CN104937433A - 具有轴向通道的共振陷阱 - Google Patents

Abstract

一种共振陷阱包括其内部形成轴向通道的中空圆柱形主体。内导体设置在所述中空圆柱形主体的内壁上并且外导体设置在所述中空圆柱形主体的外壁上。呈弹性环或轴向板形式的载体附接到所述轴向通道的所述内壁和安装到所述载体的调谐电容器。

Description

具有轴向通道的共振陷阱

发明领域

本发明涉及一种尤其用于磁共振检查系统中的共振陷阱(resonanttrap)。该共振陷阱具有可穿过其馈送电引线或电缆的轴向通道。共振陷阱抑制电引线或电缆中由沿着电引线或电缆的电磁性联接感应的不需要的共模电流，所述电磁性联接由于(例如)磁共振检查系统所产生的RF场引起。

背景技术

从国际申请案W O 03/025608知晓这样的共振陷阱。已知的共振陷阱具有带有内导体和外导体的圆柱形布置。两者均在共振陷阱的短路端部处彼此连接。内导体覆盖电引线的一部分并且外导体覆盖内导体。已知的共振陷阱具有通道，电缆或电引线可通过简单地将其滑动穿过通道而被馈送穿过所述通道。特定来说，共振陷阱与电缆或电引线之间不需要流电连接(galvanic connection)。

发明内容

本发明的目标是提供一种易于制造的共振陷阱。

这个目标由根据本发明的共振陷阱实现，所述共振陷阱包括

中空圆柱形主体，所述中空圆柱形主体的内部形成轴向通道，并且内导体设置在所述中空圆柱形主体的内壁上并且外导体设置在所述中空圆柱形主体的外壁上；

载体，所述载体附接到所述轴向通道的所述内壁；和

调谐电容器，所述调谐电容器安装到所述载体。

与导电的内导体和外导体的电感和电容一起，调谐电容器实现：共振陷阱具有处于或接近与磁共振检查系统的主磁场相关联的拉莫尔(Larm or)频率的共振频率。所述磁共振检查系统可以是从待检查的患者获取磁共振图像数据或磁共振光谱学数据的磁共振诊断性成像或光谱学系统。调谐电容器结合内导体和外导体的电磁配置形成具有大约拉莫尔频率的共振带宽的共振结构。所述调谐电容器增加所述共振陷阱的有效电长度。因此，需要相对短的物理长度来实现处于拉莫尔频率的大约1/4波长的有效电长度。因此，所述共振陷阱仅需要小的空间。所述载体容易机械连接到所述内壁。所述调谐电容器容易连接到所述载体。尤其的是，在所述内壁与所述载体之间和在所述载体与所述调谐电容器之间采用独立的机械和/或电连接。因此，所述调谐电容器可连接到所述载体而没有从所述内壁释放所述载体的风险。这使得易于实现所述调谐电容器与所述外壁之间的电连接，同时所述调谐电容器在机械连接到所述内壁的所述载体上保持于适当位置。特定来说，可实现将所述调谐电容器焊接到所述电连接而没有损坏所述电连接到所述外壁的已焊接的连接的风险。看来，本发明的共振陷阱具有改进的操作寿命和改进的可靠性，尤其因为所述共振陷阱较不易于因温度改变而损坏。

所述共振陷阱旨在减小穿过电引线或穿过电缆的外套的共模电流，所述电引线或电缆被馈送穿过共振陷阱的轴向通道。

将参照从属权利要求中所定义的实施例进一步详细描述本发明的这些和其它方面。

根据本发明的方面，所述载体由在其(若干)断路端部(open end)(中的一个)处夹紧在所述轴向通道中的弹性环形成。所述夹紧环提供所述调谐电容器可容易地安装到其上的稳定支撑件。此外，所述环简单地夹紧到所述轴向通道中，这并不涉及复杂制造步骤。在本发明的相关方面中，一个或多个轴向延伸的突出部设置在所述弹性环上。所述调谐电容器安装于这些突出部中的一个上。可提供数个调谐电容器，其中的每一个安装于所述突出部中的一个上。

当所述调谐电容器焊接到从所述弹性环延伸的所述突出部时，形成所述载体的所述弹性环固定地保持在适当位置。此外，当所述弹性环焊接到所述内壁上的所述导体时，所述弹性环保持夹紧于适当位置。此外，在所述调谐电容器与所述外导体之间形成电连接。这个电连接由焊接到所述调谐电容器和所述外导体(的触点中的一个)的导电条带形成。在这些焊接期间，呈所述弹性环形式的所述载体固定地保持在适当位置。这对选择相应焊料的熔点进一步提供更多的自由度而没有已焊接的连接可能变得脱离的风险。所有部件在适当位置保持稳定，因为所述弹性环夹紧于适当位置。

根据本发明的另一方面，载体由轴向板形成。在本发明的这个实施例中，提供穿过所述轴向通道的内壁的径向入口或开口。所述径向入口延伸穿过所述外导体，所述中空圆柱形主体的所述壁和所述内导体。所述轴向板在所述轴向通道中靠近所述径向入口处附接到所述圆柱形中空主体。尤其是，所述轴向板安装到所述轴向通道的内壁以使得所述轴向板在所述径向入口遇到所述轴向通道之处延伸于所述径向入口上方。举例来说，所述轴向板附接到所述圆柱形主体的所述内导体。然后，所述调谐电容器安装到所述轴向板上并且容纳于所述径向入口内部。在所述径向入口附近将所述轴向板附接于所述轴向通道内部是简单的。此外，将所述调谐电容器安装于所述轴向板上以使得所述调谐电容器容纳于所述径向入口中是简单的。

根据本发明的另一方面，所述调谐电容器电连接到所述中空圆柱形主体的所述外壁。这个电连接通过在所述调谐电容器与所述外壁之间延伸的导电(金属)条带来实现。更特定来说，所述金属条带与所述调谐电容器的一个电端子接触且与所述中空圆柱形主体的所述外壁上的所述外导体接触。举例来说，当使用表面安装技术(SM T)电容器时，所述(若干)电端子由所述SM T电容器的所述(若干)端子形成。根据本发明的这个方面，所述金属条带的长度，尤其是，与所述外导体接触的所述金属条带的所述长度是所述导电条带到所述外导体的预定粘合所要求的最小长度。这个最小长度可借助于在人工气候室中执行的所谓的高加速寿命(HALT)测试通过实验确定。因此，就大得足以实现良好机械附接并且短得足以经得住严峻的热循环的长度而言，所述导电条带的固定得到优化。这个最小长度确保所述导电条带与所述外导体之间的充足机械粘合。本发明的这个方面的内含在于，当所述导电条带长于充足粘合的这个最小长度时，然后，所述导电条带与所述外导体之间的连接变得易于因所述导电条带的热膨胀而损坏。所述电容器的导电条带中的数个的热膨胀在相同方向上膨胀，并且同时，热膨胀在所述焊接点上产生尽可能小的机械应力。以类似方式，借助于这样的导电条带，所述调谐电容器可连接到所述内导体。

所述载体可焊接到设置于所述中空圆柱形主体的所述内壁上的所述内导体。接下来，所述调谐电容器尤其借助于其电端子中的一个焊接到所述载体。

形成所述载体的所述轴向板使用具有高熔点的焊料焊接到所述内壁上的所述内导体。举例来说，适合焊料是Sn₆₂Pb₃₆Ag₂或Sn₁₀Pb₈₈Ag₂。与所述中空圆柱形主体分离，所述导电条带也使用具有高熔点的焊料焊接到所述调谐电容器的一个电端子。随后，具有所述导电条带的所述调谐电容器安装到所述轴向板上。因此，所述电容器容纳于所述径向凹槽中并焊接到所述轴向板。所述导电条带然后从所述径向凹槽延伸于所述外导体上方并且可简单地焊接到所述外导体。尤其是，采用具有较低熔点的焊料将所述电容器焊接到所述轴向板上并且将所述导电条带焊接到所述外导体。以这种方式，后续焊接不能使先前焊接的触点脱离，因为这些先前焊接的触点具有比随后焊接的触点高的熔点。所述轴向板和所述导电条带由于温度改变所致的轴向膨胀在相同方向上，从而导致所述焊接点上无机械应力。因此，在所述内导体上使用仅一个焊接点并且在所述外导体上使用仅一个焊接点。所述焊接点的定位允许电容器由于温度改变而自由地移动。

根据本发明的又一方面，切向地延伸的绝缘狭缝设置在所述外导体中。这些狭缝影响所述共振陷阱的电感和共振频率。提供这些狭缝可简单地来通过穿过所述外导体刮出狭缝完成。举例来说，可在测量所述共振陷阱的电感或共振频率的同时提供狭缝。这个测量在所述共振陷阱的制造期间执行。这实现对所述共振陷阱的共振的精确的调谐和高度可靠的建构而不需要复杂的制造步骤。以这种方式，增加好品质共振陷阱的制造产出率。尤其是，在所述中空圆柱形主体的电闭合端部处，所述内导体和所述外导体通过短路电连接。即，在所述中空圆柱形主体的所述电闭合(即，电短路)端部处在所述内导体与外导体之间设置导电连接。

所述内导体和所述外导体在所述中空圆柱形主体的断路端部处电分离。本发明的这个方面的内含在于，所述共振陷阱的电感和共振频率仅在所述断路端部附近对所述绝缘狭缝的长度弱敏感。所述共振陷阱的电感对所述绝缘狭缝的长度敏感得多，因为所述绝缘狭缝位于所述电闭合端部附近。因此，在所述断路端部附近应用所述绝缘狭缝允许以容易方式实现所述绝缘狭缝的长度以在制造期间精确地调整所述共振陷阱的共振频率。在所述断路端部附近的所述绝缘狭缝，因为其对电感和共振频率的相对弱影响，似乎进一步减小在所述共振陷阱的操作寿命期间对所述外导体损坏的敏感性。

根据本发明的另一方面，所述内导体和外导体由在所述中空圆柱形主体的所述电短路端部上、即在所述电闭合端部上延伸的连续导电层(即，镀层)形成。所述连续导电层围绕所述陷阱的由介电材料制成的所述中空圆柱形主体的圆化边缘成形在所述短路与所述内导体和外导体之间。举例来说，所述连续导电层的所述圆化边缘通过在所述圆柱形中空主体的圆化边缘上方设置所述导电层形成。这些圆化边缘实现所述导电层到所述中空圆柱形主体上的良好粘合。举例来说，所述中空圆柱形主体由介电材料(例如，陶瓷材料)制成，并且举例来说，所述导电层是银、铜或铝层。此外，当所述边缘被圆化时，所述导电层(镀层)到所述中空圆柱形主体的粘合机械上更强；当所述边缘具有至少大约1mm的曲率的半径时，实现极好的结果。曲率的最大半径通过所述中空圆柱形主体的壁的厚度确定，并且实际上，所述最大半径是所述壁的所述厚度的大约一半。在实际实例中，所述壁厚度是大约6mm并且所述圆化边缘的曲率的半径在1mm与3mm之间。

根据本发明的另一方面，其中所述调谐电容器安装于所述轴向板上所述径向入口中，在所述外导体与所述内导体之间在所述中空圆柱形主体的所述电断路端部处提供电绝缘区域。实现这是因为，在所述电断路端部处，所述内导体长于外导体。形成这个电绝缘区域是因为在所述外壁上方的所述外导体并不总是延伸达到所述电断路端部。这个电绝缘区域在所述中空圆柱形主体的外壁上方切向地并且在所述外导体与所述电端部之间纵向地延伸。优选地，所述内导体完全延伸到所述内部的所述物理端部。这个电绝缘区域减小所述共振陷阱的共振频率对穿过所述轴向通道馈送的电缆或电引线的负载的敏感性。

附图说明

将参照下文中描述的实施例并且参照附图阐明本发明的这些和其它方面，其中

图1示出本发明的共振陷阱的实施例的分解视图，

图2示出具有安装在适当位置的调谐电容器的图1的共振陷阱的实施例；

图3示出具有径向入口的本发明的共振陷阱的另一实施例；

图4示出示出安装于径向入口中的调谐电容器的图3的共振陷阱的闭合，

图5示出图1和2的本发明的共振陷阱的示意性横截面，并且

图6示出图3中的本发明的共振陷阱的示意性横截面。

具体实施方式

图1示出本发明的共振陷阱的实施例的分解视图。共振陷阱1包括中空圆柱形主体13。中空圆柱形主体的内部形成轴向通道11。待陷获的电缆(未示出)可滑动穿过轴向通道。外导体12设置在中空圆柱形主体的外壁上并且内导体设置在内壁(即，轴向通道11的壁)上。(若干)调谐电容器安装到其上的载体14具有在通道入口处夹紧于轴向通道中的弹性环的形式。弹性环14具有调谐电容器可安装到其上的突出部21。调谐电容器中的每一个在其电端子中的一个处借助于导电条带33电连接到外导体。在共振陷阱的电闭合端部17处，内导体和外导体电连接(附图中不可见)。在共振陷阱的电断路端部18处，内导体与外导体分离(即，电绝缘)。

如图1中可见，呈弹簧形式的具有C形状和形成突出部的两个、三个、四个或更多个支柱的弹性环用于安装电容器。这个C形状的弹簧的优点是当其被推动于陶瓷导管内部中时其保持自身定位。这对焊接过程来说是重要的。首先，环必须焊接到内部上的银镀层，接下来，电容器必须焊接到支柱。对于该上一个焊接动作，必须加热支柱直到超过焊接的熔点为止，同时C形状的环必须在内部上保持固定于其位置上，同时可局部地熔化内部上的焊接点。所以，C形状的环的弹簧功能在焊接动作期间将环保持在适当位置。通常，这由两种不同焊料来完成，所以，具有两个不同的熔点。将导电条带33连接到电容器的第三焊接点利用高熔点焊料。上一个焊接点是导电条带33到导管的外部的镀层的连接。这同样是较低熔点的焊料。使用具有不同熔化温度的焊料不难实现。焊接点有力地确定这些陷阱的寿命和可靠性。焊接点中的裂缝立即导致陷阱失灵。因为载体(例如，C形状的环)保持在适当位置，所以避免了焊接中的裂缝。

图2示出具有安装在适当位置的调谐电容器15的图1的共振陷阱的实施例。这里，示出具有四个调谐电容器的实施例。在图2中，还示出如设置在电断路端部附近的影响共振陷阱的电感的数个狭缝。同样，狭缝设置在共振陷阱的电断路端部18附近。在这个区域中，易于精确地调整狭缝的大小(尤其是长度)以精确地调整共振陷阱的共振频率。

狭缝定位于靠近于断路端部的区域中。优点在于，与靠近于共振陷阱的电短路端部的区域相比，这个区域对狭缝较不敏感，这导致对狭缝的边缘上的损坏的较小敏感性。另一优点在于，在正常操作期间，与电短路端部附近相比，靠近于断路端部，较小的电流在运行，这减小经由H场的不需要的电磁性联接。尽管断路端部附近的区域较不敏感，但是狭缝图案具有足够大的调谐范围。那意味着，在无狭缝与最大允许的狭缝(总周长的70％与最大两个层)之间的差异导致充足频率差异以补偿所有频率漂移产生的不准确。

图3示出具有径向入口31的本发明的共振陷阱的另一实施例。在这个实施例中，调谐电容器15容纳于径向入口31中。调谐电容器15借助于导电条带33电连接到外导体。银、焊料和陶瓷的热膨胀系数是不同的。来自图2和3的焊接距离SD越长，膨胀差异越大。从强化HALT测试(高加速寿命测试)来看，大约5mm对良好粘合(600grf/mm2)来说足够长并且对不因热膨胀差异而在焊接点上产生破坏力来说足够短。在寿命测试期间，较长的条带示出裂缝和与银镀层断路连接。

图4示出图3的共振陷阱的闭合，其示出安装于径向入口中的调谐电容器。在图4的闭合中，还示出调谐电容器15，其安装在径向入口31中且安装到轴向板32上。在图3和4中，还示出在外导体13与共振陷阱的断路端部之间的绝缘区域41。形成绝缘区域是因为，外导体并不总是延伸到由介电材料制成的中空圆柱形主体的端部。非磁性镀层通过浸镀工艺执行。完全陷阱浸镀于银池中，留下一个端部在短距离上未浸镀。这种方式，一个端部(电短路端部)由镀层覆盖，未完全向下推动于液池中的另一端部保持电断路。为制作这种银镀敷的导管通常导致尖锐边缘。银镀层不能附接到尖锐边缘。尤其，电短路端部是敏感的。如果镀层在电短路端部处脱离，那么将导致不能接受的频率改变。通常建议各自45度的两个边缘，但这使困难加倍。45度的边缘仍是尖锐的。如果短路端部具有圆化边缘，那么这个端部可仅是镀敷的，大约1mm的曲率半径提供良好的结果。

出于另一原因，断路端部处的边缘还必须是圆化的。尖锐边缘是脆弱的。陶瓷是易碎的。如果陶瓷材料的小碎片(chip)被从断路端部推离，频率改变也将出现，因为断路端部充当是这个共振系统的一部分的电容器，并且这个电容器的电容因移除介电材料而改变。

如图4中可见，内部上的银镀层比外部上的银镀层更靠近于断路端部。以这种方式，陷阱的共振频率对电缆的厚度不敏感。针对M RI系统中的应用，陶瓷陷阱总是安装于电缆周围。鉴于陶瓷陷阱的类型数目减小，应允许一个共振陷阱类型中使用不同厚度的电缆。如果内部和外部上的镀层长度均相等，那么陷阱的共振频率受电缆厚度影响，本发明的共振陷阱中避免了这种情况。

图5示出图1和2的本发明的共振陷阱1的示意性横截面。横截面沿着平行于纵向轴线18的平面。共振陷阱的主体围绕纵向轴线18圆柱形对称，并且内部形成轴向通道11。主体13由陶瓷介电材料制成。外导体12作为金属镀层设置于圆柱形主体13上。内导体22设置于主体的内壁上，即，轴向通道的壁上。在陷阱1的电闭合端部17处，内导体22和外导体12电接触。实际上，在闭合端部处的外导体和内导体在形成电短路23的圆柱形主体的壁的端部面上方形成连续导体。内导体和外导体延伸于电端部上方并且跟随中空圆柱形主体的形成的圆化边缘以使得内导体和外导体自身在共振陷阱的电闭合端部处形成圆化边缘。似乎这些圆化边缘增强内导体和外导体到圆柱形主体的粘合。这致使共振陷阱较不易于损坏导体外和内导体。在陷阱的相反端部处，弹性环14夹紧于轴向通道11的断路端部中。一个或数个突出部(或支柱)21从弹性环14延伸并且携载(若干)调谐电容器15。对于每一个突出部，焊接调谐电容器中的一个。每一调谐电容器15借助于导电条带33与外导体12电接触，导电条带33从调谐电容器15延伸到外导体12并且焊接到外导体的表面。导电条带以焊接长度sd焊接到外导体。长度sd使得其足够长以实现导电条带的充足粘合。为了避免导电条带与外导体之间的热应力，焊接长度sd不长于充足粘合所需。

切向地延伸的绝缘狭缝16设置在外导体中在共振陷阱的电断路端部附近的区域中。这些狭缝16延伸于圆柱形主体上并且局部地中断外导体。在共振陷阱的制造期间，借助于圆柱形主体上的狭缝长度来精确地调谐共振陷阱的共振频率。

在图5的共振陷阱的制造期间，具有其突出部21的第一弹性环14夹紧到轴向通道的断路端部中。然后，调谐电容器15焊接到突出部21。最后，通过将导电条带焊接到调谐电容器和外导体实现调谐电容器15到外导体12的电接触。在这些焊接工艺期间，弹性环夹紧于轴向通道的断路端部中以使得在焊接期间各种部件保持在由弹性环稳固支撑的位置中。

图6示出图3中的本发明的共振陷阱的示意性横截面。横截面沿着平行于纵向轴线18的平面。共振陷阱的主体围绕纵向轴线18圆柱形对称并且内部形成轴向通道11。主体13由陶瓷介电材料制成。外导体12作为金属镀层设置于主体13上。内导体22设置于主体的内壁上，即，轴向通道的壁上。在陷阱1的电闭合端部17处，内导体22和外导体12电接触。调谐电容器15容纳于穿过圆柱形主体13的壁以及内导体22和外导体12的径向凹槽33中。调谐电容器15安装于轴向板32上。轴向板焊接到内导体22并且为调谐电容器提供稳固支撑。由焊接到调谐电容器15和外导体12的导电条带33建立调谐电容器15与外导体12之间的电接触。导电条带以焊接长度sd焊接到外导体。长度sd使得其足够长以实现导电条带的充足粘合。为了避免导电条带与外导体之间的热应力，焊接长度sd不长于充足粘合所需。

如参照图5所论述提供切向绝缘狭缝16。

此外，电绝缘区域设置在共振陷阱的电断路端部18处。绝缘区域通过并非总是将外导体12设置到圆柱形主体13的端部面来形成，而是留下在绝缘区域上的圆柱形主体的陶瓷介电材料的外表面未被外导体覆盖。绝缘区域在方位上在圆柱形主体13周围延伸。绝缘区域在长度l＝htanα上纵向地延伸，其中h是圆柱形主体壁和外导体的厚度的总和，并且α是由在圆柱形主体的径向内端部与外导体的径向外端部之间延伸的线形成的角度。当α＝45°或稍微大点时，实现良好的结果。

Claims (9)

1.一种共振陷阱，包括

-中空圆柱形主体，所述中空圆柱形主体的内部形成轴向通道，内导体设置在所述中空圆柱形主体的内壁上并且外导体设置在所述中空圆柱形主体的外壁上，

-载体，所述载体附接到所述轴向通道的所述内壁，和

-调谐电容器，所述调谐电容器安装到所述载体。

2.根据权利要求1所述的共振陷阱，其特征在于，所述载体是在所述轴向通道的断路端部处夹紧于所述轴向通道中的弹性环。

3.根据权利要求1所述的共振陷阱，其特征在于，设置穿过所述轴向通道的外导体、所述共振陷阱的壁和所述内导体的径向入口，并且所述载体是附接在所述径向入口附近的轴向板。

4.根据权利要求1到3中任一个所述的共振陷阱，其特征在于，所述调谐电容器通过导电条带电连接到所述外导体，并且所述导电条带的长度是所述导电条带预定粘合到所述外导体所需的最小值。

5.根据权利要求1所述的共振陷阱，其特征在于，所述中空圆柱形主体具有：电断路端部，所述内导体和所述外导体在所述电断路端部处电分离；和电闭合端部，所述内导体和所述外导体在所述电闭合端部处电连接，并且切向地延伸的绝缘狭缝在所述电断路端部附近的区域中设置在所述外导体中。

6.根据权利要求1所述的共振陷阱，其特征在于，所述内导体和外导体由连续导电层形成，所述连续导电层在所述电端部上延伸并且跟随所述中空圆柱形主体的分别位于所述短路与所述内导体和外导体之间的所形成的圆化边缘。

7.根据权利要求5所述的共振陷阱，其特征在于，电绝缘区域设置在所述中空圆柱形主体的外壁上并且延伸于所述外导体与所述电断路端部之间。

8.根据权利要求2所述的共振陷阱，其特征在于，所述弹性环设置有一个或多个轴向地延伸的突出部。

9.一种磁共振检查系统，包括借助于电缆或电引线电连接到磁共振成像系统的辅助装置，所述磁共振检查系统包含根据前述权利要求中的任何一个的共振陷阱。