CN110261802A - 一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法，包括匀场结构和测场探头，所述匀场结构包含匀场小磁片、角度控制器和磁片固定结构，所述固定结构由四块带盲孔的铝合金扇形件和氮化硼陶瓷件组成，所述角度控制器由带角度刻盘和调节杆构成，所述测场探头包括旋转定位结构和1个磁强计，所述磁强计由螺线管线圈、1mm试管和调谐匹配盒构成。本发明能有效解决磁体加工、定位误差导致的Halbach磁体磁场均匀度实际值远高于理论值的问题，有助于用于低场核磁共振的Halbach磁体在小型化的同时，实现优异的磁场均匀度。

Description

一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法

技术领域

本发明涉及永磁体的性能表征和磁场控制等领域，特别涉及一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法。

背景技术

随着台式核磁共振仪的完善和普及，低场核磁共振技术正朝着便携化、低成本化发展，有利于材料科学，工艺和质量控制，生物学，环境科学和医学的快速检测。Halbach磁体相比于其他类型磁体具有出色的磁场性能，能够以最小的体积产生最大的磁场强度，场均匀度理论上高于现有其他类型磁体，在便携式核磁共振仪上拥有非常大的前景。但受制于加工技术，Halbach磁体难以被完美制造，加工、定位误差导致实际组装的Halbach磁体磁场性能与理论具有非常的大的差异，磁场均匀度难以达到理论值，限制了Halbach磁体在便携式核磁共振仪的应用。

目前，对Halbach磁体磁场均匀度的调节主要有两种方法，有源匀场和无源匀场。有源匀场是指在Halbach磁体内部增加通电匀场线圈，使其能将磁场的高次分量抵消；无源匀场是在磁体内表面增加软磁材料，通过软磁材料的分布改善目标区域的磁场不均匀度。研究表明，有源匀场的匀场效果好于无源匀场，但是有源匀场需要磁体内空间足够大，且需要额外的稳流电源，不仅限制了磁体的大小还增加了仪器的体积和成本。无源匀场虽然效果比不上有源匀场，但是其可以适用于小体积的Halbach磁体而且成本低廉，能够直接有效地弥补磁体加工产生的误差，因此基于无源匀场研究一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法具有极其重要的研究意义和经济意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法，该用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法能快速有效的测量当前磁体的磁场分布并提高磁场均匀度，有助于研究人员弥补磁体加工误差带来的性能下降问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法，包括匀场结构和测场探头，所述

匀场结构包含固定结构、角度控制器和匀场小磁片，所述固定结构由四块带盲孔的铝合金扇形件和氮化硼陶瓷件组成，所述角度控制器由带角度刻盘和调节杆构成，所述匀场小磁片采用剩磁强度、矫顽力低于主磁场强度的钐钴材料，所述每块铝合金扇形件通过卡槽连接在一起组装成匀场结构圆环，匀场小磁片置于盲孔内，所述测场探头包括旋转定位结构和1个磁强计，所述磁强计由螺线管线圈、1mm试管和调谐匹配盒构成。

一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法，包括如下步骤：

步骤1，将无小磁片的中心匀场结构和测场探头放入Halbach磁体中心位置，通过上下固定卡位将其固定在磁体中心；

步骤2，将测场探头接入电子控制箱，采集fid信号，傅里叶变换后得到测场探头所在位置的磁场强度；

步骤3，旋转测场装置及调整测场探头的高度，确保测场探头在目标区域内均匀检测95个点；

步骤4，根据95个点及对应的磁场强度建立目标区域的磁场分布图；

步骤5，打开磁体上下盖，将测场装置和匀场结构都退出磁体；

步骤6，根据步骤4建立的磁场分布图，大致计算出匀场结构内不同盲孔位置所需匀场小磁片的数量；

步骤7，调整磁场均匀度，具体包括如下步骤：

步骤71，将不同数量的小磁片分别放入中心匀场结构的盲孔中，用聚四氟乙烯将盲孔中剩余空间堵住后，将小直径氮化硼陶瓷管放入中心匀场结构内径中，保证小磁片在插入磁体内部过程中不会位移和损坏；

步骤72，重新放入测场装置，检测95点相同位置场强大小；

步骤73，重复步骤4至步骤6，直至目标区域磁场均匀度达到理想值。

所述步骤3中95个点是由目标区域内轴向5等分区域，每个区域均匀分布的19个点构成。

本发明具有如下有益效果：能快速有效地测量当前磁体的磁场分布并提高磁场均匀度，有助于研究人员弥补磁体加工误差带来的性能下降问题，有利于小型Halbach磁体的研究和发展，有利于便携式核磁共振仪的开发与普及。

附图说明

图1为本发明的匀场结构的结构示意图。

图2为本发明的匀场结构中固定结构的爆炸图。

图3为本发明的铝合金扇形件的结构示意图。

图4为本发明的测场探头的结构示意图。

图中标号：

101—带角度刻盘 102—调节杆 103—固定结构

201—小直径氮化硼陶瓷轴套 202—匀场小磁片 203—铝合金扇形件

204—大直径氮化硼陶瓷轴套 301—铝合金扇形件卡槽 302—铝合金扇形件上盲孔

401—调谐匹配盒 402—标准信号接口 403—旋转定位结构；

404—线圈骨架 405—螺线管线圈 406—试管。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图4所示，一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法，包括匀场结构和测场探头，所述匀场结构从上至下依此包括带角度刻盘101、调节杆102、固定结构103和匀场小磁片202。

如图2所示，所述固定结构一共由四块带盲孔的铝合金扇形件203和氮化硼陶瓷件组成，所述氮化硼陶瓷件包括小直径氮化硼陶瓷轴套201与大直径氮化硼陶瓷轴套204，所述铝合金扇形件203中盲孔302用于容纳匀场小磁片202，所述匀场小磁片202采用剩磁强度、矫顽力低于主磁场强度的钐钴材料，所述每块铝合金扇形件通过卡槽301连接在一起组装成固定结构的主体，所述测场探头包括旋转定位结构403和1个磁强计。

所述旋转定位结构403分为上下两个相同的部件，方便磁强计的安装。结构上具有三个磁强计安装孔，不同安装孔对应了目标区域不同位置的磁场，通过旋转定位结构，可以实现目标区域的覆盖扫描。

所述磁强计由螺线管线圈405、1mm试管406和调谐匹配盒401构成。

所述螺线管线圈405与调谐匹配盒401通过标准信号接口402连接，从而实现脉冲信号的传输。

一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法，包括如下步骤：

步骤1，将如图1的中心匀场结构和图4测场探头放入Halbach磁体中心位置，中心匀场结构通过上下固定卡位将其固定在磁体中心，将角度刻盘101和调节杆102与匀场结构103机械连接在一起，旋转将其调整到合适位置后，拿出角度刻盘和调节杆；放入测场探头，由于旋转定位结构外径与匀场结构内径一致，高度一致，可方便的将其与匀场结构固定在一起；

步骤2，将测场探头通过信号传输线接入脉冲收发器，采集试管内样品的fid信号，傅里叶变换后可得到测场探头所在位置的磁场强度；

步骤3，改变磁强计在旋转定位结构上的安装位置，旋转测场探头，确保测场探头能够完整扫描一个平面，改变磁强计的高度，完成另一个高度的平面扫描；完整测量包括目标区域的95个位置。

步骤4，根据95个位置对应的磁场强度建立目标区域的磁场分布图；

步骤5，打开磁体上下盖，将测场装置和匀场结构都退出磁体；

步骤6，根据步骤4建立的磁场分布图，可分析得出目标区域相对强磁和相对弱磁的位置，并大致计算出目标区域对应不同盲孔位置所需匀场小磁片202的数量；

步骤7，调整磁场均匀度，具体包括如下步骤：

步骤71，将不同数量的小磁片根据磁化方向的不同分别放入中心匀场结构的盲孔中，用聚四氟乙烯将盲孔中剩余空间堵住后，将小直径氮化硼陶瓷管201放入中心匀场结构内径中，保证小磁片在插入磁体内部过程中不会位移和损坏，在外部套入大直径氮化硼陶瓷管204ss，确保不会刮伤Halbach主磁体。

步骤72，重新放入测场装置，检测95点相同位置场强大小；

步骤73，重复步骤4至步骤6，直至目标区域磁场均匀度达到理想值。

其中所述步骤3中95个点是由目标区域内轴向5等分区域，每个区域均匀分布的19个点构成。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法，其特征在于:包括匀场结构和测场探头，所述匀场结构包含固定结构、角度控制器和匀场小磁片，所述固定结构由四块带盲孔的铝合金扇形件和氮化硼陶瓷件组成，所述角度控制器由带角度刻盘和调节杆构成，所述测场探头包括旋转定位结构和1个磁强计，所述磁强计由螺线管线圈、1mm试管和调谐匹配盒构成。

2.根据权利要求1所述的一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法，其特征在于：所述每块铝合金扇形件通过卡槽连接在一起组装成匀场结构圆环。

3.根据权利要求1所述的一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法，其特征在于：所述匀场小磁片采用剩磁强度低于主磁场强度的钐钴材料。

4.一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，将无小磁片的中心匀场结构和测场探头放入Halbach磁体中心位置，通过上下固定卡位将其固定在磁体中心；

步骤2，将测场探头接入电子控制箱，采集fid信号，傅里叶变换后得到测场探头所在位置的磁场强度；

步骤3，旋转测场装置及调整测场探头的高度，确保测场探头在目标区域内均匀检测95个点；

步骤4，根据95个点及对应的磁场强度建立目标区域的磁场分布图；

步骤5，打开磁体上下盖，将测场装置和匀场结构都退出磁体；

步骤6，根据步骤4建立的磁场分布图，大致计算出匀场结构内不同盲孔位置所需匀场小磁片的数量；

步骤7，调整磁场均匀度，具体包括如下步骤：

步骤71，将不同数量的小磁片分别放入中心匀场结构的盲孔中，用聚四氟乙烯将盲孔中剩余空间堵住后，将小直径氮化硼陶瓷管放入中心匀场结构内径中，保证小磁片在插入磁体内部过程中不会位移和损坏；

步骤72，重新放入测场装置，检测95点相同位置场强大小；

步骤73，重复步骤4至步骤6，直至目标区域磁场均匀度达到理想值。

5.根据权利要求4所述的一种用于Halbach磁体磁场均匀度调节的装置和方法，其特征在于：步骤3中95个点是由目标区域内轴向5等分区域，每个区域均匀分布的19个点构成。