CN110534286A - 超导磁体系统及控制方法 - Google Patents
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- CN110534286A CN110534286A CN201910724677.2A CN201910724677A CN110534286A CN 110534286 A CN110534286 A CN 110534286A CN 201910724677 A CN201910724677 A CN 201910724677A CN 110534286 A CN110534286 A CN 110534286A
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Abstract
本申请提供了一种超导磁体系统及控制方法。超导磁体系统包括超导线圈组件和失超保护电路。失超保护电路包括第一保护开关、第二保护开关、第一加热组件、第二加热组件、控制器件和检测器件。超导线圈组件依次与第一保护开关和第二保护开关串联，并形成闭环回路。第一加热组件并联于第一保护开关的两端，且第一加热组件与超导线圈组件热耦合。第二加热组件并联于第二保护开关的两端，且第二加热组件与超导线圈组件热耦合。第一加热组件与第二加热组件的加热功率密度不同。检测器件用于检测流经超导线圈组件的励磁电流，并输出检测信号。控制器件响应于失超信号并基于检测信号控制第一保护开关或第二保护开关失超。
Description
技术领域
本申请涉及低温冷却的超导磁体技术领域，特别是涉及超导磁体系统及控制方法。
背景技术
磁共振设备的超导磁体在经历失超时，磁体内的线圈会承受高电压、焦耳热温升、温差应力等不利因素，其中任何一种因素都有可能对超导磁体线圈产生不可逆转的负面影响。超导磁体在失超时，可通过失超保护电路进行保护。目前，现有的失超保护电路在接到超导磁体失超的信号后，外部电源或能源仅提供较小的能量加热磁体回路上的一个触发型超导开关，从而将很高的运行电流切换进入并联于触发型超导开关的一系列贴近磁体线圈的加热器网络中。利用超导磁体本身的运行电流能量来提供加热器网络的焦耳发热。
但上述这种模式存在一个弊端：即当失超电流具有较大不确定性时(例如在100A-500A范围内变化)，贴近磁体线圈的加热器网络存在难以进行合适的设计。因为在失超的瞬间，进入加热器网络的电流和加热功率密度，是和失超时刻的运行电流(即失超电流)成正比的。如果针对100A低电流失超的情况进行加热网络设计，那么在500A高电流失超的时候加热网络即很有可能因为过高的功率密度而烧毁。如果针对500A高电流失超的情况进行加热网络设计，那么在100A低电流失超时则很有可能因为加热功率密度过低而起不到失超传播的作用。
即现有的超导磁体系统中失超保护电路因失超加热器网络的加热功率密度过于依赖失超发生时的失超电流数值，使得贴近磁体线圈的加热器网络很难兼顾到范围较大的失超电流，导致失超保护存在隐患。
发明内容
基于此，有必要针对现有超导磁体系统中失超保护电路因失超加热器网络的加热功率密度过于依赖失超发生时的失超电流数值，使得贴近磁体线圈的加热器网络很难兼顾到范围较大的失超电流，导致失超保护存在隐患的问题，提供一种超导磁体系统及控制方法。
一种超导磁体系统，包括超导线圈组件和与所述超导线圈组件电气连接的失超保护电路，所述失超保护电路包括：
第一保护开关、第二保护开关、第一加热组件、第二加热组件、控制器件以及检测器件；
所述超导线圈组件依次与所述第一保护开关和所述第二保护开关串联，并形成闭环回路；
所述第一加热组件并联于所述第一保护开关的两端，且所述第一加热组件与所述超导线圈组件热耦合，所述第二加热组件并联于所述第二保护开关的两端，且所述第二加热组件与所述超导线圈组件热耦合，所述第一加热组件与所述第二加热组件的加热功率密度不同；
所述检测器件用于检测流经所述超导线圈组件的励磁电流，并输出检测信号；
所述控制器件的第一输入端用于获取失超信号，所述控制器件的第二输入端与所述检测器件电连接，并用于获取所述检测信号，所述控制器件响应于所述失超信号并基于所述检测信号控制所述第一保护开关或所述第二保护开关失超。
在其中一个实施例中，所述超导线圈组件包括多个串联连接的超导磁体线圈；
所述第一加热组件包括多个串联连接的第一电阻，所述第一电阻与所述超导磁体线圈热耦合，且所述第一电阻与所述超导磁体线圈一一对应。
在其中一个实施例中，所述第二加热组件包括多个串联连接的第二电阻，所述第二电阻与所述超导磁体线圈热耦合，且所述第二电阻与所述超导磁体线圈一一对应。
在其中一个实施例中，所述超导磁体系统还包括：电源；
所述电源配置对所述超导线圈组件进行励磁。
在其中一个实施例中，所述失超保护电路还包括：第一激发器件和第二激发器件；
所述第一激发器件与所述控制器件电连接，且所述第一激发器件与所述第一保护开关相邻设置，所述第二激发器件与所述控制器件电连接，且所述第二激发器件与所述第二保护开关相邻设置；其中
所述控制器件响应于所述失超信号并基于所述检测信号通过所述第一激发器件控制所述第一保护开关失超；或
所述控制器件响应于所述失超信号并基于所述检测信号通过所述第二激发器件控制所述第二保护开关失超。
在其中一个实施例中，所述第一激发器件包括第三电阻；
所述第三电阻与所述控制器件电连接，且所述第三电阻与所述第一保护开关相邻设置，所述控制器件控制所述第三电阻发热以触发所述第一保护开关失超。
在其中一个实施例中，所述第二激发器件包括第四电阻；
所述第四电阻与所述控制器件电连接，且所述第四电阻与所述第二保护开关相邻设置，所述控制器件控制所述第四电阻发热以触发所述第二保护开关失超。
一种超导磁体系统的控制方法，所述超导磁体系统包括超导线圈组件和与所述超导线圈组件电气连接的失超保护电路，所述失超保护电路包括第一加热组件和第二加热组件，所述第一加热组件或第二加热组件与所述超导线圈组件热耦合，且所述第一加热组件与所述第二加热组件的加热功率密度不同；
所述方法包括：
检测流经所述超导线圈组件的励磁电流；
检测所述超导线圈组件的状态，以获取失超信号；
响应于所述失超信号，并根据所述励磁电流启动所述第一加热组件或第二加热组件中的一者对所述超导线圈组件加热，以进行失超传播。
在其中一个实施例中，所述检测流经所述超导线圈组件的励磁电流通过如下方式中的至少一者：
检测所述超导线圈组件的电压，以获取励磁电流；
检测所述超导线圈组件形成磁场的变化，以获取励磁电流。
在其中一个实施例中，所述失超保护电路还包括与所述超导线圈组件串联的第一保护开关和第二保护开关，所述第一保护开关并联在所述第一加热组件两端，所述第二保护开关并联在所述第二加热组件两端，根据所述励磁电流的大小控制所述第一保护开关或所述第二保护开关失超，以启动所述第一加热组件或所述第二加热组件中的一者对所述超导线圈组件加热。
与现有技术相比，上述超导磁体系统及控制方法，通过在失超保护电路中的所述第一保护开关的两端并联第一加热组件，在第二保护开关的两端并联第二加热组件。同时通过检测器件实时检测流经所述超导线圈组件的励磁电流，并与所述控制器件配合，通过所述控制器件基于获取的失超信号判断当前所述励磁电流的大小。并根据当前所述励磁电流的大小分别控制所述第一保护开关失超或所述第二保护开关失超，从而将所述励磁电流切换进入对应的加热组件。本申请能够根据所述励磁电流所爬升到的不同阶段，而主动在多种不同的所述加热组件之间进行触发选择，从而避免了仅触发一套所述加热组件而潜在具有的导入电流过低无法有效启动失超传播或者导入电流过高而烧毁所述加热组件情况，进而兼顾范围较大的失超电流，提高失超保护的性能。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的超导磁体系统的原理框图；
图2为本申请一实施例提供的超导磁体系统的电路框图；
图3为本申请一实施例提供的超导磁体系统的电路示意图一；
图4为本申请一实施例提供的超导磁体系统的电路示意图二；
图5为本申请一实施例提供的超导磁体系统的电路示意图三；
图6为本申请一实施例提供的超导磁体系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1至图3，本申请一实施例提供一种超导磁体系统20，包括超导线圈组件110和与所述超导线圈组件110电气连接的失超保护电路10。所述失超保护电路包括：第一保护开关120、第二保护开关130、第一加热组件140、第二加热组件150、控制器件160以及检测器件170。所述超导线圈组件110依次与所述第一保护开关120和所述第二保护开关130串联，并形成闭环回路。
所述第一加热组件140并联于所述第一保护开关120的两端，且所述第一加热组件140与所述超导线圈组件110热耦合。所述第二加热组件150并联于所述第二保护开关130的两端，且所述第二加热组件150与所述超导线圈组件110热耦合。所述第一加热组件140与所述第二加热组件150的加热功率密度不同。
所述检测器件170用于检测流经所述超导线圈组件110的励磁电流，并输出检测信号。在一个实施例中，检测器件170与超导线圈组件110可电耦合，如并联于所述超导线圈组件110的两端，检测信号能够表征流经所述超导线圈组件110的励磁电流的大小，例如：检测信号可以是超导线圈组件110两端的电压，该电压与励磁电流呈正相关关系。在一个实施例中，检测器件170与超导线圈组件110可磁耦合，如检测器件可以是靠近所述超导线圈组件110一个线圈单元或多个线圈单元的霍尔探头，该霍尔霍尔探头能够感知超导线圈组件110产生的磁场，根据磁场变化并产生检测信号。检测信号可以是流经所述超导线圈组件110的励磁电流。检测信号还可是表征流经所述超导线圈组件110的励磁电流的逻辑值，例如，检测信号为逻辑值0，表示流经所述超导线圈组件110的励磁电流小于设定电流阈值；检测信号为逻辑值1，表示流经所述超导线圈组件110的励磁电流大于或等于设定电流阈值。
所述控制器件160的第一输入端用于获取失超信号。所述控制器件160的第二输入端与所述检测器件170电连接，并用于获取所述检测信号。所述控制器件160响应于所述失超信号并基于所述检测信号控制所述第一保护开关120或所述第二保护开关130失超。在一个实施例中，所述检测信号为励磁电流，可通过所述控制器件160确定所述励磁电流的大小。所述控制器件160基于所述励磁电流的大小控制所述第一保护开关120或所述第二保护开关130失超。在一个实施例中，所述检测信号为0、1逻辑值，当检测信号为0，所述控制器件160可控制所述第一保护开关120失超；当所述检测信号为1，所述控制器件160可控制所述第二保护开关130失超。
在一个实施例中，所述超导线圈组件110可包括多个串联连接的超导磁体线圈111。同时可将电源112配置对所述超导线圈组件110进行励磁。在一个实施例中，所述第一保护开关120可以是低温冷却的超导开关。所述第一保护开关120在遇到加热元件(如加热电阻)对其加热时，所述第一保护开关120立即失超(失去超导状态)。在一个实施例中，所述第二保护开关130可以是低温冷却的超导开关。所述第二保护开关130在遇到加热元件(如加热电阻)对其加热时，所述第二保护开关130立即失超(失去超导状态)。
可以理解，所述第一加热组件140的具体结构不限制，只要具有与所述超导线圈组件110热耦合的功能即可。所述第一加热组件140的具体结构，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述第一加热组件140可由多个加热电阻串联组成。在一个实施例中，所述第一加热组件140可由多个加热器串联组成。在一个实施例中，可将所述第一加热组件140与所述超导线圈组件110相邻设置，从而实现热耦合的功能。
可以理解，所述第二加热组件150的具体结构不限制，只要具有与所述超导线圈组件110热耦合的功能即可。所述第二加热组件150的具体结构，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述第二加热组件150可由多个加热电阻串联组成。在一个实施例中，所述第二加热组件150可由多个加热器串联组成。在一个实施例中，可将所述第二加热组件150与所述超导线圈组件110相邻设置，从而实现热耦合的功能。
在一个实施例中，所述第一加热组件140与所述第二加热组件150的加热功率密度不同。具体的加热功率密度，可根据实际需求进行设定。在一个实施例中，可设定所述第一加热组件140的加热功率密度适应于100A-300A(安培)的失超电流范围；设定所述第二加热组件150的加热功率密度适应于300A-500A的失超电流范围。
在励磁的过程中，可通过所述检测器件170实时检测流经所述超导线圈组件110的励磁电流，并将该所述励磁电流输出至所述控制器件160。所述控制器件160在获取到所述失超信号(所述失超信号可人为主动的输入至所述控制器件160)后，会立刻确定当前的励磁电流大小，并判断是位于100A-300A的范围还是位于300A-500A的范围。
如若所述励磁电流的大小在100A-300A的范围，则所述控制器件160会控制所述第一保护开关120立刻失超。从而将所述超导线圈组件110的运行电流导入与所述第一保护开关120所并联的所述第一加热组件140的回路。进而以适合100A-300A电流范围的加热功率密度来加热与所述第一加热组件140热耦合的所有所述超导磁体线圈111，并开始失超传播。
如若所述励磁电流的大小在300A-500A的范围，则所述控制器件160会控制所述第二保护开关130立刻失超，从而将所述超导线圈组件110的运行电流导入与所述第二保护开关130所并联的所述第二加热组件150的回路中去，从而以适合300A-500A电流范围的加热功率密度来加热与所述第二加热组件150热耦合的所有所述超导磁体线圈111，并开始失超传播。
通过上述这种方案，能够根据所述励磁电流所爬升到的不同阶段，而主动在至少两种不同的所述加热组件之间进行触发选择，从而兼顾范围较大的失超电流，提高失超保护的性能。进而很好的解决因过低的失超电流无法有效启动失超传播和过高的失超电流烧毁加热组件的问题。在一个实施例中，可根据所述励磁电流的范围进一步进行细分，并且匹配以最优化的加热组件，从而可提高失超保护的性能。
可以理解，所述检测器件170的具体结构不做具体的限定，只要具有检测流经所述超导线圈组件110的励磁电流，并输出所述检测信号至所述控制器件160的功能即可。在一个实施例中，所述检测器件170可以是具有检测电流功能的传感器。在一个实施例中，所述检测器件170也可以是具有测量磁场功能的传感器(如磁场传感器)。通过所述检测器件170实时检测流经所述超导线圈组件110的励磁电流，从而辅助所述控制器件160控制所述第一保护开关120或所述第二保护开关130失超。在一个实施例中，所述检测器件170可使用磁场探测方法或者电压探测方法或者类似达到同样效果的方法，用来检测流经所述超导线圈组件110的励磁电流。
可以理解，所述控制器件160的具体结构不做具体的限定，只要具有响应于所述失超信号并基于所述检测信号控制所述第一保护开关120或所述第二保护开关130失超的功能即可。在一个实施例中，所述控制器件160可以是MCU(微控制单元)。在一个实施例中，所述控制器件160也可以是控制器。在一个实施例中，所述检测器件170可集成在所述控制器件160内。通过所述控制器件160响应于所述失超信号并基于所述检测信号主动控制所述第一保护开关120或所述第二保护开关130失超，从而启动合适的加热组件以完成所述超导磁体系统20的失超传播，进而提高失超保护的性能。
本实施例中，能够根据所述励磁电流所爬升到的不同阶段，而主动在多种不同的所述加热组件之间进行触发选择，并将所述励磁电流切换进入对应的加热组件。从而避免了仅触发一套所述加热组件而潜在具有的导入电流过低无法有效启动失超传播或者导入电流过高而烧毁所述加热组件情况，进而兼顾范围较大的失超电流，提高失超保护的性能。
请参见图3，在一个实施例中，所述第一加热组件140包括多个串联连接的第一电阻141。所述第一电阻141与所述超导磁体线圈111热耦合，且所述第一电阻141与所述超导磁体线圈111一一对应。
在一个实施例中，可将所述第一电阻141与所述超导磁体线圈111相邻设置，并使所述第一电阻141与所述超导磁体线圈111一一对应，即每个第一电阻141与每个超导磁体线圈111热耦合。在所述控制器件160接收到所述失超信号时，且当前所述励磁电流的大小在所述第一加热组件140的加热功率密度对应的失超电流范围内，可利用每个所述第一电阻141加热与之对应的所述超导磁体线圈111，并进行失超传播。
在一个实施例中，所述第二加热组件150包括多个串联连接的第二电阻151。所述第二电阻151与所述超导磁体线圈111热耦合，且所述第二电阻151与所述超导磁体线圈111一一对应。在一个实施例中，可将所述第二电阻151与所述超导磁体线圈111相邻设置，并使所述第二电阻151与所述超导磁体线圈111一一对应。在所述控制器件160接收到所述失超信号时，且当前所述励磁电流的大小在所述第二加热组件150的加热功率密度对应的失超电流范围内，可利用每个所述第二电阻151加热与之对应的所述超导磁体线圈111，并进行失超传播。
在一个实施例中，所述的失超保护电路10还包括：第一激发器件180和第二激发器件190。所述第一激发器件180与所述控制器件160电连接，且所述第一激发器件180与所述第一保护开关120相邻设置。所述第二激发器件190与所述控制器件160电连接，且所述第二激发器件190与所述第二保护开关130相邻设置。所述控制器件160响应于所述失超信号并基于所述检测信号通过所述第一激发器件180控制所述第一保护开关120失超；或所述控制器件160响应于所述失超信号并基于所述检测信号通过所述第二激发器件190控制所述第二保护开关130失超。
在一个实施例中，所述第一激发器件180的具体结构不限制，只要所述控制器件160响应于所述失超信号并基于所述检测信号通过所述第一激发器件180控制所述第一保护开关120失超即可。在一个实施例中，所述第一激发器件180可以是加热器。在一个实施例中，所述第一激发器件180也可以是第三电阻181。
在所述控制器件160在接收到所述失超信号，且当前所述检测信号对应的所述励磁电流的大小在所述第一加热组件140的加热功率密度对应的失超电流范围内时，包含有供电电源的所述控制器件160会给所述第三电阻181供电，以使所述第三电阻181发热，从而触发所述第一保护开关120失超。在一个实施例中，所述控制器件160可通过所述电源112供电。
在一个实施例中，所述第二激发器件190的具体结构不限制，只要所述控制器件160响应于所述失超信号并基于所述检测信号通过所述第二激发器件190控制所述第二保护开关130失超即可。在一个实施例中，所述第二激发器件190可以是加热器。在一个实施例中，所述第二激发器件190也可以是第四电阻191。
在所述控制器件160在接收到所述失超信号，且当前所述检测信号对应的所述励磁电流的大小在所述第二加热组件150的加热功率密度对应的失超电流范围内时，包含有供电电源的所述控制器件160会给所述第四电阻191供电，以使所述第四电阻191发热，从而触发所述第二保护开关130失超。
在一个实施例中，所述控制器件160包括：单片机161。所述单片机161的第一输入端用于获取失超信号。所述单片机161的第二输入端与所述检测器件170电连接。所述单片机161用于获取所述励磁电流，并确定所述励磁电流的大小。所述单片机161基于所述励磁电流的大小生控制所述第一保护开关120或所述第二保护开关130失超。通过所述单片机161基于所述励磁电流的大小主动控制所述第一保护开关120或所述第二保护开关130失超，从而启动合适的加热组件以完成所述超导磁体系统20的失超传播，进而提高失超保护的性能。
在一个实施例中，所述失超保护电路10还包括主开关101和第一二极管堆102。所述主开关101串联于所述超导线圈组件110与所述第一保护开关120和所述第二保护开关130所形成的闭环回路中。所述第一二极管堆102并联于所述主开关101的两端。在一个实施例中，所述主开关101可为超导开关，利用所述主开关101可控制所述闭环回路的通与断。在一个实施例中，可通过所述第一二极管堆102保护所述主开关101，避免其损坏。
请参见图4，在一个实施例中，所述失超保护电路10还可包括第五激发器件106、第三保护开关104以及多个第七电阻105。所述第五激发器件106与所述控制器件160电连接，且所述第五激发器件106与所述第三保护开关104相邻设置。所述第三保护开关104串联于所述超导线圈组件110与所述第一保护开关120和所述第二保护开关130所形成的闭环回路中。多个所述第七电阻105彼此串联连接，并组成第三加热组件。所述第三加热组件并联于所述第三保护开关104的两端。
所述第三加热组件、所述第一加热组件140和所述第二加热组件150彼此之间的加热功率密度不同。所述第七电阻105与所述超导磁体线圈111热耦合，且所述第七电阻105与所述超导磁体线圈111一一对应。在一个实施例中，所述第五激发器件106可以是第八电阻107。
通过所述第三加热组件与所述第一加热组件140和所述第二加热组件150配合，可根据所述励磁电流的范围进一步进行细分。例如，可分成三种类型，分别对应三种加热组件。这样即可使得所述失超保护电路10能够根据所述励磁电流所爬升到的不同阶段，而主动在三种不同的所述加热组件之间进行触发选择，从而兼顾范围较大的失超电流，提高失超保护的性能。在一个实施例中，所述加热组件根据需求可设置为至少两种类型。
本申请另一实施例提供一种超导磁体系统20，包括：超导线圈组件110和与所述超导线圈组件110电气连接的失超保护电路10。所述超导线圈组件110包括多个串联连接的超导磁体线圈111。所述失超保护电路10包括：第一保护开关120、第二保护开关130、第一加热组件140、第二加热组件150、控制器件160、检测器件170以及电源112。所述超导线圈组件110依次与所述第一保护开关120和所述第二保护开关130串联，并形成闭环回路。
所述第一加热组件140与所述第二加热组件150的加热功率密度不同。所述第一加热组件140并联于所述第一保护开关120的两端。所述第一加热组件140包括多个串联连接的第一电阻141。所述第一电阻141与所述超导磁体线圈111热耦合，且所述第一电阻141与所述超导磁体线圈111一一对应。所述第二加热组件150并联于所述第二保护开关130的两端。所述第二加热组件150多个串联连接的第二电阻151。所述第二电阻151与所述超导磁体线圈111热耦合，且所述第二电阻151与所述超导磁体线圈111一一对应。
所述电源112配置对所述超导线圈组件110进行励磁。所述检测器件170用于检测流经所述超导线圈组件110的励磁电流，并输出检测信号。所述控制器件160的第一输入端用于获取失超信号。所述控制器件160的第二输入端与所述检测器件170电连接，用于获取所述检测信号。所述控制器件160响应于所述失超信号并基于所述检测信号控制所述第一保护开关120或所述第二保护开关130失超。
在一个实施例中，所述第一保护开关120、所述第二保护开关130、第所述一加热组件140、所述第二加热组件150、所述控制器件160、所述检测器件170的具体结构可采用上述实施例所述的结构。本实施例所述超导磁体系统20中的所述失超保护电路10，能够根据所述励磁电流所爬升到的不同阶段，而主动在多种不同的所述加热组件之间进行触发选择，并将所述励磁电流切换进入对应的加热组件，从而兼顾范围较大的失超电流，提高失超保护的性能。
在一个实施例中，所述的失超保护电路10还包括：第一激发器件180和第二激发器件190。所述第一激发器件180与所述控制器件160电连接，且所述第一激发器件180与所述第一保护开关120相邻设置。所述第二激发器件190与所述控制器件160电连接，且所述第二激发器件190与所述第二保护开关130相邻设置。所述控制器件160响应于所述失超信号并基于所述检测信号通过所述第一激发器件180控制所述第一保护开关120失超；或所述控制器件160响应于所述失超信号并基于所述检测信号通过所述第二激发器件190控制所述第二保护开关130失超。在一个实施例中，所述第一激发器件180和所述第二激发器件190的具体结构可采用上述实施例所述的结构。
请参见图5，本申请另一实施例提供一种超导磁体系统20，包括超导线圈组件110和与所述超导线圈组件110电气连接的失超保护电路10。所述失超保护电路10包括：第一保护开关120、第二保护开关130、第一加热组件140、第二加热组件150、控制器件160、检测器件170、第一分流开关210、第二分流开关220、第三激发器件230和第四激发器件240。所述超导线圈组件110依次与所述第一保护开关120和所述第二保护开关130串联，并形成闭环回路。
所述第一加热组件140并联于所述第一保护开关120的两端，且所述第一加热组件140与所述超导线圈组件110热耦合。所述第二加热组件150并联于所述第二保护开关130的两端，且所述第二加热组件150与所述超导线圈组件110热耦合。所述第一加热组件140与所述第二加热组件150的加热功率密度不同。所述第一分流开关210并联于所述第一保护开关120的两端。所述第二分流开关220并联于所述第二保护开关130的两端。
所述第三激发器件230的第一端与所述超导线圈组件110的第一电压采集点电连接。所述第三激发器件230的第二端与所述第四激发器件240的第一端电连接。所述第四激发器件240的第二端与所述超导线圈组件110的第二电压采集点电连接。所述第三激发器件230与所述第一保护开关120相邻设置。所述第四激发器件240与所述第二保护开关130相邻设置。
所述检测器件170用于检测流经所述超导线圈组件110的励磁电流，并输出检测信号。所述控制器件160与所述检测器件170电连接。所述控制器件160响应于所述失超信号并基于所述检测信号控制所述第一分流开关210或所述第二分流开关220失超。
在一个实施例中，所述第一保护开关120、所述第二保护开关130、第所述一加热组件140、所述第二加热组件150、所述控制器件160、所述检测器件170的具体结构可采用上述实施例所述的结构。
在一个实施例中，所述第一分流开关210可以是低温冷却的超导开关。所述第一分流开关210在遇到加热元件(如加热电阻)对其加热时，所述第一分流开关210立即失超(失去超导状态)。所述第二分流开关220可以是低温冷却的超导开关。所述第二分流开关220在遇到加热元件(如加热电阻)对其加热时，所述第二分流开关220立即失超(失去超导状态)。
在一个实施例中，所述第三激发器件230的具体结构不限制，只要能够触发所述第一保护开关120失超即可。在一个实施例中，所述第三激发器件230可以是加热器。在一个实施例中，所述第三激发器件230也可以是第五电阻231。在一个实施例中，所述第四激发器件240的具体结构不限制，只要能够触发所述第二保护开关130失超即可。在一个实施例中，所述第四激发器件240可以是加热器。在一个实施例中，所述第四激发器件240也可以是第六电阻241。
在一个实施例中，所述超导线圈组件110可包括多个串联连接的超导磁体线圈111。所述第一电压采集点可以是任意两个相邻所述超导磁体线圈111之间的连接处。所述第二电压采集点也可以是任意两个相邻所述超导磁体线圈111之间的连接处，且所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间设置有至少一个所述超导磁体线圈111。
在励磁的过程中，可通过所述检测器件170实时检测流经所述超导线圈组件110的励磁电流，并将该所述励磁电流输出至所述控制器件160。当所述超导线圈组件110内发生失超时，所述第一电压采集点与所述第二电压采集点产生的电压差会同时给所述第三激发器件230和所述第四激发器件240供电，迫使所述第一保护开关120和所述第二保护开关130同时失超。此时所述控制器件160会立刻确定所述励磁电流的大小。
如若所述励磁电流的大小在100A-300A范围内，则所述控制器件160会控制所述第一分流开关210失超，此时所述第二分流开关220处于超导状态。从而将所述超导线圈组件110的运行电流导入与所述第一保护开关120所并联的所述第一加热组件140的回路。进而以适合100A-300A电流范围的加热功率密度来加热与所述第一加热组件140热耦合的所有所述超导磁体线圈111，并开始失超传播。
如若所述励磁电流的大小在300A-500A的范围，则所述控制器件160会控制所述第二分流开关220立刻失超，此时所述第一分流开关220处于超导状态。从而将所述超导线圈组件110的运行电流导入与所述第二保护开关130所并联的所述第二加热组件150的回路。进而以适合300A-500A电流范围的加热功率密度来加热与所述第二加热组件150热耦合的所有所述超导磁体线圈111，并开始失超传播。
通过上述这种方案，可以用两种或者多种不同的加热组件来应对不同范围的失超电流，从而很好的解决因过低的失超电流无法有效启动失超传播和过高的失超电流烧毁加热组件的问题，进而提高失超保护的性能。在一个实施例中，可根据所述励磁电流的范围进一步进行细分，并且匹配以最优化的加热组件，从而可提高失超保护的性能。
在一个实施例中，所述失超保护电路10还包括：第一激发器件180和第二激发器件190。所述第一激发器件180与所述控制器件160电连接，且所述第一激发器件180与所述第一分流开关210相邻设置。所述第二激发器件190与所述控制器件160电连接，且所述第二激发器件190与所述第二分流开关220相邻设置。所述控制器件160响应于所述失超信号并基于所述检测信号通过所述第一激发器件180控制所述第一分流开关210失超；或所述控制器件160响应于所述失超信号并基于所述检测信号通过所述第二激发器件190控制所述第二分流开关220失超。
在一个实施例，所述第一激发器件180和第二激发器件190的具体结构可采用上述实施例所述的结构。在一个实施例，所述失超保护电路10还包括第二二极管堆103。所述第二二极管堆103串联于所述第三激发器件230的第一端和所述第一电压采集点之间，起到限压保护的作用。
请参见图6，本申请另一实施例提供一种超导磁体系统的控制方法，所述超导磁体系统20包括超导线圈组件110和与所述超导线圈组件110电气连接的失超保护电路10。所述失超保护电路10包括第一加热组件140和第二加热组件150。所述第一加热组件140或第二加热组件150与所述超导线圈组件110热耦合，且所述第一加热组件140与所述第二加热组件150的加热功率密度不同。所述方法包括：
S102：检测流经所述超导线圈组件110的励磁电流。
在一个实施例中，可通过检测器件170检测流经所述超导线圈组件110的励磁电流，并将所述励磁电流输出至所述控制器件160。在一个实施例中，所述检测器件170可使用磁场探测方法或者电压探测方法或者类似达到同样效果的方法，用来检测流经所述超导线圈组件110的励磁电流。具体的，所述检测器件170的具体结构可采用上述实施例的结构。在一个实施例中，所述第一加热组件140、所述第二加热组件150、所述超导线圈组件110和所述控制器件160的具体结构均可采用上述实施例的结构。
S104：检测所述超导线圈组件110的状态，以获取失超信号。
在一个实施例中，可通过失超检测电路检测所述超导线圈组件110的状态。具体的，所述失超检测电路可采用传统的失超检测电路。在一个实施例中，若所述失超检测电路检测到所述超导线圈组件110的状态为失超状态，则生成失超信号并发送至所述控制器件160。
S106：响应于所述失超信号，并根据所述励磁电流启动所述第一加热组件140或第二加热组件150中的一者对所述超导线圈组件110加热，以进行失超传播。
在一个实施例中，所述控制器件160接收到所述失超信号后，立即确定所述励磁电流的大小，并根据所述励磁电流的大小启动所述第一加热组件140或第二加热组件150中的一者对所述超导线圈组件110加热，以进行失超传播。
具体的，在励磁的过程中，所述控制器件160在获取到所述失超信号后，会立刻确定当前的励磁电流大小，并判断是位于100A-300A的范围还是位于300A-500A的范围。如若所述励磁电流的大小在100A-300A的范围，则所述控制器件160会启动所述第一加热组件140对所述超导线圈组件110加热，进而以适合100A-300A电流范围的加热功率密度来加热与所述第一加热组件140热耦合的所有所述超导磁体线圈111，并开始失超传播。
如若所述励磁电流的大小在300A-500A的范围，则所述控制器件160会启动所述第二加热组件150对所述超导线圈组件110加热，从而以适合300A-500A电流范围的加热功率密度来加热与所述第二加热组件150热耦合的所有所述超导磁体线圈111，并开始失超传播。
通过上述这种方案，能够根据所述励磁电流所爬升到的不同阶段，而主动在至少两种不同的所述加热组件之间进行触发选择，从而兼顾范围较大的失超电流，提高失超保护的性能。进而很好的解决因过低的失超电流无法有效启动失超传播和过高的失超电流烧毁加热组件的问题。在一个实施例中，可根据所述励磁电流的范围进一步进行细分，并且匹配以最优化的加热组件，从而可提高失超保护的性能。
在一个实施例中，所述检测流经所述超导线圈组件110的励磁电流通过如下方式中的至少一者：检测所述超导线圈组件110的电压，以获取励磁电流；检测所述超导线圈组件110形成磁场的变化，以获取励磁电流。在一个实施例中，可通过具有电压检测功能的传感器检测所述超导线圈组件110的电压，以获取励磁电流。在一个实施例中，可通过具有测量磁场功能的传感器(如磁场传感器)检测所述超导线圈组件110形成磁场的变化，以获取励磁电流。
在一个实施例中，所述失超保护电路10还包括与所述超导线圈组件110串联的第一保护开关120和第二保护开关130，所述第一保护开关120并联在所述第一加热组件140两端，所述第二保护开关130并联在所述第二加热组件150两端，根据所述励磁电流的大小控制所述第一保护开关120或所述第二保护开关130失超，以启动所述第一加热组件140或所述第二加热组件150中的一者对所述超导线圈组件110加热。在一个实施例中，所述第一保护开关120和所述第二保护开关130的具体结构可采用上述实施例所述的结构。
综上所述，本申请能够根据所述励磁电流所爬升到的不同阶段，而主动在多种不同的所述加热组件之间进行触发选择，并将所述励磁电流切换进入对应的加热组件。从而避免了仅触发一套所述加热组件而潜在具有的导入电流过低无法有效启动失超传播或者导入电流过高而烧毁所述加热组件情况，进而兼顾范围较大的失超电流，提高失超保护的性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种超导磁体系统，包括超导线圈组件(110)和与所述超导线圈组件(110)电气连接的失超保护电路(10)，其特征在于，所述失超保护电路(10)包括：第一保护开关(120)、第二保护开关(130)、第一加热组件(140)、第二加热组件(150)、控制器件(160)以及检测器件(170)；
所述超导线圈组件(110)依次与所述第一保护开关(120)和所述第二保护开关(130)串联，并形成闭环回路；
所述第一加热组件(140)并联于所述第一保护开关(120)的两端，且所述第一加热组件(140)与所述超导线圈组件(110)热耦合，所述第二加热组件(150)并联于所述第二保护开关(130)的两端，且所述第二加热组件(150)与所述超导线圈组件(110)热耦合，所述第一加热组件(140)与所述第二加热组件(150)的加热功率密度不同；
所述检测器件(170)用于检测流经所述超导线圈组件(110)的励磁电流，并输出检测信号；
所述控制器件(160)的第一输入端用于获取失超信号，所述控制器件(160)的第二输入端与所述检测器件(170)电连接，并用于获取所述检测信号，所述控制器件(160)响应于所述失超信号并基于所述检测信号控制所述第一保护开关(120)或所述第二保护开关(130)失超。
2.如权利要求1所述的超导磁体系统，其特征在于，所述超导线圈组件(110)包括多个串联连接的超导磁体线圈(111)；
所述第一加热组件(140)包括多个串联连接的第一电阻(141)，所述第一电阻(141)与所述超导磁体线圈(111)热耦合，且所述第一电阻(141)与所述超导磁体线圈(111)一一对应。
3.如权利要求2所述的超导磁体系统，其特征在于，所述第二加热组件(150)包括多个串联连接的第二电阻(151)，所述第二电阻(151)与所述超导磁体线圈(111)热耦合，且所述第二电阻(151)与所述超导磁体线圈(111)一一对应。
4.如权利要求1所述的超导磁体系统，其特征在于，还包括：电源(112)；
所述电源(112)配置对所述超导线圈组件(110)进行励磁。
5.如权利要求1所述的超导磁体系统，其特征在于，所述失超保护电路(10)还包括：第一激发器件(180)和第二激发器件(190)；
所述第一激发器件(180)与所述控制器件(160)电连接，且所述第一激发器件(180)与所述第一保护开关(120)相邻设置，所述第二激发器件(190)与所述控制器件(160)电连接，且所述第二激发器件(190)与所述第二保护开关(130)相邻设置；其中
所述控制器件(160)响应于所述失超信号并基于所述检测信号通过所述第一激发器件(180)控制所述第一保护开关(120)失超；或
所述控制器件(160)响应于所述失超信号并基于所述检测信号通过所述第二激发器件(190)控制所述第二保护开关(130)失超。
6.如权利要求5所述的超导磁体系统，其特征在于，所述第一激发器件(180)包括第三电阻(181)；
所述第三电阻(181)与所述控制器件(160)电连接，且所述第三电阻(181)与所述第一保护开关(120)相邻设置，所述控制器件(160)控制所述第三电阻(181)发热以触发所述第一保护开关(120)失超。
7.如权利要求5所述的超导磁体系统，其特征在于，所述第二激发器件(190)包括第四电阻(191)；
所述第四电阻(191)与所述控制器件(160)电连接，且所述第四电阻(191)与所述第二保护开关(130)相邻设置，所述控制器件(160)控制所述第四电阻(191)发热以触发所述第二保护开关(130)失超。
8.一种超导磁体系统的控制方法，其特征在于，所述超导磁体系统(20)包括超导线圈组件(110)和与所述超导线圈组件(110)电气连接的失超保护电路(10)，所述失超保护电路(10)包括第一加热组件(140)和第二加热组件(150)，所述第一加热组件(140)或第二加热组件(150)与所述超导线圈组件(110)热耦合，且所述第一加热组件(140)与所述第二加热组件(150)的加热功率密度不同；
所述方法包括：
检测流经所述超导线圈组件(110)的励磁电流；
检测所述超导线圈组件(110)的状态，以获取失超信号；
响应于所述失超信号，并根据所述励磁电流启动所述第一加热组件(140)或第二加热组件(150)中的一者对所述超导线圈组件(110)加热，以进行失超传播。
9.如权利要求8所述的超导磁体系统的控制方法，其特征在于，所述检测流经所述超导线圈组件(110)的励磁电流通过如下方式中的至少一者：
检测所述超导线圈组件(110)的电压，以获取励磁电流；
检测所述超导线圈组件(110)形成磁场的变化，以获取励磁电流。
10.如权利要求8所述的超导磁体系统的控制方法，其特征在于，所述失超保护电路(10)还包括与所述超导线圈组件(110)串联的第一保护开关(120)和第二保护开关(130)，所述第一保护开关(120)并联在所述第一加热组件(140)两端，所述第二保护开关(130)并联在所述第二加热组件(150)两端，根据所述励磁电流的大小控制所述第一保护开关(120)或所述第二保护开关(130)失超，以启动所述第一加热组件(140)或所述第二加热组件(150)中的一者对所述超导线圈组件(110)加热。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 201807 Shanghai City, north of the city of Jiading District Road No. 2258 Applicant after: Shanghai Lianying Medical Technology Co., Ltd Address before: 201807 Shanghai City, north of the city of Jiading District Road No. 2258 Applicant before: SHANGHAI UNITED IMAGING HEALTHCARE Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |