CN110007259A - Nmr匀场系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于影响并且使NMR系统的磁场均匀化的NMR匀场系统，包括线圈体(1)、延长管(2)和接头单元(3)以及施加在线圈体上的部分线圈(4，4a)，所述部分线圈具有用于将部分线圈与接头单元连接的接头线路(6a，6b)，其特征在于，所述接头线路在线圈体和延长管之间分开并且通过布置在线圈体和延长管之间的、具有连接线路(5a，5b，5c，5d)的电路板(5)重新相互连接。由此允许以简单的技术措施在使用标准部件并且没有值得一提的附加成分耗费的情况下改造匀场系统的机械结构，使得能够在没有已经安装的延长管的情况下并且特别经济地、以简单的方式以及自动化地在线圈体上制造部分线圈。

Description

NMR匀场系统
技术领域
本发明涉及一种用于影响并且使NMR系统的磁场均匀化的匀场系统、尤其是线圈系统和一种用于制造这样的匀场系统的方法，该NMR系统包括线圈体、延长管和接头单元以及施加在线圈体上的部分线圈，所述部分线圈带有通到接头单元的接头线路。
背景技术
一种这样的匀场系统例如由武汉中科波谱技术有限公司的CN104865544A(参考文献1)和VARIAN ASSOCIATES,INC的US3735306A或者说DE 21 52 006C2(参考文献2)已知。
NMR方法被用于分析试样成分或者用于确定试样中材料的结构。NMR光谱学是一种高效的仪器分析方法。在该NMR方法中，在z方向上给试样施加强静态磁场B0，并且将与该静态磁场正交的、在x或y方向上的高频电磁脉冲射入试样中。在此，与试样材料的原子核自旋形成交互作用。试样的该原子核自旋随着时间的发展又产生高频的电磁场，该电磁场在NMR装置中被检测到。由检测到的高频场可以获得关于试样特性的信息。尤其是可以由NMR线的位置和强度推导出试样中的化学键情况。
Z方向上的强静态磁场B0的均匀性对于测量质量是决定性的。复杂的线圈系统、即所谓的匀场系统被用于影响并且使NMR系统的磁场均匀化。
图1简化地示出按照迄今为止的现有技术的匀场系统。在此仅示出在z方向上影响静态磁场B0的部分线圈。
部分线圈的制造和该部分线圈与接头单元的连接结构的制造在绕线机上进行。为此预先将线圈体、延长管和连接单元的部分组合在一起并且将该预组装的单元夹紧在绕线机上。
这样地进行绕制，使得线材作为连接线路固定在接头单元上并且从该接头单元沿着并且在延长管和线圈体的纵向槽中通到第一部分线圈的离接头单元尽可能远的第一圆周槽。然后用同一根线材绕制该部分线圈并且该线材又作为连接线路以同样的方式重新通回到接头单元并且固定在那里。
接着以同样的方式产生下一个部分线圈。因此通到以前的部分线圈的接头线路位于下一个部分线圈下方。
如果两个不相邻的部分线圈必须串联连接，则该过程变得复杂。这时必须首先如前述那样绕制这两个部分线圈中的第一个。但是这时接头线路不是通回到接头单元，而是线材卷轴必须暂时地固定在接头单元附近，用于接头线路的线材从该线材卷轴展开，从而该线材卷轴在绕制下一个部分线圈时随着转动并且不会继续退绕。然后产生位于有待串联连接的部分线圈之间的部分线圈。接着重新接纳线材卷轴并且绕制串联连接的第二线圈，然后线材作为接头线路通到接头单元并且被固定。如果两个串联连接的部分线圈应含有不同的极性，则这两个部分线圈必须以不同的绕制方向被施加。
在此不利的是，该过程是如此复杂，以至于该制造过程的自动化不能再以合理的耗费实现。
按照上述现有技术制造的匀场系统的另一个缺点在于，在耗费时间的绕制过程之前就必须已将线圈体与延长管连接。因为视匀场系统的所需长度而定，存在不同长度的延长管，所以在这时必须已经最终地确定，应当制造多长的匀场系统。
目前不能实现的是，预先按库存完成部分线圈的耗费时间的绕制。这允许在接到订单之后要能更快速地完成匀场线圈，因为这时才必须将已经装有其部分线圈的线圈体与正确的延长管和其余的部件组装。换而言之，按照现有技术仅能以上述方式实现耗费时间的手动制造。
发明内容
与之相反，本发明的任务在于，以简单的技术措施在使用标准部件并且没有值得一提的附加的成本耗费的情况下在机械结构方面改变匀场系统，使得能够无需已预先组装延长管并且尽可能经济地以简单方式以及自动化地在线圈体上制造部分线圈。
该任务以令人意料不到的简单且高效方式解决，即，接头线路在线圈体和延长管之间分开并且通过布置在线圈体和延长管之间的、带有连接线路的电路板重新相互连接。
由此可实现的是，能够将部分线圈绕制到线圈体上，而不必预先已经组装延长管和接头单元的各部分，以便能够固定接头线路的端部。此外，对于所有的部分线圈而言制造过程被统一。此外，对于多个串联连接的部分线圈而言不再有复杂的过程。如果两个串联连接的部分线圈应当获得不同的极性，那么这一点可以简单地通过在电路板上适当布置连接线路来实现。
在按照本发明的匀场系统的一种优选的实施方式中，在线圈体和延长管之间分开的接头线路通过布置在线圈体和延长管之间的、具有钎焊点和连接线路的电路板可钎焊地重新相互连接。为此，该电路板可以载有用于连接部分线圈的接头线路的附加的、补充的和其它的连接线路以及钎焊点，以便串联连接两个或更多个部分线圈。
其它的有利实施方式的特征在于，在线圈体和延长管之间分开的接头线路通过布置在线圈体和延长管之间的电路板借助夹紧连接结构、螺纹连接结构或插拔连接结构重新相互电连接。因此能够考虑不同的连接技术，尤其是当所述连接技术应当自动化地进行时。
特别优选这样的实施方式，其中，电路板不仅包括通到部分线圈的接头线路和通到接头单元的接头线路的连接线路，而且也包括用于使各个部分线圈串联连接的附加的连接线路。因此，更多的串联连接的部分线圈的制造与单个线圈的制造完全一样地进行，这一点尤其是在自动化的制造中是简化的。
在按照本发明的匀场线圈的一类实施方式中，电路板也可以构造为柔性的电路板并且布置在围绕所述线圈体的下端部的圆周上。这能够实现可用空间的最佳利用。有足够的距离供所有的钎焊点使用，而在轴向方向上不需要很多空间。
特别优选本发明的一种实施方式，其中，在所述柔性电路板上除了用于部分线圈的钎焊点和连接线路外也布置有用于其它目的例如温度传感器的钎焊点和连接线路。这能够实现线圈体不仅与部分线圈、而且与其它元件的进一步的预组装。
如果电路板除了用于接头线路的钎焊盘外也包括带有用于测试完成绕制的部分线圈的相应的其它连接线路的接触部位，则得到本发明的另一种有利的实施方式。由此能够实现的是，安装一种测试装置，在该测试装置中能够简单地测试装有所有部分线圈和其它元件的线圈体。
特别优选一种优选柔性的电路板的布置结构，在安装所述延长管之后所述接头线路的通到部分线圈和传感器的钎焊连接结构受保护地布置在所述电路板上。这在设计上通过以下方式实现，即(如在图2中所示)延长管伸出超过线圈体的其上固定有柔性电路板的区域。由此预防了损坏，尤其是在将匀场线圈运输到磁体时和在安装到磁体中时。
另一种相对于现有技术的效率改进也可以通过以下方式实现，即从所述电路板通到接头单元的接头线路比从部分线圈通到电路板的接头线路以更大的直径制造。因为从部分线圈通到电路板的接头线路由与部分线圈相同的一段制成，所以接头线路的线路直径通过部分线圈的位置比例限制。接头线路的分开允许在两个部分段中使用不同的线材直径。这减少了各个部分线圈连同它们的接头线路在内的总电阻，从而在给定的供给电压的情况下可以流过较大的电流并且由此能够提高部分线圈的功率。
对于部分线圈的自动化加工有用的是，线材固定装置邻接用于部分线圈的槽和用于电路板的空间布置。由此能够在一个工序中无中断地施加和绕制用于部分线圈和从部分线圈通到电路板的接头线路的线材。在此，线材首先被固定在第一线材固定装置上，引导通到第一部分线圈位置，绕制第一部分线圈，然后引导通回到第二线材固定装置并且被固定。然后线材被引导通到第三线材固定装置并且被固定，引导通到第二部分线圈位置，绕制第二部分线圈，然后引导通回到第四线材固定装置并且被固定。对于其余部分线圈应用同样的方法。在此线材始终通过电路板并且正好通过相应的钎焊点引导。然后可以将该线材钎焊在所有的钎焊点上并且最终重新去掉从钎焊点通到线材固定装置的线材段。由此，能够尽可能经济地自动化地在线圈体上制造部分线圈。
一种用于制造按照本发明的具有(上述类型的)线圈体的匀场系统的方法也落在本发明的范围内，所述方法包括以下步骤：
a)提供具有位于其上的电路板的线圈体；
b)将接头线路与线圈体的线材固定装置中的一个线材固定装置连接；
c)将接头线路通到用于部分线圈的具有奇数层的部分线圈区域的上端部或者通到用于部分线圈的具有偶数层的部分线圈区域的下端部地布线；
d)向着部分线圈区域的面向电路板的下端部绕制具有一层或多层的部分线圈；
e)将接头线路通到线材固定装置中的一个线材固定装置地布线；
f)将接头线路通到用于下一个部分线圈的下一个线材固定装置地布线；
g)为每个部分线圈重复步骤c)至f)；
h)将所有的接头线路与电路板连接；
i)去除在电路板和线材固定装置之间的接头线路部分；
j)安装延长管、接头单元并且将所有的接头线路与电路板与接头单元连接。
该方法有利的是，所有的部分线圈可以用一根唯一的线材在连续的过程中绕制，这是特别高效的。
该方法的一种变型是特别有利的，其中，完全自动化地执行加工步骤b)至g)。由此能够在较短时间内并且成本更低地制造比现有技术质量更好的匀场线圈。
本发明的其它优点由说明书和附图得出。上述的和要进一步说明的特征可以按照本发明分别单独地或者多个任意组合地应用。所示的和所述的实施方式不应理解为穷尽列举，而是具有用于阐明本发明的示例性的特点。
附图说明
在附图中示出并且借助实施例被详细阐明本发明。
图1以示意的侧视图示出按照现有技术的匀场系统；
图2示出按照本发明的匀场系统；以及
图3示出按照本发明的匀场系统的电路板的示意的俯视图。
具体实施方式
图1示意地示出按照现有技术的到目前为止的结构形式的匀场系统。该匀场系统由线圈体1、延长管2和接头单元3构成。各个施加到线圈体1上的部分线圈4和接头线路6分别由一根连续的线材组成。这一点也适用于串联连接的部分线圈4a。通到传感器8的接头线路由两条连续的线材组成。这些接头线路连续地通到接头单元3。串联连接的部分线圈4a直接串联地绕制。
图2示意地示出按照本发明的匀场系统的一种可能的实施方式。该匀场系统同样由线圈体1、延长管2和接头单元3组成。附加地按照本发明设有电路板5。此外，与按照现有技术的连续的接头线路6相反，接头线路在本发明中分成从部分线圈4、4a通到电路板5的接头线路6a和从电路板5通到接头单元3的接头线路6b。施加到线圈体1上的部分线圈4和接头线路6a由连续的线材组成。对于串联连接的部分线圈4a，接头线路6a、6b以同样的方式布置。串联连接首先在电路板5上进行。接着用于部分线圈4的槽和用于电路板5的空间布置线材固定装置7。
图3示意地示出按照本发明的匀场系统的电路板5。在该电路板上可看到用于接头线路6a和6b的带有钎焊点的连接线路5a、用于两个串联连接的部分线圈4a的接头线路6a的带有钎焊点的附加的连接线路5b、用于连接部分线圈4、4a与测试装置的带有接触部位的其它连接线路5c以及用于通到例如温度传感器8的接头线路6a和6b的补充的连接线路5d。
附图标记清单
(1)线圈体
(2)延长管
(3)接头单元
(4)部分线圈
(4a)两个或更多的串联连接的部分线圈
(5)带有施加的有待研究的物质的MAS转子
(5)电路板
(5a)在电路板上带有钎焊点的、用于从部分线圈通到接头单元的接头线路(6a)和(6b)的连接线路
(5b)在电路板上带有钎焊点的、用于串联连接两个部分线圈的接头线路(6a)的附加连接线路
(5c)在电路板上带有接触部位的、用于连接部分线圈与测试装置的其它连接线路
(5d)在电路板上带有钎焊点的、用于例如温度传感器(8)的接头线路(6a)和(6b)的补充的连接线路
(6)从部分线圈通到连接单元的接头线路
(6a)从部分线圈通到电路板的接头线路
(6b)从电路板通到接头单元的接头线路
(7)线材固定装置
(8)传感器，例如温度传感器
参考文献：
为评判可专利性所考虑的公开文献：
【1】CN104865544A
【2】US3735306A,DE21 52 006 C2

Claims (12)

1.用于影响NMR系统的磁场并且使NMR系统的磁场均匀化的匀场系统，包括线圈体(1)、延长管(2)和接头单元(3)以及施加在线圈体(1)上的部分线圈(4，4a)，所述部分线圈具有用于将部分线圈(4，4a)与接头单元(3)连接的接头线路(6；6a，6b)，
其特征在于，所述接头线路(6a，6b)在线圈体(1)和延长管(2)之间分开并且通过布置在线圈体和延长管之间的、带有连接线路(5a，5b，5c，5d)的电路板(5)重新相互连接。
2.根据权利要求1所述的匀场系统，其特征在于，在线圈体(1)和延长管(2)之间分开的接头线路(6a，6b)通过布置在线圈体和延长管之间的、带有钎焊点和连接线路(5a，5b，5c，5d)的电路板(5)可钎焊地重新相互连接。
3.根据权利要求1或2所述的匀场系统，其特征在于，在线圈体(1)和延长管(2)之间分开的接头线路(6a，6b)通过布置在线圈体和延长管之间的电路板(5)借助夹紧连接结构、螺纹连接结构或插拔连接结构重新相互电连接。
4.根据以上权利要求之一所述的匀场系统，其特征在于，所述电路板(5)不仅包括通到部分线圈(4)的接头线路(6a)以及通到接头单元(3)的接头线路(6b)的连接线路(5a)，而且也包括用于使各个部分线圈(4)串联连接的附加的连接线路(5b)。
5.根据以上权利要求之一所述的匀场系统，其特征在于，所述电路板(5)构造为柔性的电路板并且在围绕所述线圈体(1)的下端部的圆周上固定。
6.根据权利要求5所述的匀场系统，其特征在于，所述柔性的电路板布置在所述线圈体(1)上，使得在安装所述延长管(2)之后所述接头线路(6a)的通到部分线圈(4)和传感器(8)的钎焊连接结构受保护地布置在所述电路板(5)上。
7.根据以上权利要求之一所述的匀场系统，其特征在于，在所述电路板(5)上除了用于部分线圈(4)的钎焊点和连接线路(5a)外也布置有用于其它目的例如温度传感器(8)的钎焊点和补充的连接线路(5d)。
8.根据以上权利要求之一所述的匀场系统，其特征在于，所述电路板(5)除了用于接头线路(6)的钎焊盘外也包括带有用于测试完成绕制的部分线圈(4)的相应的其它连接线路(5c)的接触部位。
9.根据以上权利要求之一所述的匀场系统，其特征在于，从所述电路板(5)通到接头单元(3)的接头线路(6b)具有不同于从部分线圈(4)通到电路板(5)的接头线路(6a)的线材直径、优选比从部分线圈通到电路板的接头线路具有更大的线材直径。
10.用于根据以上权利要求之一所述的匀场系统的线圈体(1)，其特征在于，线材固定装置(7)跟随用于部分线圈(4)的槽和用于电路板(5)的空间布置。
11.用于制造根据权利要求1至9之一所述的匀场系统的方法，所述匀场系统包括根据权利要求10所述的线圈体(1)，所述方法包括以下步骤，
a)提供线圈体(1)连同位于所述线圈体上的电路板(5)；
b)将接头线路(6a)与线圈体(1)的线材固定装置(7)中的一个线材固定装置连接；
c)将接头线路(6a)布线通到用于部分线圈(4)的具有奇数层的部分线圈区域的上端部或者通到用于部分线圈(4)的具有偶数层的部分线圈区域的下端部；
d)向着部分线圈区域的面向电路板(5)的下端部绕制具有一层或多层的一个部分线圈(4)；
e)将接头线路(6a)布线通到线材固定装置(7)中的一个线材固定装置；
f)将接头线路(6a)布线通到用于下一个部分线圈(4)的下一个线材固定装置(7)；
g)为每个部分线圈(4)重复步骤c)至f)；
h)将所有的接头线路(6a)与电路板(5)连接；
i)去除在电路板(5)和线材固定装置(7)之间的接头线路部分；
j)安装延长管(2)、接头单元(3)并且将所有的接头线路(6b)与电路板(5)与接头单元(3)连接。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，完全自动化地执行加工步骤b)至g)。
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