁场分布的测试方法，其特征在于：多通道并行采集所述的多个位置上的感应电动势信号。

4.根据权利要求1、2或3的磁场分布的测试方法，其特征在于：对采集到的信号进行低噪音放大。

5.根据权利要求1、2或3的磁场分布的测试方法，其特征在于：对采集到的信号进行工频干扰滤波。

6.根据权利要求1、2或3的磁场分布的测试方法，其特征在于：对采集到的信号进行有用信号提取滤波。

7.一种磁场分布的测试装置，用于测试线圈的磁场分布，所述的线圈被通以交流电以产生交变磁场，其特征在于包括：

位于所述的交变磁场中的多个探头，用来感应所述的交变磁场以产生感应电动势；

与所述的多个探头相连的多通道数据采集卡，用来采集所述的多个探头的感应电动势信号；以及

与所述的多通道数据采集卡相连的处理器，用来处理采集到的感应电动势信号以得到所述线圈的磁场分布。

8.根据权利要求7的磁场分布的测试装置，还包括与所述的线圈相连的电源，用来向该线圈提供交流电。

9.根据权利要求7的磁场分布的测试装置，其特征在于：所述的线圈是梯度线圈。

10.根据权利要求7的磁场分布的测试装置，其特征在于：所述的探头是由漆包线绕制而成的感应线圈。

11.根据权利要求7的磁场分布的测试装置，其特征在于：所述的探头被设置在一平板上。

12.根据权利要求10的磁场分布的测试装置，其特征在于：所述的平板是半圆形平板。

13.根据权利要求10的磁场分布的测试装置，其特征在于：所述的平板是圆形平板。

14.根据权利要求10、11或12的磁场分布的测试装置，其特征在于：所述的探头呈圆弧状等分地设置在该平板上。

15.根据权利要求10、11或12的磁场分布的测试装置，其特征在于：所述的探头按高斯角分布设置在该平板上。

16.根据权利要求7的磁场分布的测试装置，其特征在于：所述的多通道数据采集卡包括模拟开关，用来选择其中至少一个通道的感应电动势信号进行后续处理。

17.根据权利要求15的磁场分布的测试装置，其特征在于：所述的多通道数据采集卡包括放大器，用来对选择的通道的感应电动势信号进行放大。

18.根据权利要求16的磁场分布的测试装置，其特征在于：所述的多通道数据采集卡包括滤波器，用来对放大后的感应电动势信号进行滤波处理。

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