CN112034404A - 一种磁共振用海尔贝克阵列磁体的外部无源匀场装置 - Google Patents

一种磁共振用海尔贝克阵列磁体的外部无源匀场装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁共振用海尔贝克阵列磁体的外部无源匀场装置，包括匀场外壳，还包括海尔贝克磁体和匀场磁片，海尔贝克磁体设置在匀场外壳内，海尔贝克磁体包括在匀场外壳内从下至上依次分布的海尔贝克圆环，每层海尔贝克圆环包括若干个按照海尔贝克阵列排布的永磁块，每层海尔贝克圆环的的主磁场方向相同，每层海尔贝克圆环的永磁块在垂直方向上位置对应且永磁块的充磁方向一致，匀场外壳的外壁设置有匀场磁片。本发明将无源匀场所占用的空间从磁体的样品区域移到了磁体的外部，大大节省了主磁场空间，为后续工作提供了空间上的保障；同时匀场磁片在磁体外部，更加方便操作和维护。

Description

一种磁共振用海尔贝克阵列磁体的外部无源匀场装置
技术领域
本发明属于磁共振仪器机械技术领域，更具体涉及一种磁共振用海尔贝克阵列磁体的外部无源匀场装置。
背景技术
核磁共振(NMR)是研究物质分子结构，分子间相互作用等的重要手段，已广泛应用于材料、物理、化学、生物和医学中。然而，传统核磁共振仪器存在着体积大，制造和维护成本较高等问题，严重限制了核磁共振仪器的使用普及。为了使核磁共振在日常检测中得到发展，降低仪器成本，满足现场检测和易于携带等技术要求，小型化核磁共振仪的研究具有重要意义。
为了达到核磁共振仪小型化的目标，就得减小主磁体的体积。而小型化核磁共振仪通常采用的传统永磁体存在体积较大，可利用空间有限，漏磁严重的缺点。因此，提出了一种新型磁体——海尔贝克阵列磁体。海尔贝克阵列磁体是20世纪80年代美国物理学家K.海尔贝克设计了一种新型无铁轭多级磁体结构，这种永磁体结构是由多个磁块按照一定的规律组合而成的，相邻的磁块具有不同的充磁方向，能产生较理想的单边磁场。
但同时海尔贝克阵列磁体也存在很大的磁场不均匀性问题，因此需要对其进行无源及有源匀场。然而，在实际匀场过程中，由于小型化磁体本身的主磁场空间较小，增加了无源匀场及有源匀场在技术上的难度，同时使得维护更加麻烦；另一方面，匀场所占用的空间较多，减少了主磁场空间，可能会存在匀场后样品空间不足的问题。
为了解决现有海尔贝克阵列磁体无源匀场技术方案中存在的缺点，增大匀场后主磁场空间，本发明提出了一种在海尔贝克阵列磁体外部垫片进行被动匀场的方案。由于传统永磁体外部装有铁轭，存在磁屏蔽，而海尔贝克阵列磁体不存在这一现象，因此对于海尔贝克阵列磁体可以将传统方案中的匀场垫片从主磁场内部移动到外部，从而节省了主磁场空间，也方便维护，同时为后续其他工作提供了空间保障。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种磁共振用海尔贝克阵列磁体的外部无源匀场装置。将海尔贝克阵列磁体的无源匀场垫片从磁体内部放到外部，从而节省了主磁场空间。
一种磁共振用海尔贝克阵列磁体的外部无源匀场装置，包括匀场外壳，还包括海尔贝克磁体和匀场磁片，
海尔贝克磁体设置在匀场外壳内，海尔贝克磁体包括在匀场外壳内从下至上依次分布的海尔贝克圆环，每层海尔贝克圆环包括若干个按照海尔贝克阵列排布的永磁块，每层海尔贝克圆环的的主磁场方向相同，每层海尔贝克圆环的永磁块在垂直方向上位置对应且永磁块的充磁方向一致，
匀场外壳的外壁设置有匀场磁片。
如上所述的匀场磁片的充磁方向与位置对应的永磁块的充磁方向相同或者相反。
如上所述的匀场外壳套筒套设在匀场外壳上。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明将无源匀场所占用的空间从磁体的样品区域移到了磁体的外部，大大节省了主磁场空间，为后续工作提供了空间上的保障；同时匀场磁片在磁体外部，更加方便操作和维护。
附图说明
图1为海尔贝克圆环的永磁体的结构示意图，其中，磁块数N＝16，图中箭头方向表示海尔贝克圆环的主磁场方向及单个永磁块的充磁方向。
图2为4层海尔贝克圆环构成的海尔贝克磁体的结构示意图，
1-海尔贝克磁体；2-海尔贝克磁体的中心区域；B-主磁场方向。
图3为磁共振用海尔贝克阵列磁体的外部无源匀场装置的外部结构示意图，
1-海尔贝克磁体；6-海尔贝克磁体的主磁场方向；3-匀场外壳；4-匀场磁片；5-匀场外壳套筒。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
如图1～3所示，一种磁共振用海尔贝克阵列磁体的外部无源匀场装置，包括匀场外壳3，还包括海尔贝克磁体1、匀场磁片4和匀场外壳套筒5。
海尔贝克磁体1设置在匀场外壳3内，海尔贝克磁体1包括在匀场外壳3内从下至上依次分布的海尔贝克圆环，每层海尔贝克圆环包括若干个按照海尔贝克阵列排布的永磁块。每层海尔贝克圆环的的主磁场方向相同，每层海尔贝克圆环的永磁块在垂直方向上位置对应且永磁块的充磁方向一致。
匀场外壳3的外壁设置有匀场磁片4，匀场磁片4的充磁方向与所在位置对应的海尔贝克磁体1内的永磁块的充磁方向相同或者相反。如若匀场效果不好，可适当增加匀场外壳3上匀场磁片4的数量。
匀场外壳3的外壁的形状能使得每个位置所贴的匀场磁片4的充磁方向与其位置所对应的永磁块的充磁方向相同或相反。
匀场外壳套筒5套设在匀场外壳3上。匀场外壳套筒5可选用圆柱形套筒。
作为一种优选方案，海尔贝克圆环包括16个永磁块，如图1所示。海尔贝克圆环为四个，永磁块选用边长20mm的立方体，相邻海尔贝克阵列圆环的间距为15～17mm。
将海尔贝克磁体1设置在匀场外壳3内，匀场外壳3的外壁上每个位置都对应着一个永磁块，根据每个永磁块的充磁方向可以在匀场外壳3的外壁上贴上同向或反向的匀场磁片，对剩磁较弱的位置贴上同向的匀场磁片4，对剩磁较强的位置贴上反向的匀场磁片4。另外，在匀场外壳3的外壁上可以选用不同大小及数量的匀场磁片4来进行补偿，具体大小和数量根据实际情况进行调整，匀场外壳3外壁设置斜坡面或者切槽，使得位于斜坡面和切槽上的匀场磁片4的充磁方向与位置对应的永磁块的充磁方向相同或者相反，可以补偿非海尔贝克圆环径向方向的磁场。
匀场磁片4一般选用圆片形钐钴永磁体，直径大小约5～20mm，厚度约1～5mm。首先确定一个目标区域，例如海尔贝克磁体1的中心以20mm为直径的球体区域作为目标区域，由于该目标区域的磁场满足拉普拉斯方程，可知这一区域中最大和最小的场强点都出现在球体表面上，因此需要测量整个球体表面区域的磁场分布情况，这一点与传统无源匀场方法相同。一般来说，目标区域上的磁场采样点数有132个，每一个采样点对应匀场外壳3的外壁上的一个贴片位置。通过在匀场外壳3外壁上贴匀场磁片4来调节目标区域表面点的磁场大小，使得整个目标区域的磁场均匀性得到优化，即可完成海尔贝克阵列磁体的外部无源匀场。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种磁共振用海尔贝克阵列磁体的外部无源匀场装置，包括匀场外壳(3)，其特征在于，还包括海尔贝克磁体(1)和匀场磁片(4)，
海尔贝克磁体(1)设置在匀场外壳(3)内，海尔贝克磁体(1)包括在匀场外壳(3)内从下至上依次分布的海尔贝克圆环，每层海尔贝克圆环包括若干个按照海尔贝克阵列排布的永磁块，每层海尔贝克圆环的的主磁场方向相同，每层海尔贝克圆环的永磁块在垂直方向上位置对应且永磁块的充磁方向一致，
匀场外壳(3)的外壁设置有匀场磁片(4)。
2.根据权利要求1所述的一种磁共振用海尔贝克阵列磁体的外部无源匀场装置，其特征在于，所述的匀场磁片(4)的充磁方向与位置对应的永磁块的充磁方向相同或者相反。
3.根据权利要求2所述的一种磁共振用海尔贝克阵列磁体的外部无源匀场装置，其特征在于，所述的匀场外壳套筒(5)套设在匀场外壳(3)上。
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