CN107797080A - 采用nmr设备实现霍尔传感器校准标定的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的设备，包括超导磁体以及接入到超导磁体上的校准工装；校准工装包括霍尔传感器、NMR探头以及与霍尔传感器接触相连的温度控制器；霍尔传感器与高斯计相连，NMR探头与核磁共振仪相连；本发明还提供一种采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的方法，所述方法包括以下步骤：启动并进行检查、磁感应强度采集、完成霍尔传感器的校准和标定。本发明主要用于校准标定霍尔传感器，解决了霍尔传感器存在的测量精度低、误差较大等问题，具有结构紧凑、操作简单、测量精准、自动采集数据等优点，可通过校准和标定提高霍尔传感器的测量精度，用于测量高场强的磁场。

Description

采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的设备和方法
技术领域
本发明属于磁场测量工具校准标定领域，尤其涉及采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的设备和方法。
背景技术
回旋加速器在核医学领域有着广泛的应用，尤其是在放射性药物制药，肿瘤治疗等领域有重要意义。它能够实现用微观世界中的质子、重离子射线治疗肿瘤，是当今世界最尖端的放射治疗技术，仅有个别发达国家掌握并应用该技术。
超导回旋加速器磁场主要由常温主磁铁和超导线圈提供，它是回旋加速器相当重要的组成部分，加速器磁场为束流的运动提供了约束力和强聚焦力，其场型分布直接决定了该回旋加速器的性能。为了检验超导回旋加速器中的超导线圈的加工质量及其位置安装精度，需要分析超导线圈的磁场性能，因此需要设计磁场测量系统对超导线圈中心平面及附近的磁场进行精准测量。近年来，随着磁场测量技术的不断发展，测量的范围达到10-15～103T，而国内外的霍尔传感器测量在高磁场情况下，不能精确测量磁场强度值。因此，需要用更精准的设备磁场测量工具核磁共振仪来校准和标定霍尔传感器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的设备和方法，在一个良好均匀度的磁场环境中，采用核磁共振仪来校准和标定霍尔传感器，以提高霍尔传感器在高磁场范围内的测量精度，实现精准测量回旋加速器的磁场，为磁场的测量、磁场垫补、离子束流动力学计算提供重要而精确的数据。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的设备，包括超导磁体以及接入到超导磁体上的校准工装；
所述校准工装包括霍尔传感器、NMR探头以及与霍尔传感器接触相连的温度控制器；
所述霍尔传感器与高斯计相连，NMR探头与核磁共振仪相连。
进一步地，所述高斯计、核磁共振仪均与上位机相连接。
进一步地，所述校准工装通过真空法兰与超导磁体相接。
进一步地，所述校准工装还包括固定板以及滑动安装在固定板上的上滑板，温度控制器、霍尔传感器、NMR探头均安装在上滑板上，固定板上还安装有光栅尺。
进一步地，所述上滑板与启动机相连，启动机驱动上滑板前后滑动。
本发明还提供一种采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：启动核磁共振仪和高斯计并进行检查设备是否正常；
步骤二：通过温度传感器调节霍尔传感器的温度，在不同温度下通过NMR探头和霍尔传感器对不同校准点的磁感应强度分别进行采集，并进行比对和分析；
步骤三：若霍尔传感器和NMR探头所采集的数据值差距均小于预定值，则完成霍尔传感器的校准和标定。
进一步地，所述步骤一的具体步骤为：打开上位机及串口调试工具，启动核磁共振仪和高斯计，通过设备按钮、旋钮进行操作验证设备面板功能是否正常，利用串口调试工具验证设备通信功能是否正常。
进一步地，所述步骤二的具体步骤为：
S101：通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为T1；
S102：在特定的磁场范围内，通过调整超导磁体供电电源改变磁场强度，确定N个校准点，在每个校准点均通过NMR探头和霍尔传感器对该校准点的磁感应强度分别进行采集，并进行记录；
S103：通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为T2，然后重复步骤S102；
S104：通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为T3，然后重复步骤S102。
进一步地，所述步骤二的具体步骤为：
S201：在特定的磁场范围内，通过调整超导磁体供电电源改变磁场强度，确定N个校准点；
S202：测量第1个校准点：通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为T1，通过NMR探头和霍尔传感器对该校准点的磁感应强度分别进行采集，并进行记录；
通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为T2，通过NMR探头和霍尔传感器对该校准点的磁感应强度分别进行采集，并进行记录；
通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为T3，通过NMR探头和霍尔传感器对该校准点的磁感应强度分别进行采集，并进行记录；
S103：通过重复步骤S202依次完成1-N个校准点的测量。
进一步地，所述步骤三中完成霍尔传感器的校准和标定后，将霍尔传感器置于零磁场腔，调整零点偏置。
本发明的有益效果是：
本发明主要用于校准标定霍尔传感器，解决了霍尔传感器存在的测量精度低、误差较大等问题，具有结构紧凑、操作简单、测量精准、自动采集数据等优点，可通过校准和标定提高霍尔传感器的测量精度，用于测量高场强的磁场。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明中校准工装的结构示意图；
图中标示：1-超导磁体、2-真空法兰、3-校准工装、4-气动机、5-核磁共振仪、6-高斯计、7-上位机、8-温度控制器、9-霍尔传感器、10-NMR探头、11-上滑板、12-光栅尺、13-固定板。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1和图2所示的一种采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的设备，包括超导磁体1以及接入到超导磁体1上的校准工装3，校准工装3通过真空法兰2与超导磁体1相接。
校准工装3包括霍尔传感器9、NMR探头10以及温度控制器8，温度控制器8用硅胶黏贴在霍尔传感器9探头上，校准工装3还包括固定板13以及滑动安装在固定板13上的上滑板11，上滑板11安装在固定板13的凹槽内，温度控制器8、霍尔传感器9、NMR探头10均安装在上滑板11上，固定板13上还安装有光栅尺12，上滑板11与启动机4相连，启动机4驱动上滑板11前后滑动。
校准工装3放进超导磁体1间隙中，通过真空转换接头将NMR探头和霍尔传感器电缆接出去，达到一个真空密封的效果，霍尔传感器9与高斯计6相连，可以读取霍尔传感器9当前的磁感应强度，NMR探头10与核磁共振仪5相连，可以读取NMR探头10当前的磁感应强度，高斯计6、核磁共振仪5均与上位机7相连接。
实施例1：
本发明提供一种采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的方法，方法包括以下步骤：
(1)：打开上位机及串口调试工具，启动核磁共振仪和高斯计，通过设备按钮、旋钮进行操作验证设备面板功能是否正常，利用串口调试工具验证设备通信功能是否正常；
(2)：通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为-10℃，温度控制器可以调整霍尔传感器周围环境的温度，具有多个温度档位，可以加热和冷却校准环境的温度；
(3)：在3T-5T磁场范围内，通过调整超导磁体供电电源改变磁场强度，磁场变化步长为100Gs，确定200个校准点，每调整至一个校准点的磁场环境时，等到NMR探头读数和霍尔传感器读数稳定之后，核磁共振仪的显示灯会亮起，通过上位机记录分别采集到的NMR读数和霍尔传感器读数，直接进行数据处理比对，并分析校准标定结果，生成霍尔传感器的校准表格和数据文件；
(4)：通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为10℃，然后重复步骤(3)，完成200个校准点，生成霍尔传感器的校准表格和数据文件；
(5)：通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为30℃，完成200个校准点，生成霍尔传感器的校准表格和数据文件。
(6)：对比霍尔传感器和NMR探头所采集的数据值，若霍尔传感器和NMR探头所采集的数据值差距小于0.5Gs，则上位机将校准表格中的数据写入高斯计设备和霍尔传感器，即完成霍尔传感器在3T-5T范围的测量精度校准和标定工作，然后,将霍尔传感器置于零磁场腔，调整零点偏置。
实施例2：
本发明提供一种采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的方法，方法包括以下步骤：
(1)：打开上位机及串口调试工具，启动核磁共振仪和高斯计，通过设备按钮、旋钮进行操作验证设备面板功能是否正常，利用串口调试工具验证设备通信功能是否正常；
(2)：在3T-5T磁场范围内，通过调整超导磁体供电电源改变磁场强度，磁场变化步长为100Gs，确定200个校准点；
(3)：测量第1个校准点B1＝30000Gs：
通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为-10℃，等到NMR探头读数和霍尔传感器读数稳定之后，核磁共振仪的显示灯会亮起，通过上位机记录分别采集到的NMR读数和霍尔传感器读数，直接进行数据处理比对，并分析校准标定结果，生成霍尔传感器的校准表格和数据文件；
通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为10℃，等到NMR探头读数和霍尔传感器读数稳定之后，核磁共振仪的显示灯会亮起，通过上位机记录分别采集到的NMR读数和霍尔传感器读数，直接进行数据处理比对，并分析校准标定结果，生成霍尔传感器的校准表格和数据文件；
通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为30℃，等到NMR探头读数和霍尔传感器读数稳定之后，核磁共振仪的显示灯会亮起，通过上位机记录分别采集到的NMR读数和霍尔传感器读数，直接进行数据处理比对，并分析校准标定结果，生成霍尔传感器的校准表格和数据文件；
(4)：通过重复步骤(3)依次完成第1个至第200个校准点的校准工作，200个校准点的磁感应强度值依次呈等差数列分布，公差为100Gs。
(5)：对比霍尔传感器和NMR探头所采集的数据值，若霍尔传感器和NMR探头所采集的数据值差距小于0.5Gs，则上位机将校准表格中的数据写入高斯计设备和霍尔传感器，即完成霍尔传感器在3T-5T范围的测量精度校准和标定工作，然后,将霍尔传感器置于零磁场腔，调整零点偏置。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的设备，其特征在于：包括超导磁体(1)以及接入到超导磁体(1)上的校准工装(3)；
所述校准工装(3)包括霍尔传感器(9)、NMR探头(10)以及与霍尔传感器(9)接触相连的温度控制器(8)；
所述霍尔传感器(9)与高斯计(6)相连，NMR探头(10)与核磁共振仪(5)相连。
2.根据权利要求1所述的采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的设备，其特征在于：所述高斯计(6)、核磁共振仪(5)均与上位机(7)相连接。
3.根据权利要求1所述的采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的设备，其特征在于：所述校准工装(3)通过真空法兰(2)与超导磁体(1)相接。
4.根据权利要求1所述的采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的设备，其特征在于：所述校准工装(3)还包括固定板(13)以及滑动安装在固定板(13)上的上滑板(11)，温度控制器(8)、霍尔传感器(9)、NMR探头(10)均安装在上滑板(11)上，固定板(13)上还安装有光栅尺(12)。
5.根据权利要求1所述的采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的设备，其特征在于：所述上滑板(11)与启动机(4)相连，启动机(4)驱动上滑板(11)前后滑动。
6.根据权利要求1至5任一项所述的采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一：启动核磁共振仪和高斯计并进行检查设备是否正常；
步骤二：通过温度传感器调节霍尔传感器的温度，在不同温度下通过NMR探头和霍尔传感器对不同校准点的磁感应强度分别进行采集，并进行比对和分析；
步骤三：若霍尔传感器和NMR探头所采集的数据值差距均小于预定值，则完成霍尔传感器的校准和标定。
7.根据权利要求6所述的采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的方法，其特征在于：所述步骤一的具体步骤为：打开上位机及串口调试工具，启动核磁共振仪和高斯计，通过设备按钮、旋钮进行操作验证设备面板功能是否正常，利用串口调试工具验证设备通信功能是否正常。
8.根据权利要求6所述的采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的方法，其特征在于：所述步骤二的具体步骤为：
S101：通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为T1；
S102：在特定的磁场范围内，通过调整超导磁体供电电源改变磁场强度，确定N个校准点，在每个校准点均通过NMR探头和霍尔传感器对该校准点的磁感应强度分别进行采集，并进行记录；
S103：通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为T2，然后重复步骤S102；
S104：通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为T3，然后重复步骤S102。
9.根据权利要求6所述的采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的方法，其特征在于：所述步骤二的具体步骤为：
S201：在特定的磁场范围内，通过调整超导磁体供电电源改变磁场强度，确定N个校准点；
S202：测量第1个校准点：通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为T1，通过NMR探头和霍尔传感器对该校准点的磁感应强度分别进行采集，并进行记录；
通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为T2，通过NMR探头和霍尔传感器对该校准点的磁感应强度分别进行采集，并进行记录；
通过温度控制器调节霍尔传感器的温度为T3，通过NMR探头和霍尔传感器对该校准点的磁感应强度分别进行采集，并进行记录；
S203：通过重复步骤S202依次完成1-N个校准点的测量。
10.根据权利要求6所述的采用NMR设备实现霍尔传感器校准标定的方法，其特征在于：所述步骤三中完成霍尔传感器的校准和标定后，将霍尔传感器置于零磁场腔，调整零点偏置。
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