CN106597334A - 一种单边核磁共振传感器及其射频线圈的屏蔽结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频线圈的屏蔽结构,用于单边核磁共振传感器,包括用于容纳永磁体的铝壳以及用于支撑射频线圈的铁氧体屏蔽板,铁氧体屏蔽板放置于铝壳一侧外表面并且位于铝壳和射频线圈之间,铁氧体屏蔽板包括铁氧体片以及由多个铁氧体块拼接形成的屏蔽层,相邻的铁氧体块之间存在缝隙,铁氧体片与铝壳相对布置且屏蔽层与射频线圈相对布置。由于铁氧体屏蔽板具有较大的磁导率以及较小的相对电导率,因此,可避免射频线圈产生的射频磁场在铁氧体屏蔽板中感应较大的涡流,该屏蔽结构可屏蔽射频线圈在铝壳侧的射频磁场,实现单侧屏蔽,不会在铝壳中感应较大涡流,该屏蔽结构还可以增强目标区域内的磁场。本发明还公开了一种单边核磁共振传感器。
Description
技术领域
本发明涉及核磁共振检测技术领域,尤其涉及一种单边核磁共振传感器及其射频线圈的屏蔽结构。
背景技术
在核磁共振传感器运行过程中,为了使射频线圈产生较强的射频磁场B1,需要在射频线圈中通入谐振频率为MHz级别的射频激励。如果射频线圈产生的交变磁场进入永磁体中,会在永磁体中产生较强的涡流效应,使得永磁体发热,该涡流产生的二次磁场叠加到目标区域内抵消了原有的射频磁场,使射频磁场强度减小,且由于相位时延使整个区域内的射频磁场不再是原来的正弦分布,是两个具有不同相位的正弦信号的叠加,对核磁共振信号的信噪比有削弱作用。由于永磁体的温度系数大,温度稳定性差,从而影响目标区域内的磁场均匀度,而且由于永磁体局部过热将会破坏永磁体内部晶格的分布,严重影响永磁体的性能,导致核磁共振传感器不能正常工作。屏蔽射频磁场的传统方式是通过将永磁体安装在铝壳中,这样既能屏蔽永磁体处的射频磁场又能起到固定永磁体的作用。然而,铝壳屏蔽时也会产生涡流并发热,对永磁体造成影响,并使得目标区域的射频磁场强度降低。
因此,如何提供一种能够有效屏蔽射频磁场的屏蔽结构,是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种用于单边核磁共振射频线圈的屏蔽结构,该屏蔽结构能够有效屏蔽单边核磁共振传感器射频线圈的射频磁场。本发明的另一个目的在于提供一种包括上述屏蔽结构的单边核磁共振传感器。
为了实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
一种射频线圈的屏蔽结构,用于单边核磁共振传感器,包括用于容纳永磁体的铝壳以及用于支撑射频线圈的铁氧体屏蔽板,所述铁氧体屏蔽板放置于所述铝壳一侧外表面并且位于所述铝壳和所述射频线圈之间,所述铁氧体屏蔽板包括铁氧体片以及由多个铁氧体块拼接形成的屏蔽层,相邻的所述铁氧体块之间存在缝隙,所述铁氧体片与所述铝壳相对布置且所述屏蔽层与所述射频线圈相对布置。
优选地,在上述屏蔽结构中,多个所述铁氧体块的结构相同。
优选地,在上述屏蔽结构中,所述铁氧体块的形状为正六边形或正方形或三角形。
一种单边核磁共振传感器,包括永磁体和射频线圈,还包括如上任一项所述的屏蔽结构。
优选地,在上述单边核磁共振传感器中,所述射频线圈为矩形螺旋线圈或圆环形螺旋线圈或多边形螺旋线圈。
本发明提供的射频线圈的屏蔽结构,用于单边核磁共振传感器,包括用于容纳永磁体的铝壳以及用于支撑射频线圈的铁氧体屏蔽板,铁氧体屏蔽板放置于铝壳一侧外表面并且位于铝壳和射频线圈之间,铁氧体屏蔽板包括铁氧体片以及由多个铁氧体块拼接形成的屏蔽层,相邻的铁氧体块之间存在缝隙,铁氧体片与铝壳相对布置且屏蔽层与射频线圈相对布置。
一方面,铁氧体屏蔽板对于微波(射频激励)而言,其表现出一定的介电特性,也就是说具有电容特性,其较大的磁导率使其表现出较大的电感特性。上方周期性分布的铁氧体块是将产生涡流的平面分割成很多小的平面,缝隙则使涡流不能形成连续的环流路径,增加了平面上涡流的流通路径分段数量,也就是增加了涡流流通路径上的电阻,增强涡流损耗,使其迅速衰减。另一方面,相邻的多边形铁氧体块之间、铁氧体块与下方的铁氧体片之间形成电容,整体从电路而言等效为一个低通滤波器结构,使频率较高的射频磁场不能够透过屏蔽板而传播到磁体一侧。因此,该铁氧体屏蔽板具有较小的相对电导率,可以避免射频线圈产生的射频磁场在铁氧体屏蔽板中感应较大的涡流,同时,射频磁场的能量由于屏蔽板的低通特性而不会传播到屏蔽板的另一侧,即该屏蔽结构可屏蔽射频线圈在铝壳侧的射频磁场,实现单侧屏蔽,因此不会在铝壳中感应较大涡流,另外,该铁氧体屏蔽板还可以增强目标区域内的磁场,便于工程现场检测。
本发明还提供了一种包括上述屏蔽结构的单边核磁共振传感器。该单边核磁共振传感器产生的有益效果的推导过程与上述射频线圈的屏蔽结构带来的有益效果的推导过程大体类似,故本文不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例中的屏蔽结构示意图;
图2为本发明中的非屏蔽侧的射频磁场强度效果对比图;
图3为本发明具体实施例中的射频线圈结构示意图。
图1至图3中:
1-铝壳、2-射频线圈、3-铁氧体屏蔽板、31-铁氧体片、32-铁氧体块、4-中垂线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参照图1至图3,图1为本发明具体实施例中的屏蔽结构示意图,图2为本发明中的非屏蔽侧的射频磁场强度效果对比图,图3为本发明具体实施例中的射频线圈结构示意图。
在一种具体实施例方案中,本发明提供了一种射频线圈的屏蔽结构,用于单边核磁共振传感器,包括用于容纳永磁体的铝壳1以及用于支撑射频线圈2的铁氧体屏蔽板3,铁氧体屏蔽板3放置于铝壳1一侧外表面并且位于铝壳1和射频线圈2之间,铁氧体屏蔽板3包括铁氧体片31以及由多个铁氧体块32拼接形成的屏蔽层,相邻的铁氧体块32之间存在缝隙,铁氧体片31与铝壳1相对布置且屏蔽层与射频线圈2相对布置。
需要说明的是,铝壳1结构用于固定安装永磁体,由铝质材料构成,内部有开孔用于固定永磁体。铁氧体屏蔽板3的材料为铁氧体,包括一片整片的铁氧体片31和位于铁氧体片31上的多个铁氧体块32拼接形成屏蔽层,其作用为屏蔽射频线圈2在铝壳1侧的射频磁场B1,并对非屏蔽侧的射频磁场有增强效果。该屏蔽结构可以实现单侧屏蔽,铁氧体屏蔽板3不会产生较大的涡流、发热较小。
另外,铁氧体屏蔽板3的厚度可以调节射频线圈2与永磁体之间的距离,同时调节永磁体和目标区域之间的相对位置,其作用是调节目标区域内主磁场的分布。
需要说明的是,本方案中的铁氧体屏蔽板3的屏蔽层可以由多种不同结构的铁氧体块32拼接组成,例如将铁氧体块32设计成正方形、三角形、正六边形或其他多边形结构,多个铁氧体块32可采用同一种形状的结构拼接形成屏蔽层,也可以采用不同种形状的结构组合拼接成屏蔽层。为了最大限度地利用平面空间,优选地,本方案中的多个铁氧体块32的结构均相同,进一步优选地,本具体实施例方案中的铁氧体块32均为正六边形结构,如图1所示,铁氧体片31上方的多个正六边形的铁氧体块32规则排布并拼接成为一个屏蔽层。其中,每相邻两个铁氧体块32之间还存在缝隙。由于周期性分布的铁氧体块32将产生涡流的平面分割成很多小的平面,缝隙则使涡流不能形成连续的环流路径,增加了平面上涡流的流通路径分段数量,也就是增加了涡流流通路径上的电阻,增强涡流损耗,使其迅速衰减。因此,这种屏蔽结构的优势在于其等效的电导率接近于0,也就是说,在该屏蔽结构表面不会感应较大的涡流,或者说感应的涡流趋于零。而且该屏蔽结构具有一定的磁导率,能够引导磁场分布,增强目标区域内的射频磁场分布。
需要说明的是,本领域技术人员可以根据目标区域的需求来设定铁氧体片31的厚度和铁氧体块32的形状,本文不再赘述。
一方面,铁氧体屏蔽板3对于微波(射频激励)而言,其表现出一定的介电特性,也就是说具有电容特性,其较大的磁导率使其表现出较大的电感特性。上方周期性分布的铁氧体块32是将产生涡流的平面分割成很多小的平面,缝隙则使涡流不能形成连续的环流路径,增加了平面上涡流的流通路径分段数量,也就是增加了涡流流通路径上的电阻,增强涡流损耗,使其迅速衰减。另一方面,相邻的多边形铁氧体块32之间、铁氧体块32与下方的铁氧体片31之间形成电容,整体从电路而言等效为一个低通滤波器结构,使频率较高的射频磁场不能够透过屏蔽板而传播到磁体一侧。因此,该铁氧体屏蔽板3具有较大的磁导率和较小的相对电导率,可以避免射频线圈2产生的射频磁场在铁氧体屏蔽板3中感应较大的涡流,同时,射频磁场的能量由于屏蔽板的低通特性而不会传播到屏蔽板的另一侧,即该屏蔽结构可屏蔽射频线圈在铝壳1侧的射频磁场,实现单侧屏蔽,因此不会在铝壳1中感应较大涡流,另外,该铁氧体屏蔽板3还可以增强目标区域内的磁场,便于工程现场检测。
请参照图1,下面以一种具体的屏蔽结构来介绍本发明的有益效果,铝壳1的尺寸为100mm×100mm×20mm的矩形盒,铁氧体片31的尺寸为75mm×75mm×2mm,铁氧体块32为边长为5mm的正六边形小块,铁氧体屏蔽板3水平放置在铝壳1的上表面,射频线圈2布线面积为12mm×14mm,线宽和线间距均为0.5mm,匝数为5匝,中垂线4是铁氧体屏蔽板3的中垂线,在射频线圈2产生射频磁场的过程中,通过测量该中垂线4上的磁场强度,可以得到射频磁场的变化趋势。
表1是本发明具体实施例方案中的铝壳上表面的涡流大小对比表,通过表1可反映本发明的屏蔽结构的屏蔽效果,可见,铝壳1上未加铁氧体屏蔽板3时,铝壳1上表面的涡流密度最大值为4.8×106A/m2,铝壳1上放置了铁氧体屏蔽板3时,铝壳1上表面的涡流密度最大值为1.4×106A/m2,可见,在铝壳1上放置有本发明提供的铁氧体屏蔽板3之后,铝壳1上的涡流明显减小。
表1 铝壳上表面的涡流大小对比表
铝壳上表面的涡流 | 未加铁氧体屏蔽板时 | 放置铁氧体屏蔽板时 |
涡流密度J的最大值 | 4.8×106A/m2 | 1.4×106A/m2 |
涡流密度J的最小值 | 7.9×102A/m2 | 1.8×10A/m2 |
图2为本发明中的非屏蔽侧的射频磁场强度效果对比图,从该图中可见该屏蔽结构对非屏蔽侧的射频磁场有增强效果的优点。图2中的横坐标为中垂线4上的点到铁氧体屏蔽板3上表面的距离(cm),纵坐标为磁场强度(μT),曲线为该屏蔽结构中垂线4上各个点的磁场强度值。从图2中可以发现,在铝壳1上放置铁氧体屏蔽板3之后,非屏蔽侧的射频磁场有明显的提升。
本发明还提供了一种单边核磁共振传感器,该传感器包括永磁体和射频线圈2,还包括如上文所述的屏蔽结构,永磁体设置于铝壳1中。其中,射频线圈2用于产生激励射频磁场B1,该射频线圈2采用硬质电路板布线,此种线圈适用于表面水平的样品的核磁共振信号检测。该单边核磁共振传感器产生的有益效果的推导过程与上述射频线圈的屏蔽结构带来的有益效果的推导过程大体类似,故本文不再赘述。
需要说明的是,本方案中的射频线圈2的形状为平面的矩形螺旋线圈结构,当然,其结构也可以采用圆环形螺旋线圈结构或其他多边形螺旋线圈结构,本领域技术人员可以根据磁体结构的磁场分布情况以及射频线圈布线情况进行计算,确定最佳的结构方式,以使射频线圈2的性能达到最佳。
需要说明的是,本方案中的射频线圈2的匝数可以为3至6匝,优选地,上述实施例中介绍的射频线圈2采用5匝,本领域技术人员可以根据传感器的整体尺寸结构以及目标区域的大小、位置等参数来设计射频线圈2的布线面积、线圈的导线宽度、线圈的匝数、每匝导线的间距等结构参数,本文不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种射频线圈的屏蔽结构,用于单边核磁共振传感器,其特征在于,包括用于容纳永磁体的铝壳(1)以及用于支撑射频线圈(2)的铁氧体屏蔽板(3),所述铁氧体屏蔽板(3)放置于所述铝壳(1)一侧外表面并且位于所述铝壳(1)和所述射频线圈(2)之间,所述铁氧体屏蔽板(3)包括铁氧体片(31)以及由多个铁氧体块(32)拼接形成的屏蔽层,相邻的所述铁氧体块(32)之间存在缝隙,所述铁氧体片(31)与所述铝壳(1)相对布置且所述屏蔽层与所述射频线圈(2)相对布置。
2.根据权利要求1所述的屏蔽结构,其特征在于,多个所述铁氧体块(32)的结构相同。
3.根据权利要求1所述的屏蔽结构,其特征在于,所述铁氧体块(32)的形状为正六边形或正方形或三角形。
4.一种单边核磁共振传感器,包括永磁体和射频线圈(2),其特征在于,还包括如权利要求1至3中任一项所述的屏蔽结构。
5.根据权利要求4所述的单边核磁共振传感器,其特征在于,所述射频线圈(2)为矩形螺旋线圈或圆环形螺旋线圈或多边形螺旋线圈。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170426 |
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