CN109713851A - 磁共振系统的电机驱动装置及屏蔽方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磁共振系统的电机驱动屏蔽装置和屏蔽方法，所述电机驱动装置包括电机、传动轴，所述电机通过传动轴传送驱动所述核磁系统的磁体转动，所述电机驱动装置还包括一法拉第屏蔽装置，所述电机位于所述法拉第屏蔽装置内，所述传动轴伸出所述法拉第屏蔽装置与所述磁体连接，所述传动轴为不导电的非金属传动轴；本发明的屏蔽方法简便易行。本发明有效解决了电机驱动的电磁信号干扰问题。
Description
技术领域
本发明涉及核磁技术领域，具体而言，涉及一种磁共振系统的电机驱动装置及屏蔽方法。
背景技术
磁共振成像的原理是通过磁体产生一个主磁场使人体组织内的氢质子磁化，成像时通过发射线圈施加一个与主磁场垂直的射频激励磁场，使受检者组织内的某些氢质子产生共振现象，通过梯度匀场线圈外加梯度磁场进行空间编码，再使用接收线圈检测受检者组织内发射出的电磁波，使用检测到的信息可重建出被扫描区域的图像。但是受检者组织内发射出的电磁波信号极微弱，故要求接收系统的总增益很高，噪声必须很低，因此一般用于实验和临床检验的磁共振系统会安装在一屏蔽室内，用以屏蔽外界其他电磁波信号对他的干扰。
对于核磁系统构成而言，还需要例如病床等一些必要的辅助检测设备，而对于有特殊要求的核磁系统可能还需要对磁体进行旋转和平移的驱动。病床等检测辅助设备和特殊要求的旋转与平移机构都需要采用电机来进行驱动，同时也需要控制器来对电机驱动进行精确控制。这样电机和控制器便会对核磁成像产生电磁信号的干扰，影响磁共振系统成像。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种磁共振系统的电机驱动装置及电机驱动屏蔽方法，旨在解决现有的问题。
本发明提供了一种电机驱动装置，所述电机驱动装置包括电机、传动轴，所述电机通过传动轴驱动所述核磁系统的磁体转动，所述电机驱动装置还包括一法拉第屏蔽装置，所述电机位于所述法拉第屏蔽装置内，所述传动轴伸出所述法拉第屏蔽装置与所述磁体连接，所述传动轴为不导电的非金属传动轴。
进一步地，上述电机驱动装置还包括控制器，所述控制器与所述电机电连接，所述控制器位于所述法拉第屏蔽装置内。
进一步地，上述核磁系统的磁体通过回转支承安装在磁体支架中间，所述电机通过传动轴带动磁体围绕回转支承的回转轴转动。
进一步地，上述电机驱动装置还包括有驱动轮，所述驱动轮位于传动轴和磁体之间，法拉第屏蔽装置的外部，所述电机的动力通过传动轴传递至驱动轮，驱动轮驱动所述磁体绕回转支承的回转轴转动。
进一步地，上述电机的输出端还设有一增速机构，位于所述法拉第屏蔽装置内；所述驱动轮的动力输入端还设有一减速机构，位于所述法拉第屏蔽装置外。
进一步地，上述增速机构为齿轮传动增速器。
进一步地，上述减速机构采用一级或多级减速比的高精度行星减速器。
进一步地，上述传动轴为空心轴。
进一步地，上述传动轴为树脂传动轴、玻璃钢传动轴、尼龙传动轴或有机玻璃传动轴。
本发明的另一方面，还提供了一种磁共振系统的电机驱动屏蔽方法，所述电机驱动包括电机、传动轴，所述电机通过传动轴驱动所述核磁系统的磁体转动，所述电机驱动装置还包括一法拉第屏蔽装置，所述电机位于所述法拉第屏蔽装置内，所述传动轴伸出所述法拉第屏蔽装置与所述磁体连接，所述传动轴为不导电的非金属传动轴 ，所述屏蔽方法包括以下步骤：
1）获取所述电机驱动运转时的电磁信号强度；
2）根据电机的参数计算出传动轴的轴径，选择合适的非金属传动轴，从而确定传动轴的长度D；
3）根据传动轴长度D，结合电机自身的尺寸，确定出屏蔽装置的尺寸范围，得出核磁系统距离所述法拉第屏蔽装置的距离d1的范围；
4）根据上述步骤获取的数据，建立一测试模型，所述测试模型包括：
电磁发射装置，用于模拟所述电机驱动发射电磁信号；
屏蔽箱，所述屏蔽箱上设有测试窗，用待测材料封堵所述测试窗；
电磁接收装置，用于接收通过测试窗后的电磁信号强度；
电磁发射装置和电磁接收装置之间信号源的距离为D，所述测试窗和所述电磁接收装置信号源之间的距离为d1，选择不同的法拉第屏蔽装置材料及厚度，并调整d1，反复测量不同条件下，通过测试窗后的电磁信号强度，计算不同条件下的屏蔽效能，从而确定所述法拉第屏蔽装置的材料、厚度及与所述核磁系统之间的距离d1；
5）根据步骤4）中得到的d1和步骤3）中确定的法拉第屏蔽装置的尺寸范围，结合施工，最终确定所述法拉第屏蔽装置的尺寸。
本发明提供的磁共振系统的电机驱动装置，将电机驱动的大部分组件安置于法拉第屏蔽装置内，避免了工作时电机对磁体成像的影响，传动轴也无电磁信号输出，有效避免了电机驱动的干扰信号导出，有效解决了电机驱动的电磁信号干扰问题，进一步地，通过优化传动轴的设计，解决了远距离大扭矩动力传动问题。本发明的屏蔽方法简便易行，易于推广。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的磁共振系统的电机驱动装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的屏蔽方法的测试模型示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参考图1，本发明提供的磁共振系统的电机驱动装置，其包括电机8、传动轴6，电机8通过传动轴6输送动力，驱动核磁系统的磁体1转动。
为了避免工作时，电机对核磁系统成像造成影响，设置了一法拉第屏蔽装置11，法拉第屏蔽装置11由金属网制备而成；电机8位于法拉第屏蔽装置11内，并通过支架10固定，传动轴6伸出法拉第屏蔽装置11与磁体1连接，传动轴6为不导电的非金属传动轴，避免了将干扰信号导出。
具体地，本实施例中的核磁系统的磁体1通过回转支承2安装在磁体支架3中间，电机驱动还包括有驱动轮4、控制器9，驱动轮4位于传动轴6和磁体1之间，因此也位于法拉第屏蔽装置11外部；电机8的动力通过传动轴6传递至驱动轮4，驱动轮4驱动磁体1绕回转支承2的回转轴转动；控制器9与电机8电连接，用于控制电机8的作业。通常，电机8与控制器9工作时，都会对核磁系统成像产生电磁干扰，但对于控制器9可以采用磁体成像区安装的办法减少影响，但优选地，将控制器9和电机8一起置于法拉第屏蔽装置11内。
由于电机8与控制器9工作时会对核磁系统成像产生电磁干扰，因此需要尽量将电机8与控制器9远离磁体成像区安装，传动轴6的选择即关系到信号干扰屏蔽也需要有很好的抗扭和刚度，以适应驱动力的长距离传输。
进一步地，为了增大传动轴6的传动扭矩，其设计成空心轴结构。
进一步地，由于磁体1重量比较大，其旋转所需驱动扭矩比较大，一般不导电非金属传动轴不能传输很大的驱动扭矩，因此在进行设计时先采用增速降扭原理减低传动轴6的扭矩输入，然后在传动轴6将扭矩传递给驱动轮4时再采用降速增扭原理提高驱动轮4的驱动扭矩，这样解决传动轴6非金属材料传递大扭矩问题。具体地，如图1所示，电机8输出端安装一增速机构7，增速机构7位于法拉第屏蔽装置11内，将电机8输出的扭矩降低转速提高后传递给传动轴6。为了使驱动轮4有比较大的扭矩来驱动磁体1旋转，在驱动轮4动力输入端安装一减速机构5将传动轴6传递过来的驱动扭矩增高并降低传动速度，从而使提高驱动轮4的驱动扭矩，减速机构5位于法拉第屏蔽装置11外。
增速机构7优选为齿轮传动增速器，针对该系统需要进行专门设计，其结构原理采用一系列齿轮传动和相关行星齿轮传动副，由大齿轮驱动小齿轮进行动力传输，从而提高传动轴6的出入转速。
参考公式：T=9550*P/n （T-扭矩，P-功率，n-转速）
已知传动轴6的最大传动功率恒定，则转速越高其传动扭矩越低。从而实现传动轴6传动功率恒定情况下增速降扭，解决非金属材料不能传递大扭矩的问题。
减速机构5可以是减速机构为斜齿轮减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器或蜗轮蜗杆减速器。优选地，采用一级或多级减速比的高精度行星减速机，能够提供较大减速比，将传动轴6转速降低，参考上式可知，增大驱动轮4的扭矩来驱动磁体1进行旋转。
传动轴6为不导电的非金属传动轴，优选为树脂传动轴、玻璃钢传动轴、尼龙传动轴或有机玻璃传动轴，所谓的树脂传动轴是在树脂基体中添加了纤维而制备得到的传动轴，纤维材料可以是纤维丝、纤维织物：如布等，树脂基体优选为环氧树脂传动轴或酚醛树脂传动轴。玻璃钢传动轴即玻璃钢成型得到的传动轴，尼龙传动轴可以是尼龙纺丝后浸润树脂后成型形成传动轴，或者尼龙直接成型而成。有机玻璃传动轴为有机玻璃材料热固成型而得到。
结合图1和图2，本发明了还提供了一种磁共振系统的电机驱动屏蔽方法，电机驱动包括电机8、传动轴6，电机8通过传动轴6驱动核磁系统的磁体1转动，电机驱动装置还包括一法拉第屏蔽装置11，电机8位于法拉第屏蔽装置11内，传动轴6伸出法拉第屏蔽装置11与磁体1连接，传动轴6为不导电的非金属传动轴 ，屏蔽方法包括以下步骤：
（1）测量电机8驱动运转时的电磁波信号强度。
具体地，可以利用高斯计等测量电机驱动运转时，传动轴远离电机端的电磁信号强度E0。
（2）依据已有电机8的参数，确定传动轴6直径，根据传动轴直径，选择可用的非金属传动轴材料，确定传动轴的长度D。
由于电机参数确定，其可以选定的传动轴的直径可以确定，具体的根据电机的最大转速，功率和扭矩，可计算得出传动轴的最小直径，然后根据该直径，选择现有通用件的非金属传动轴，从而确定传动轴的长度D。
（3）根据传动轴长度D，结合电机自身的尺寸，确定出法拉第屏蔽装置11的尺寸范围，从而可以得出核磁系统距离法拉第屏蔽装置11的距离d1的范围。
按截止电磁波传播的原理及满足设备安装需要考虑，通常要求机器和法拉第屏蔽装置的距离d2为2-3m，由于D=d1+d2，因此电机确定情况下，是可以大致确定屏蔽装置的尺寸的，然后结合传动轴的长度D，可以计算出d1的范围。
（4）根据上述步骤中获取的数据，建立一测试模型，所述测试模型包括：电磁发射装置，用于模拟所述电机驱动发射电磁信号；
屏蔽箱，所述屏蔽箱可以完全隔离所述电磁发射装置发射的信号，所述屏蔽箱上设有测试窗，测试窗上封堵有待测材料；
电磁接收装置，用于接收通过测试窗后的电磁信号强度；
所述电磁发射信号和电磁接收信号之间的距离为D，所述屏蔽箱和接收信号之间的距离为d1，通过选择不同的法拉第屏蔽装置材料及厚度，并调整d1，反复测量不同条件下，通过测试窗后的电磁信号强度，计算不同条件下的屏蔽效能，从而确定所述法拉第屏蔽装置的材料、厚度及与所述核磁系统之间的距离。
通过上述屏蔽模型模拟实验，可以获得不同条件下的电磁信号强度，然后利用公式：
S=20logE0/E1 dB，其中E0为没有屏蔽体时空间某点的磁场强度；E1为具有屏蔽体时空间某点的磁场强度；
来计算屏蔽效能。通过对比不同条件下的屏蔽效能，综合考虑成本等因素，从而可以选定法拉第屏蔽装置11的材料类型、厚度、及距离核磁系统的距离d1。
（5）结合步骤（4）中确定的d1和步骤（3）确定的法拉第屏蔽装置11的尺寸范围，结合施工因素确定最终的法拉第屏蔽装置11的尺寸。
本发明提供的磁共振系统的电机驱动装置，将电机安置于法拉第屏蔽装置内，避免了工作时电机驱动对磁体成像的影响，传动轴为不导电的非金属传动轴，避免了将干扰信号导出，有效解决了电机驱动的电磁信号干扰问题，进一步地，通过优化传动轴的设计，解决了远距离大扭矩动力传动问题。本发明的电机驱动屏蔽方法通过建立一测试模型，简便易行，而且也节约了成本和时间。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种磁共振系统的电机驱动装置，其特征在于：所述电机驱动装置包括电机、传动轴，所述电机通过传动轴驱动所述核磁系统的磁体转动，其特征在于，所述电机驱动装置还包括一法拉第屏蔽装置，所述电机位于所述法拉第屏蔽装置内，所述传动轴伸出所述法拉第屏蔽装置与所述磁体连接，所述传动轴为不导电的非金属传动轴。
2.根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：所述电机驱动装置还包括控制器，所述控制器与所述电机电连接，所述控制器位于所述法拉第屏蔽装置内。
3.根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：所述核磁系统的磁体通过回转支承安装在磁体支架中间，所述电机通过传动轴带动磁体围绕回转支承的回转轴转动。
4.根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：所述电机驱动装置还包括有驱动轮，所述驱动轮位于传动轴和磁体之间，法拉第屏蔽装置的外部，所述电机的动力通过传动轴传递至驱动轮，驱动轮驱动所述磁体绕回转支承的回转轴转动。
5.根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述电机的输出端还设有一增速机构，位于所述法拉第屏蔽装置内；所述驱动轮的动力输入端还设有一减速机构，位于所述法拉第屏蔽装置外。
6.根据权利要求5所述的电机驱动装置，其特征在于：所述增速机构为齿轮传动增速器。
7.根据权利要求5所述的电机驱动装置，其特征在于：所述减速机构采用一级或多级减速比的高精度行星减速器。
8.根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：所述传动轴为空心轴。
9.根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：所述传动轴为树脂传动轴、玻璃钢传动轴、尼龙传动轴或有机玻璃传动轴。
10.一种磁共振系统的电机驱动屏蔽方法，所述电机驱动包括电机、传动轴，所述电机通过传动轴驱动所述核磁系统的磁体转动，所述电机驱动装置还包括一法拉第屏蔽装置，所述电机位于所述法拉第屏蔽装置内，所述传动轴伸出所述法拉第屏蔽装置与所述磁体连接，所述传动轴为不导电的非金属传动轴 ，其特征在于，所述屏蔽方法包括以下步骤：
1）获取所述电机驱动运转时的电磁信号强度；
2）根据电机的参数计算出传动轴的轴径，选择合适的非金属传动轴，从而确定传动轴的长度D；
3）根据传动轴长度D，结合电机自身的尺寸，确定出屏蔽装置的尺寸范围，得出核磁系统距离所述法拉第屏蔽装置的距离d1的范围；
4）根据上述步骤获取的数据，建立一测试模型，所述测试模型包括：
电磁发射装置，用于模拟所述电机驱动发射电磁信号；
屏蔽箱，所述屏蔽箱上设有测试窗，用待测材料封堵所述测试窗；
电磁接收装置，用于接收通过测试窗后的电磁信号强度；
电磁发射装置和电磁接收装置之间信号源的距离为D，所述测试窗和所述电磁接收装置信号源之间的距离为d1，选择不同的法拉第屏蔽装置材料及厚度，并调整d1，反复测量不同条件下，通过测试窗后的电磁信号强度，计算不同条件下的屏蔽效能，从而确定所述法拉第屏蔽装置的材料、厚度及与所述核磁系统之间的距离d1；
5）根据步骤4）中得到的d1和步骤3）中确定的法拉第屏蔽装置的尺寸范围，结合施工，最终确定所述法拉第屏蔽装置的尺寸。
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