CN110376419B - 超导磁体的励磁检测电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导磁体的励磁检测电路及其控制方法。该超导磁体的励磁检测电路中的超导磁体包括两个第一超导部件和多个第二超导部件，第一超导部件与第二超导部件均包括超导线圈，该超导磁体的励磁检测电路包括第二开关模块和至少一个第一开关模块，超导线圈形成串联支路，串联支路的两端接入励磁电源，第一开关模块用于在励磁电路的预励磁阶段控制励磁电源向对应的第一超导部件供应励磁电流，第二开关模块用于在励磁电路的预励磁阶段控制串联支路断路，通过本发明的技术方案，降低了液氦的损耗，且降低了励磁电路在后续正式励磁检测时由于第一超导部件中的超导线圈移动导致的励磁电路中超导线圈失超的概率。

Description

超导磁体的励磁检测电路及其控制方法

技术领域

本发明实施例涉及超导技术领域，尤其涉及一种超导磁体的励磁检测电路及超导磁体的励磁检测电路控制方法。

背景技术

目前磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)系统中的磁场由超导磁体提供，超导磁体由若干超导线圈串联而成，并需要在低温液体环境，如液氦中工作。

超导线圈在励磁过程中由于各种扰动会发生失超现象，即超导线圈由超导态转换为正常态，使得超导线圈中的电磁能转化为热能，蒸发大量昂贵的液氦，造成能源的浪费。

发明内容

本发明提供一种超导磁体的励磁检测电路及其控制方法，降低了液氦的损耗，且降低了励磁检测电路在后续正式励磁时由于第一超导部件中的超导线圈移动导致的励磁检测电路中超导线圈失超的概率。

第一方面，本发明实施例提供了一种超导磁体的励磁检测电路，所述超导磁体包括两个第一超导部件和多个第二超导部件，所述第一超导部件与所述第二超导部件均包括超导线圈，所述超导线圈形成串联支路，所述串联支路的两端接入励磁电源；其中，所述第一超导部件分别串联于所述串联支路的两侧；

所述励磁检测电路包括第二开关模块和至少一个第一开关模块，所述第一开关模块与所述第一超导部件对应设置，所述第一开关模块用于在所述励磁检测电路的预励磁阶段控制所述励磁电源向对应的所述第一超导部件供应励磁电流，所述第二开关模块串联连接在所述第一超导部件和至少一个所述第二超导部件之间，所述第二开关模块用于在所述励磁检测电路的预励磁阶段控制所述串联支路断路。

可选地，所述第一开关模块包括第一超导开关，所述第一超导开关的第一端于第一节点处与所述励磁电源的第一端电连接，所述第一超导开关的第二端于第二节点处与对应的所述第一超导部件的第一端电连接，所述第一超导部件的第二端与所述励磁电源的第二端电连接；

所述第二开关模块包括第二超导开关；

所述励磁检测电路包括一个所述第一开关模块且所述第二超导开关串联于所述串联支路位于所述第一节点和所述第二节点之间的电路中；或者，

所述励磁检测电路包括两个所述第一开关模块且所述第二超导开关串联于所述串联支路位于两个所述第二节点之间的电路中。

可选地，所述第一开关模块还包括单向导通元件，所述单向导通元件串联于对应的所述第一节点与所述第二节点之间，所述单向导通元件的第一端接收所述励磁电源的正输入端输入的电源信号，所述单向导通元件的第二端接收所述励磁电源的负输入端输入的电源信号。

可选地，所述第二超导开关包括多个超导子开关，所有所述超导子开关的第一端短接作为所述第二超导开关的第一端，所有所述超导子开关的第二端短接作为所述第二超导开关的第二端。

可选地，该超导磁体的励磁检测电路还包括：

第三开关模块，所述第三开关模块的两端接入所述励磁电源，所述第三开关模块用于在所述励磁检测电路的预励磁阶段控制所述第三开关模块所在支路断路。

可选地，所述第三开关模块包括第三超导开关，所述第三超导开关包括多个超导子开关，所有所述超导子开关的第一端短接作为所述第三超导开关的第一端，所有所述超导子开关的第二端短接作为所述第三超导开关的第二端。

可选地，该超导磁体的励磁检测电路还包括：

保护模块，所述保护模块的第一端与所述第三开关模块的第一端电连接，所述保护模块的第二端与所述第三开关模块的第二端电连接，所述励磁电源的电压小于所述保护模块的导通电压。

第二方面，本发明实施例还提供了一种超导磁体的励磁检测电路控制方法，用于控制如第一方面所述的超导磁体的励磁检测电路，该控制方法包括：

在所述励磁检测电路的预励磁阶段，通过控制所述第一开关模块的开关状态使所述励磁电源向对应的所述第一超导部件供应励磁电流，通过控制所述第二开关模块的开关状态控制所述串联支路断路。

可选地，该控制方法包括：

在所述励磁检测电路的预励磁阶段，控制一个所述第一超导开关与所述第二超导开关处于失超状态，控制另一个所述第一超导开关处于超导状态。

可选地，该控制方法包括：

在所述励磁检测电路的预励磁阶段，通过控制所述第三开关模块的开关状态控制所述第三开关模块所在支路断路。

本发明实施例提供了一种超导磁体的励磁检测电路及其控制方法，该超导磁体的励磁检测电路中的超导磁体包括两个第一超导部件和多个第二超导部件，第一超导部件与第二超导部件均包括超导线圈，第一超导部件分别串联于串联支路的两侧，第一超导部件包含的超导线圈的失超概率较高，本发明实施例能够在励磁检测电路进入正式励磁前，利用第一开关模块在励磁检测的预励磁阶段向容易失超的第一超导部件提供励磁电流以使第一超导部件移动至目标位置，且利用第二开关模块避免在预励磁阶段励磁电流流经第二超导部件，即使第一超导部件中的超导线圈失超，相对于对励磁检测电路中所有的超导线圈进行整体励磁也大大降低了液氦的损耗，且第一超导部件中的超导线圈提前移动到目标位置，降低了励磁检测电路在后续励磁检测时由于第一超导部件中的超导线圈移动导致的励磁检测电路中超导线圈失超的概率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种超导磁体的励磁检测电路控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供了一种超导磁体的励磁检测电路及其控制方法，该超导磁体的励磁检测电路中的超导磁体包括两个第一超导部件和多个第二超导部件，第一超导部件与第二超导部件均包括超导线圈，超导线圈形成串联支路，串联支路的两端接入励磁电源；其中，多个第二超导部件的超导线圈串联连接形成串联支路，两个第一超导部件分别位于串联连接后的多个第二超导部件的两侧，即第一超导部件分别串联于串联支路的两侧；励磁检测电路包括第二开关模块和至少一个第一开关模块，第一开关模块与第一超导部件对应设置，如一一对应，第一开关模块可以与励磁电源、第一超导部件形成串联回路，用于在励磁检测电路的预励磁阶段控制励磁电源向对应的第一超导部件供应励磁电流，第二开关模块串联连接在第一超导部件和至少一个第二超导部件之间，第二开关模块用于在励磁检测电路的预励磁阶段控制串联支路断路。

目前MRI系统中的磁场由超导磁体提供，这种磁体是由若干超导线圈串联而成的，超导磁体需要在低温液体环境，如液氦中工作，一般超导磁体在出厂前需要进行励磁测试，超导线圈在励磁过程中由于各种扰动，会发生失超现象，使得超导线圈中的电磁能转化为热能，即超导线圈由超导态转换为正常态，蒸发大量昂贵的液氦，例如洛伦兹力造成的线圈移动，环氧树脂胶的破裂以及热扰动均会导致超导线圈在励磁过程中失超，造成能源的浪费。

本发明实施例提供了一种超导磁体的励磁检测电路及其控制方法，该超导磁体的励磁检测电路中的超导磁体包括两个第一超导部件和多个第二超导部件，第一超导部件与第二超导部件均包括超导线圈，第一超导部件分别串联于串联支路的两侧。第一超导部件的线圈匝数可大于第二超导部件的线圈匝数，第一超导部件可起到主动屏蔽的作用，用于屏蔽外部环境对于磁场的干扰。第二超导部件起到产生主磁场的作用。第一超导部件包含的超导线圈的失超概率较高，本发明实施例能够在励磁检测电路进入正式励磁前，利用第一开关模块在励磁检测的预励磁阶段对易失超的第一超导部件提供励磁电流以使第一超导部件移动至目标位置，且利用第二开关模块避免在预励磁阶段励磁电流流经第二超导部件，即使第一超导部件中的超导线圈失超，相对于对励磁检测电路中所有的超导线圈进行整体励磁也大大降低了液氦的损耗，且第一超导部件中的超导线圈提前移动到目标位置，降低了励磁检测电路在后续励磁检测时由于第一超导部件中的超导线圈移动导致的励磁检测电路中超导线圈产生失超的概率。

以上是本发明的核心思想，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。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。

图1为本发明实施例提供的一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图，如图1所示，该超导磁体的励磁检测电路中的超导磁体包括两个第一超导部件100和多个第二超导部件200，第一超导部件100与第二超导部件200均包括超导线圈，每个第一超导部件100包括超导线圈A，且超导线圈A作为屏蔽线圈。图1示例地设置超导磁体包括六个第二超导部件200，每个第二超导部件200包括超导线圈B，且超导线圈B作为主线圈。该超导磁体的励磁检测电路包括第二开关模块500和至少一个第一开关模块400，图1示例地设置超导磁体的励磁检测电路包括一个第一开关模块400a，超导线圈形成串联支路110，串联支路110的两端接入励磁电源300，其中，第一超导部件100a和第一超导部件100b分别串联于串联支路110的两侧，第一开关模块400与第一超导部件100一一对应设置，这里第一开关模块400与第一超导部件100一一对应设置是指当励磁检测电路仅包括一个第一开关模块400时，第一开关模块400与两个第一超导部件100中的一个第一超导部件100对应设置，当励磁检测电路包括两个第一开关模块400时，第一开关模块400与第一超导部件100一一对应设置，第一开关模块400的一端与励磁电源300的一个输入端电连接，第一开关模块400的另一端与第一超导部件100电连接，第一超导部件100与励磁电源300的另一个输入端电连接，第一开关模块400处于导通状态时，励磁电源300、第一开关模块400和第一超导部件100能够形成回路，第二开关模块500串联连接在第一超导部件100和至少一个第二超导部件200之间，图1示例性地设置第二开关模块500串联在第一超导部件100和五个第二超导部件200之间，如图1所示，第一开关模块400用于在励磁检测电路的预励磁阶段控制励磁电源300向对应的第一超导部件100b供应励磁电流，第二开关模块500用于在励磁检测电路的预励磁阶段控制串联支路110断路。

其中，第一超导部件100a中的超导线圈A1和第一超导部件100b中的超导线圈A2串联于串联支路110的两侧，可以作为主动屏蔽线圈，用于提高设置有该超导磁体的励磁检测电路的系统，例如MRI系统的磁约束能力，可以控制杂散场，避免设置有该超导磁体的励磁检测电路的系统，例如MRI系统影响系统周边环境。主动屏蔽线圈的体积和质量远大于串联支路110中的其它超导线圈，即串联支路110中超导线圈A1和超导线圈A2的体积和质量远大于主线圈的体积和质量，超导线圈A1和超导线圈A2更容易受到磁场中洛伦兹力的影响，造成线圈移动，从而发生失超现象。

具体地，如图1所示，在励磁检测电路的预励磁阶段，可以通过控制第一开关模块400a的开关状态使励磁电源300向第一超导部件100b提供励磁电流，通过控制第二开关模块500的开关状态控制励磁检测电路中的串联支路110断路，即在励磁检测电路的预励磁阶段，首先通过第一开关模块400a控制励磁电源300和第一超导部件100b形成回路，同时通过第二开关模块500控制串联支路110断路，使得励磁电源300提供的励磁电流绝大部分流经第一超导部件100b，励磁电源300为第一超导部件100b中的超导线圈A2励磁，直到超导线圈A2中的励磁电流达到目标励磁电流，其中，目标励磁电流可以是与正式励磁阶段相同的磁场环境下所需的预估电流值，且超导线圈A2在励磁检测电路的磁场产生的洛伦兹力的影响下移动到目标位置。进一步地，第一开关模块400a设置成开路状态，其所在的支路断路，并通过第二开关模块500控制串联支路110与励磁电源300形成回路，以使励磁电源300为串联支路110中的所有超导线圈励磁，直到各超导线圈中的励磁电流达到目标励磁电流。

现有技术中，超导磁体在出厂前进行的励磁测试，示例性地，参考图1，直接通过励磁电源300同时为串联支路110中的所有超导线圈进行励磁，超导线圈A1和超导线圈A2作为主动屏蔽线圈，容易受到磁场中洛伦兹力的影响，造成线圈移动引起失超，触发失超保护，使得串联支路110中的所有超导线圈发生失超，原来低温状态下的大量液氦会因为线圈释放的大量能量而挥发，造成昂贵液氦的损耗。

本发明实施例提供的技术方案中，由于在励磁检测的预励磁阶段，超导线圈A2已经移动到最终的目标位置，根据超导磁体具有的特点，再次利用同样的励磁电流进行励磁时，超导线圈A2不会产生移动，发生失超的概率较低，这样，使超导线圈A2移动到目标位置后再对其他超导线圈进行励磁检测，避免了容易发生失超的超导线圈A2对其他超导线圈产生的影响，降低了励磁检测电路发生失超的概率。例如，对于1.5T的超导磁体来说，所有超导线圈能够产生的能量可达3MJ左右，超导磁体工作环境中的液氦又非常容易气化，若同时对所有超导线圈进行励磁检测，超导线圈失超后损耗的液氦量非常大，若先对容易发生失超的超导线圈A2进行励磁检测，超导线圈能够产生的能量减少了很多，例如超导线圈A2产生的能量只占总体能量的1/6左右，这样即使发生失超，损耗的液氦也少了很多。

继续参考图1，可选地，可以设置第一开关模块400包括第一超导开关S1，即设置第一开关模块400a包括第一超导开关S1a，第二开关模块500包括第二超导开关S2，第一超导开关S1a的第一端于第一节点E1处与励磁电源300的第一端电连接，第一超导开关S1a的第二端于第二节点F1处与对应的第一超导部件100b的第一端G1电连接，第一超导部件100b的第二端H1与励磁电源300的第二端电连接，图1示例地设置超导磁体的励磁检测电路包括一个第一开关模块400a且第二超导开关S2串联于串联支路110位于第一节点E1和第二节点F1之间的电路中。其中，第一开关模块400a和第二开关模块500对励磁检测电路的控制可以通过设置超导开关来实现，具体可在第一开关模块400a和第二开关模块500的超导开关设置热耦合的加热器，加热器对超导开关加热，超导开关失超，即第一开关模块400a、第二开关模块500关断；加热器对超导开关停止加热，超导开关恢复超导状态，即第一开关模块400a、第二开关模块500闭合。

励磁电源300提供的励磁电流的大小，可以根据励磁检测电路需要产生的磁场强度来确定。在此实施例中，励磁电流的范围设置为400安培(A)到600A任意值，超导磁体形成的主磁场场强约为1.5特斯拉(T)。

具体地，在该超导磁体的励磁检测电路的预励磁阶段，可以通过控制第一超导开关S1a处于超导状态以使励磁电源300向第一超导部件100b供应励磁电流，可以通过控制第二超导开关S2处于失超状态以使串联支路110断路，其中，“断路”并不一定指串联支路110在物理上处于断开状态，可以指第二超导开关S2处于失超状态时，可近似看作一个阻值很大的电阻，那么此时励磁电源300提供的励磁电流主要流经第一超导部件100b，串联支路110的状态可以等效为“断路”状态。

示例性地，可以通过加热第一超导开关S1和第二超导开关S2来控制第一超导开关S1和第二超导开关S2的工作状态，加热超导开关时，超导开关处于失超状态，此时超导开关近似为阻值很大的电阻，不加热超导开关时，超导开关处于超导状态，能够导通电路。

在励磁检测电路的预励磁阶段可以通过控制第一超导开关S1a处于超导状态使励磁电源300向第一超导部件100b供应励磁电流，可以通过加热第二超导开关S2使第二超导开关S2处于失超状态来控制串联支路110断路。进一步地，可以通过加热第一超导开关S1a处于失超状态使第一超导开关S1a所在的支路断路，可以通过控制第二超导开关S2处于超导状态使串联支路110与励磁电源300形成回路，以使励磁电源300为串联支路110中的所有超导线圈励磁检测，直到各超导线圈中的励磁电流达到目标励磁电流。本发明实施例能够在励磁检测电路进入正式励磁前，通过控制第一超导开关S1a和第二超导开关S2的状态在预励磁阶段向容易失超的第一超导部件100b提供励磁电流以使第一超导部件100b提前移动到目标位置，降低了励磁检测电路在后续励磁检测时由于第一超导部件100b中的超导线圈A2移动导致的励磁检测电路中超导线圈失超的概率。

图1示出了超导线圈A2为容易发生失超的线圈时，励磁检测电路的设置情况，实际应用时，超导线圈A1和超导线圈A2均作为励磁检测电路的主动屏蔽线圈，超导线圈A1也可能发生失超，图2为本发明实施例提供的另一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图，图2对应超导线圈A1为容易发生失超的线圈时励磁检测电路的设置情况，可选地，如图2所示，可以设置第一开关模块400b包括第一超导开关S1b，第一超导开关S1b的第一端于第一节点E2处与励磁电源300的第一端电连接，第一超导开关S1b的第二端于第二节点F2处与对应的第一超导部件100a的第一端G2电连接，第一超导部件100a的第二端H2与励磁电源300的第二端电连接，第一开关模块400b的一端与励磁电源300的负输入端-连接，第一开关模块400b的另一端与第一超导部件100a电连接，第一超导部件100a与励磁电源300的正输入端+连接，第一开关模块400b处于超导状态时，励磁电源300、第一开关模块400b和第一超导部件100a能够形成回路，第二超导开关S2串联于串联支路110位于第一节点E2和第二节点F2之间的电路中，在该超导磁体的励磁检测电路的预励磁阶段，可以通过控制第一超导开关S1b处于超导状态，通过加热第二超导开关S2使第二超导开关S2处于失超状态，以使励磁电源300向第一超导部件100a供应励磁电流，直到超导线圈A1中的励磁电流达到目标励磁电流，且超导线圈A1在洛伦兹力的影响下移动到目标位置。

图3为本发明实施例提供的另一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图，可选地，该超导磁体的励磁检测电路包括第一开关模块400a和第一开关模块400b且第二超导开关S2串联于串联支路110位于第二节点F/F1和第二节点F/F2之间的电路中。示例性地，图3对应超导线圈A1和超导线圈A2均作为励磁检测电路的主动屏蔽线圈，且均为容易发生失超的线圈时，励磁检测电路的设置情况，主动屏蔽线圈的体积和质量较大，容易发生失超，且在低温工作环境下收缩后线圈与线圈骨架之间存在缝隙，容易发生线圈移动，可以设置主动屏蔽线圈和主线圈的缠绕方向相反，那么主动屏蔽线圈在励磁检测电路磁场中受到的轴向洛伦磁力的方向跟主线圈相反，例如，可以设置超导线圈A1和超导线圈A2的轴向受力均朝外，先对超导线圈A1和超导线圈A2进行励磁检测，使二者在洛伦兹力的影响下移动到最终的目标位置，再对串联支路110上的所有超导线圈进行励磁检测，避免主动屏蔽线圈产生失超影响主线圈。

如图3所示，在励磁检测电路的预励磁阶段，可以先通过加热第二超导开关S2和第一超导开关S1b使第二超导开关S2和第一超导开关S1b处于失超状态，控制第一超导开关S1a处于超导状态，使励磁电源300向第一超导部件100b供应励磁电流，直到超导线圈A2中的励磁电流达到目标励磁电流，其中，目标励磁电流可以是与正式励磁阶段相同的磁场环境下所需的预估电流值，且超导线圈A2在洛伦兹力的影响下移动到目标位置；然后可以通过加热第二超导开关S2和第一超导开关S1a使第二超导开关S2和第一超导开关S1a处于失超状态，控制第一超导开关S1b处于超导状态，使励磁电源300向第一超导部件100a供应励磁电流，直到超导线圈A1中的励磁电流达到目标励磁电流，且超导线圈A1在洛伦兹力的影响下移动到目标位置。

进一步地，还可以通过加热第一超导开关S1a和第一超导开关S1b使第一超导开关S1a和第一超导开关S1b处于失超状态，控制第二超导开关S2处于超导状态，使励磁电源300向串联支路110上的所有超导线圈供应励磁电流，直到励磁电流达到目标励磁电流，这样，可以先对容易发生失超的超导线圈A1和超导线圈A2进行励磁检测，使二者移动到目标位置后再对所有超导线圈进行励磁检测，避免了容易发生失超的超导线圈A1和超导线圈A2对其他超导线圈产生的影响，降低了励磁检测电路在后续励磁检测时超导线圈失超的概率。

图4为本发明实施例提供的另一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图，如图4所示，由于超导磁体的超导线圈是对称设计的，超导线圈B1和超导线圈B6由于所处磁场强度大，线圈匝数多，也容易发生失超。图4示出了超导线圈A1和超导线圈A2，以及超导线圈B1和超导线圈B6均容易发生失超的情况下，励磁检测电路的设置情况，可以设置第一超导开关S1a的第二端于第二节点F3处与超导线圈B6电连接，设置第一超导开关S1b的第二端于第二节点F4处与超导线圈B1电连接，第一开关模块400a在励磁检测电路的预励磁阶段，控制励磁电源300向超导线圈B6和超导线圈A2供应励磁电流，第一开关模块400b在励磁检测电路的预励磁阶段，控制励磁电源300向对应的超导线圈A1和超导线圈B1供应励磁电流。

示例性地，参考图4，在励磁检测电路的预励磁阶段，可以先通过加热第二超导开关S2和第一超导开关S1b使第二超导开关S2和第一超导开关S1b处于失超状态，控制第一超导开关S1a处于超导状态，使励磁电源300向超导线圈B6和超导线圈A2供应励磁电流，直到超导线圈B6和超导线圈A2中的励磁电流达到目标励磁电流，且超导线圈B6和超导线圈A2在洛伦兹力的影响下移动到目标位置；然后可以通过加热第二超导开关S2和第一超导开关S1a使第二超导开关S2和第一超导开关S1a处于失超状态，控制第一超导开关S1b处于超导状态，使励磁电源300向超导线圈A1和超导线圈B1供应励磁电流，直到超导线圈A1和超导线圈B1中的励磁电流达到目标励磁电流，且超导线圈A1和超导线圈B1在洛伦兹力的影响下移动到目标位置。进一步地，还可以通过加热第一超导开关S1a和第一超导开关S1b使第一超导开关S1a和第一超导开关S1b处于失超状态，控制第二超导开关S2处于超导状态，使励磁电源300向串联支路110上的所有超导线圈供应励磁电流，直到励磁电流达到目标励磁电流，这样，可以先对容易发生失超的超导线圈进行励磁检测，使容易发生失超的超导线圈移动到目标位置后再对串联支路110中的所有超导线圈进行励磁检测，避免了容易发生失超的超导线圈对其他超导线圈产生的影响，降低了正式励磁阶段发生失超的概率。

需要说明的是，图4仅示出了超导线圈A1和超导线圈A2，以及超导线圈B1和超导线圈B6均容易发生失超的情况下，励磁检测电路的设置情况，实际应用时，其他超导线圈也可能为容易发生失超的线圈，可以参照上述实施例中第一开关模块400a和第一开关模块400b的设置方式，并结合实际应用情况对第一开关模块400a和第一开关模块400b在励磁检测电路中的连接方式进行设置，本发明实施例对此不进行具体限制。

可选地，结合图1至图4，还可以设置第一开关模块400包括单向导通元件P，即设置第一开关模块400a包括单向导通元件P1，第一开关模块400b包括单向导通元件P2，单向导通元件P串联于对应的第一节点与第二节点之间，即单向导通元件P串联于对应的第一开关模块400所在支路中，单向导通元件P的第一端M1接收励磁电源300的正输入端+输入的电源信号，单向导通元件P的第二端N1接收励磁电源300的负输入端-输入的电源信号。其中，单向导通元件P起到单向限流作用，由于超导线圈励磁之后会存储能量，单向导通元件P可以防止电流反向导通，单向导通元件P1和单向导通元件P2可以是低导通电压的二极管，低温环境以及大电流情况下导通后电阻极小，以降低励磁检测电路成本。

示例性地，参考图3，当第一超导开关S1a处于超导状态，第二超导开关S2处于失超状态时，单向导通元件P1正向导通，且第一超导开关S1a导通，励磁电源300向第一超导部件100b供应励磁电流，直到超导线圈A2中的励磁电流达到目标励磁电流，且超导线圈A2在洛伦兹力的影响下移动到目标位置；当第一超导开关S1b处于超导状态，第二超导开关S2处于失超状态时，单向导通元件P2正向导通，且第一超导开关S1b导通，励磁电源300向第一超导部件100a供应励磁电流，直到超导线圈A1中的励磁电流达到目标励磁电流，且超导线圈A1在洛伦兹力的影响下移动到目标位置。

图5为本发明实施例提供的另一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图，如图5所示，可以设置第二超导开关S2包括多个超导子开关S20，图5示例性地设置了第二超导开关S2包括三个超导子开关S20，所有超导子开关S20的第一端短接作为第二超导开关S2的第一端L1，所有超导子开关S20的第二端短接作为第二超导开关S2的第二端L2。

由于在励磁检测电路的正式励磁阶段的闭环运行阶段，第二超导开关S2始终正常工作，处于超导状态，对于第二超导开关S2的性能要求较高，设置第二超导开关S2包括并联的多个超导子开关S20，即使其中一个超导子开关S20失效，其他的超导子开关S20也能保证励磁检测电路在闭环运行阶段正常工作，提高了系统的稳定性。

需要说明的是，图5仅示出了第二超导开关S2包括三个超导子开关S20的情况，实际应用时，第二超导开关S2包括多个超导子开关S20，可以结合具体应用情况对超导子开关S20的数量进行设置，本发明实施例对此不进行限制，同时，图5示出的第二超导开关S2包括多个超导子开关S20时的超导磁体的励磁检测电路的设置情况，也适用于上述图1至图4示出的超导磁体的励磁检测电路。

图6为本发明实施例提供的另一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图，如图6所示，在上述实施例的基础上，还可以设置该超导磁体的励磁检测电路包括第三开关模块600，第三开关模块600的两端接入励磁电源300，第三开关模块600用于在励磁检测电路的预励磁阶段控制第三开关模块600所在支路断路。

具体地，在励磁检测电路的预励磁阶段，通过控制第三开关模块600的开关状态控制第三开关模块600所在支路断路。示例性地，可以通过控制第三开关模块600一直处于打开状态来控制第三开关模块600所在支路断路，以使励磁电源300能够完成先为超导线圈A1和超导线圈A2励磁检测，再为串联支路110上的所有超导线圈励磁检测的过程。

图7为本发明实施例提供的另一种超导磁体的励磁检测电路的结构示意图，如可选地，图7所示，还可以设置第三开关模块600包括第三超导开关S3，第三超导开关S3包括多个超导子开关S30，图7示例性地设置第三超导开关S3包括超导子开关S30，所有超导子开关S30的第一端短接作为第三超导开关S3的第一端L3，所有超导子开关S30的第二端短接作为第三超导开关S3的第二端L4。

由于在励磁检测电路的完成励磁检测后的闭环运行阶段，第三超导开关S3始终正常工作，处于超导状态，励磁检测电路对于第三超导开关S3的性能要求较高，设置第三超导开关S3包括并联的多个超导子开关S30，这样，多个超导子开关S30并联，即使其中一个超导子开关S30失效，其他的超导子开关S30也能保证励磁检测电路闭环运行阶段的正常运行工作。

示例性地，在励磁检测电路的预励磁阶段以及正式励磁阶段，可以通过加热控制第三超导开关S3处于失超状态以使其所在支路近似断路，以使励磁电源300为串联支路110上的所有超导线圈提供励磁电流，进一步地，可以切断励磁电源300，通过控制第三开关模块600中的超导开关处于超导状态以使第三开关模块600所在支路和各超导线圈所在串联支路110形成回路，实现超导磁体的闭环运行模式。

需要说明的是，图7仅示出了第三超导开关S3包括三个超导子开关S30的情况，实际应用时，第三超导开关S3包括多个超导子开关S30，可以结合具体应用情况对超导子开关S30的数量进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

参考图6和图7，还可以设置该超导磁体的励磁检测电路包括保护模块700，保护模块700的第一端与第三开关模块600的第一端电连接，保护模块700的第二端与第三开关模块600的第二端电连接，励磁电源300的电压小于保护模块700的导通电压。示例性地，保护模块700用于保护第三开关模块600，当第三开关模块600中的第三超导开关S3处于失超状态时，可能会烧坏，保护模块700的设置，可以分担流经第三超导开关S3的电流，从而保护第三开关模块600。

可选地，参照图6和图7，可以设置保护模块700包括单向导通元件P4、单向导通元件P5、单向导通元件P6和单向导通元件P7，其中，励磁电源300的电压小于单向导通元件P4和单向导通元件P5串联所能承受的的导通电压，或小于单向导通元件P6和单向导通元件P7串联所能承受的的导通电压，单向导通元件P4、单向导通元件P5、单向导通元件P6和单向导通元件P7可以均为二极管，单向导通元件P4和单向导通元件P5的设置，可以提高单向导通元件P4和单向导通元件P5所在串联支路的耐压值，单向导通元件P6和单向导通元件P7的设置，可以提高单向导通元件P6和单向导通元件P7所在串联支路的耐压值，这样，在励磁检测电路的预励磁阶段，第三开关模块600中的第三超导开关S3处于失超状态时，第三超导开关S3的电阻突然增加，对应的功率较大，第三超导开关S3可能会烧坏，保护模块700的设置，可以分担流向第三超导开关S3的电流，从而降低第三超导开关S3烧毁的风险。

具体地，以超导线圈A1和超导线圈A2为容易发生失超的主动屏蔽线圈为例，对图6和图7所示超导磁体的励磁检测电路的工作原理进行说明：

在励磁检测电路的预励磁阶段，首先可以通过加热第二超导开关S2、第一超导开关S1b和第三超导开关S3使三者处于失超状态，控制第一超导开关S1a处于超导状态，使励磁电源300提供的励磁电流主要流向超导线圈A2，直到超导线圈A2中的励磁电流达到目标励磁电流，且超导线圈A2在洛伦兹力的影响下移动到目标位置；然后可以通过加热第一超导开关S1a、第二超导开关S2和第三超导开关S3使三者处于失超状态，控制第一超导开关S1b处于超导状态，使励磁电源300提供的励磁电流主要流向超导线圈A1，直到超导线圈A1中的励磁电流达到目标励磁电流，且超导线圈A1在洛伦兹力的影响下移动到目标位置。

预励磁阶段完成后，进一步地，可以通过加热第一超导开关S1a、第一超导开关S1b和第三超导开关S3使三者处于失超状态，控制第二超导开关S2处于超导状态，使励磁电源300提供的励磁电流主要流向串联支路110上的所有超导线圈，即超导线圈A1、超导线圈A2、超导线圈B1～超导线圈B6，直到励磁电流达到目标励磁电流，这样，可以先对容易发生失超的超导线圈A1和超导线圈A2进行预励磁检测，使二者移动到目标位置后再对所有超导线圈进行励磁检测，超导线圈A1和超导线圈A2发生失超且移动到目标位置后，不容易再次失超，避免了对所有超导线圈进行励磁检测的过程中失超现象的发生，降低了液氦的损耗。

进一步地，串联支路110上的所有超导线圈完成励磁之后，还可以通过加热第一超导开关S1a和第一超导开关S1b使二者处于失超状态，控制第三超导开关S3和第二超导开关S2处于超导状态，停止供应励磁电源300，这样，第三超导开关S3和包括所有超导线圈的串联支路110形成回路，进入励磁检测电路的闭环运行阶段。

可选地，参考图6，还可以设置第一开关模块400a包括单向导通元件P8，第一开关模块400b包括单向导通元件P9，单向导通元件P8并联于第一超导开关S1a两端，单向导通元件P9并联于第一超导开关S1b两端，单向导通元件P8的第一端M3接收励磁电源300的正输入端+输入的电源信号，单向导通元件P8的第二端N3接收励磁电源300的负输入端-输入的电源信号，单向导通元件P9的第一端M4接收励磁电源300的正输入端+输入的电源信号，单向导通元件P9的第二端N4接收励磁电源300的负输入端-输入的电源信号。其中，单向导通元件P8可以用于保护第一超导开关S1a，单向导通元件P9可以用于保护第一超导开关S1b，单向导通元件P8和单向导通元件P9起到单向限流作用，防止电流反向导通，单向导通元件P8和单向导通元件P9可以是低导通电压的二极管，低温环境以及大电流情况下导通后电阻极小，以降低励磁电路励磁检测电路成本。

图1至图7所示的超导磁体的励磁检测电路，励磁过程仅采用两根电流引线，即由励磁电源300的正输入端+和负输入端-引出的两条电流引线为励磁检测电路输送励磁电源300供应的励磁电流，大大减少了电流引线产生的漏热，进一步避免了电流引线漏热产生的液氦损耗。

需要说明的是，图1-图7示例性地示出了第二开关模块500的位置，实际应用时，第二开关模块500可以设置在串联支路110的多个位置，只要能够确保在预励磁阶段，第二超导开关S2处于失超状态时，励磁电源300提供的励磁电流能够单独流经需要进行励磁的主动屏蔽线圈即可，本发明实施例对此不进行限制。

本发明实施例还提供了一种超导磁体的励磁检测电路控制方法，图8为本发明实施例提供的一种超导磁体的励磁检测电路控制方法的流程示意图，本实施例可适用于对超导线圈进行励磁的情况，该超导磁体的励磁检测电路控制方法可以用于控制本发明实施例提供的超导磁体的励磁检测电路，如图8所示，该超导磁体的励磁检测电路控制方法包括：

S110，在励磁检测电路的预励磁阶段，通过控制第一开关模块的开关状态使励磁电源向对应的第一超导部件供应励磁电流，通过控制第二开关模块的开关状态控制串联支路断路。

具体地，如图1所示，在励磁检测电路的预励磁阶段，通过控制第一开关模块400的开关状态使励磁电源300向对应的第一超导部件100b供应励磁电流，通过控制第二开关模块500的开关状态控制串联支路断路。

示例性地，若第一超导部件100b中的超导线圈A2容易发生失超，在励磁检测电路的预励磁阶段，可以控制第一开关模块400中的超导开关处于超导状态，控制第二开关模块500中的超导开关处于失超状态，第二开关模块500中的超导开关此时可视为阻值很大的电阻，第二开关模块500所在串联支路近似于断路状态，励磁电源300提供的励磁电流主要流向第一超导部件100b，为超导线圈A2励磁，直到超导线圈A2中的励磁电流达到目标励磁电流，且超导线圈A2在励磁检测电路的磁场产生的洛伦兹力的影响下移动到目标位置，这样，根据超导磁体的特性，超导线圈A2发生失超，且在洛伦兹力的影响下移动到目标位置后，进入正式励磁阶段时，发生失超的概率较低。

可选地，在励磁检测电路的预励磁阶段，可以控制一个第一超导开关与第二超导开关处于失超状态，控制另一个第一超导开关处于超导状态。

具体地，如图3所示，在励磁检测电路的预励磁阶段，控制第一超导开关S1a与第二超导开关S2处于失超状态，控制第一超导开关S1b处于超导状态。

示例性地，若超导线圈A1和超导线圈A2容易发生失超，在励磁检测电路的预励磁阶段，可以控制第一超导开关S1a与第二超导开关S2处于失超状态，控制第一超导开关S1b处于超导状态，使励磁电源300供应的励磁电流主要流向第一超导部件100a，为超导线圈A1励磁，直到超导线圈A1中的励磁电流达到目标励磁电流，且超导线圈A1在洛伦兹力的影响下移动到目标位置。

可选地，在励磁检测电路的预励磁阶段，可以通过控制第三开关模块的开关状态控制第三开关模块所在支路断路。

具体地，如图6所示，在励磁检测电路的预励磁阶段，通过控制第三开关模块600的开关状态控制第三开关模块600所在支路断路。

示例性地，可以通过加热第三开关模块600中的第三超导开关S3来控制第三超导开关S3处于失超状态，第三超导开关S3此时可视为阻值很大的电阻，第三开关模块600所在支路近似于断路状态，励磁电源300提供的励磁电流主要流向其他支路。

可选地，在步骤S110后，该超导磁体的励磁检测电路控制方法还可以包括在励磁检测电路的预励磁阶段，通过控制第一开关模块的开关状态使第一开关模块所在支路断路，通过控制第二开关模块的开关状态使励磁电源向串联支路供应励磁电流。

具体地，继续参考图1，在励磁检测电路的预励磁阶段，通过控制第一开关模块400的开关状态使第一开关模块400所在支路断路，通过控制第二开关模块500的开关状态使励磁电源300向串联支路供应励磁电流。

示例性地，若第一超导部件100b中的超导线圈A2容易发生失超，该超导磁体的励磁检测电路控制方法的工作原理为：可以控制第一开关模块400中的超导开关处于失超状态，控制第二开关模块500中的超导开关处于超导状态，第一开关模块400中的超导开关此时可视为阻值很大的电阻，第一开关模块400所在支路近似于断路状态，励磁电源300提供的励磁电流主要流向串联支路110，为串联支路110上的所有超导线圈励磁，这样，根据超导磁体的特性，超导线圈A2已经发生过失超，且在洛伦兹力的影响下移动到了目标位置，在后续励磁检测阶段，超导线圈A2不容易再次移动，发生失超的概率较低，从而降低了对所有超导线圈进行励磁检测的过程中发生失超的概率，减少了液氦的损耗。

在上述超导磁体的励磁检测电路及其控制方法的基础上，本申请还提出一种超导磁体的励磁方法。以图6对应的励磁检测电路为例说明，超导磁体的励磁方法包括励磁前的检测阶段(包括预励磁阶段)和正式励磁阶段。

励磁前的检测阶段中，在预励磁阶段预先确定作为屏蔽线圈的第一超导部件状态良好，确认第一超导部件状态良好后，再确认其他所有超导部件的状态，预励磁阶段具体包括：首先可以通过加热第二超导开关S2、第一超导开关S1b和第三超导开关S3使三者处于失超状态，控制第一超导开关S1a处于超导状态，使励磁电源300提供的励磁电流主要流向超导线圈A2，直到超导线圈A2中的励磁电流达到目标励磁电流，通过上述过程确定超导线圈A2状态良好、可进行励磁，同样的，还可以通过加热第二超导开关S2、第一超导开关S1a和第三超导开关S3使三者处于失超状态，控制第一超导开关S1b处于超导状态，使励磁电源300提供的励磁电流主要流向超导线圈A1，直到超导线圈A1中的励磁电流达到目标励磁电流，通过上述过程确定超导线圈A1状态良好、可进行励磁。

当然，本实施例中对于第一超导开关S1a、S1b与超导线圈的连接关系并不作具体限定。在其他实施例中，第一超导开关S1a、S1b与超导线圈的电气连接关系还可如图4所示设置在第二超导部件的两个超导线圈之间，以能够同时检测第一超导部件和第二超导部件中超导线圈的状态是否良好。

正式励磁阶段可包括多个步骤：

1)各超导磁体电气连接励磁电源300，形成电流回路。示例性的，加热第三开关模块600的超导开关，使得第三开关模块600处于失超状态；加热第一开关模块400a、400b的超导开关，使得第一开关模块400a、400b都处于失超状态；控制第二开关模块500导通，且励磁电源300、第一超导部件100a与第二超导部件200、第一超导部件100b依次电气连接，形成串联回路，励磁电源300开始对串联回路中的各超导磁体励磁；

2)持续采用励磁电源300对串联回路中的各超导磁体励磁，直至超导磁体的励磁电流到达目标值时，使第三开关模块600处于超导状态，各超导磁体被短路；此时，设置励磁电源300，使得外部线缆电流逐步降为零，即撤去励磁电源300，对应的第三开关模块600的电流会从零逐步达到目标电流值。

3)第三开关模块600与超导磁体形成稳定的闭环运行模式，闭环运行完成后，使第一开关模块400a、400b的超导开关恢复超导状态，正式励磁结束。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种超导磁体的励磁检测电路，其特征在于，所述超导磁体包括两个第一超导部件和多个第二超导部件，所述第一超导部件与所述第二超导部件均包括超导线圈，所述超导线圈形成串联支路，所述串联支路的两端接入励磁电源；其中，所述第一超导部件分别串联于所述串联支路的两侧；

所述励磁检测电路包括第二开关模块和至少一个第一开关模块，所述第一开关模块与所述第一超导部件对应设置，所述第一开关模块用于在所述励磁检测电路的预励磁阶段控制所述励磁电源向对应的所述第一超导部件供应励磁电流，所述第二开关模块串联连接在所述第一超导部件和至少一个所述第二超导部件之间，所述第二开关模块用于在所述励磁检测电路的预励磁阶段控制所述串联支路断路。

2.根据权利要求1所述的超导磁体的励磁检测电路，其特征在于，所述第一开关模块包括第一超导开关，所述第一超导开关的第一端于第一节点处与所述励磁电源的第一端电连接，所述第一超导开关的第二端于第二节点处与对应的所述第一超导部件的第一端电连接，所述第一超导部件的第二端与所述励磁电源的第二端电连接；

所述第二开关模块包括第二超导开关；

所述励磁检测电路包括一个所述第一开关模块且所述第二超导开关串联于所述串联支路位于所述第一节点和所述第二节点之间的电路中；或者，

所述励磁检测电路包括两个所述第一开关模块且所述第二超导开关串联于所述串联支路位于两个所述第二节点之间的电路中。

3.根据权利要求2所述的超导磁体的励磁检测电路，其特征在于，所述第一开关模块还包括单向导通元件，所述单向导通元件串联于对应的所述第一节点与所述第二节点之间，所述单向导通元件的第一端接收所述励磁电源的正输入端输入的电源信号，所述单向导通元件的第二端接收所述励磁电源的负输入端输入的电源信号。

4.根据权利要求2或3所述的超导磁体的励磁检测电路，其特征在于，所述第二超导开关包括多个超导子开关，所有所述超导子开关的第一端短接作为所述第二超导开关的第一端，所有所述超导子开关的第二端短接作为所述第二超导开关的第二端。

5.根据权利要求1-3任一项所述的超导磁体的励磁检测电路，其特征在于，还包括：

第三开关模块，所述第三开关模块的两端接入所述励磁电源，所述第三开关模块用于在所述励磁检测电路的预励磁阶段控制所述第三开关模块所在支路断路。

6.根据权利要求5所述的超导磁体的励磁检测电路，其特征在于，所述第三开关模块包括第三超导开关，所述第三超导开关包括多个超导子开关，所有所述超导子开关的第一端短接作为所述第三超导开关的第一端，所有所述超导子开关的第二端短接作为所述第三超导开关的第二端。

7.根据权利要求5所述的超导磁体的励磁检测电路，其特征在于，还包括：

保护模块，所述保护模块的第一端与所述第三开关模块的第一端电连接，所述保护模块的第二端与所述第三开关模块的第二端电连接，所述励磁电源的电压小于所述保护模块的导通电压。

8.一种超导磁体的励磁检测电路控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1-7任一项所述的超导磁体的励磁检测电路，所述控制方法包括：

在所述励磁检测电路的预励磁阶段，通过控制所述第一开关模块的开关状态使所述励磁电源向对应的所述第一超导部件供应励磁电流，通过控制所述第二开关模块的开关状态控制所述串联支路断路。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述第一开关模块包括第一超导开关，所述第一超导开关的第一端于第一节点处与所述励磁电源的第一端电连接，所述第一超导开关的第二端于第二节点处与对应的所述第一超导部件的第一端电连接，所述第一超导部件的第二端与所述励磁电源的第二端电连接；所述第二开关模块包括第二超导开关；

所述励磁检测电路包括一个所述第一开关模块且所述第二超导开关串联于所述串联支路位于所述第一节点和所述第二节点之间的电路中；或者，所述励磁检测电路包括两个所述第一开关模块且所述第二超导开关串联于所述串联支路位于两个所述第二节点之间的电路中；

励磁检测方法包括：

在所述励磁检测电路的预励磁阶段，控制所述第二超导开关处于失超状态，控制一个所述第一超导开关处于超导状态。

10.根据权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于，所述超导磁体的励磁检测电路还包括第三开关模块，所述第三开关模块的两端接入所述励磁电源；

所述控制方法包括：

在所述励磁检测电路的预励磁阶段，通过控制所述第三开关模块的开关状态控制所述第三开关模块所在支路断路。

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