CN203966707U - 一种采用无源匀场的椭圆弧状单边核磁共振永磁体结构 - Google Patents
一种采用无源匀场的椭圆弧状单边核磁共振永磁体结构 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种采用无源匀场的椭圆弧状单边核磁共振永磁体结构，属于永磁体设计领域。本实用新型包括五个永磁体块、两个铁磁材料垫片和安装模具，所述若干永磁体块的中心沿椭圆曲线等弧长分布，且相邻的两个永磁体块的磁化方向沿椭圆曲线依次偏转；两个铁磁材料垫片分别设置在椭圆曲线两端的永磁体块上方；所述安装模具上设置有与永磁体块和铁磁材料垫片尺寸相匹配的矩形孔。本实用新型提供的永磁体结构可产生高均匀度的静态磁场区域，并且该区域位于永磁体结构的一侧，因此被检测样品不需要放入永磁体结构内部进行测量，对样品体积没有限制，可实现大体积样品的无损核磁共振检测，且该永磁体结构体积小，重量轻，便于携带，可用于工程现场检测。
Description
技术领域
本发明涉及静磁场分布逆计算问题中的单边核磁共振永磁体结构设计领域，特别涉及一种采用无源匀场的椭圆弧状单边核磁共振永磁体结构。
背景技术
核磁共振技术作为一种无损检测手段，广泛应用于生命医疗，食品分析，质量控制，材料科学领域和地球物理领域等。产生静态磁场的主磁体是核磁共振仪器的核心部件，目前主磁体可分为三种类型：电磁体，超导磁体和永磁体。其中永磁体构建的费用相对较低，而且稳定可靠，具有很好的应用前景。
1979年，美国劳伦斯伯克利国家实验室K.Halbach博士提出一种永磁体结构，该磁体阵列由稀土永磁材料构成，将充磁方向连续变化的磁体模块按一定的规律排列成圆筒状结构，可在圆筒状磁体结构的内侧得到均匀磁场，而在其外侧几乎没有磁场分布。学术界将这种阵列方式的永磁体称为Halbach阵列磁体。随着永磁装置不断向小型化和便携化的发展趋势，Halbach阵列的出色特性得到了学术界和工业界的广泛关注。专利200510011970.2改进了Halbach磁体的端部效应，提出在Halbach磁体的下端粘上一个半圆环状的永磁体结构，补偿圆柱形Halbach磁体腔内的轴向磁场。专利200510086407.1对专利200510011970.2的结构实施了进一步改进，用半球状永磁体结构代替半圆环状的永磁体结构，减少了漏磁，进一步提高了永磁体模块的使用效率。专利201010237804.5对Halbach结构进行了改进，提出使用等腰三角形永磁体模块，方便了磁体结构的安装，提高了永磁体模块的使用效率。专利201020225285.6设计一种可移动的低场核磁共振成像系统，其低场磁体装于移动式磁体架上，可旋转。但其磁体产生的均匀区域位于旋转磁体的内部，不适合检测磁体之外的物体。
专利201110429691.3基于Halbach磁体结构设计出一种单边核磁共振磁体结构，该结构由一个或两个副磁体组成，每个副磁体是由九块矩形永磁体块组成半椭圆弧状磁体结构，通过调节椭圆弧曲率和两副磁体之间的间距实现对目标区域匀场。虽然该磁体结构克服了样品需要放入永磁体结构内部进行测量的缺点，但是基于该专利的磁体结构，若采用单个副磁体，只通过调节椭圆弧曲率进行匀场，所得磁场均匀度受永磁体块长度方向上磁场不均匀性的限制，难以实现高均匀度；若采用两个副磁体，即包含18个永磁体块，结构复杂，势必会增加单边磁体的重量，同时增加了安装难度，也会增大由模具加工带来的误差，单边磁体结构实 现起来比较有难度，此外，主磁场的方向垂直于磁体表面，因为主磁场与射频磁场正交，要求射频磁场与磁体表面平行，增加了平面射频线圈的设计优化难度。
综上所述，现有技术存在着磁场均匀度难以提高以及磁体质量大、结构复杂、安装困难等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要提供一种对大体积样品进行无损检测的核磁共振永磁体结构，克服现有核磁共振永磁体结构不能对大体积样品进行无损检查的缺点，实现大体积样品的无损核磁共振检测；而且磁体结构相对简单，并且采用无源匀场在测量区域内得到高均匀度的静磁场。
本发明的目的是这样实现的：
一种采用无源匀场的椭圆弧状单边核磁共振永磁体结构，包括若干永磁体块、两个铁磁材料垫片和安装模具，所述若干永磁体块的中心沿椭圆曲线等弧长分布，且相邻的两个永磁体块的磁化方向沿椭圆曲线依次偏转；两个铁磁材料垫片分别设置在椭圆曲线两端的永磁体块上方；所述安装模具上表面设置有凹槽，所述凹槽内设置有射频线圈及其匹配电路，安装模具内还设置有与永磁体块和铁磁材料垫片尺寸相匹配的矩形孔。
进一步的，所述永磁体块有五个，均为大小相同、横截面为正方形的长条状柱体，各永磁体块剩磁大小相同，各永磁体块的磁化方向相同，且与永磁体块横截面的边平行。
进一步的，所述两个匀场铁磁材料垫片为长方体结构，其下表面与永磁体块上表面尺寸相同且完全贴合。
进一步的，所述安装模具为六面体结构，且在安装模具上表面中心位置设置有矩形的凹槽，用于放置射频平面线圈及其匹配电路；安装模具内横向设置有五个沿椭圆曲线分布的矩形孔，且位于椭圆曲线两端的矩形孔用于同时安装永磁体块和铁磁材料垫片，其余矩形孔用于安装永磁体块。
进一步的，所述安装模具上还设置有过线孔和安装螺孔，所述过线孔由安装模具一侧面通向凹槽；所述安装螺孔设置在有矩形孔的侧面的四角。
进一步的，所述永磁体块由铷铁硼材料制作而成。
本发明的优点在于：本发明是一种采用无源匀场永磁体结构，该结构所产生的静态磁场均匀区域位于永磁体结构的外部，所以样品不需要放入永磁体结构内部进行测量，从而实现了大体积样品的无损核磁共振检测，克服现有核磁共振永磁体结构不能对大体积样品进行无 损检查的缺点，该永磁体结构体积小，重量轻，便于工程现场检测。
并且该片状静态磁场区域的均匀度可通过调节椭圆弧的曲率、调整铁磁材料垫片厚度及以长度方向为转轴旋转其中两个永磁体块进行优化。此外，测量区域内的磁场方向与磁体表面平行，简单的单个平面螺线线圈就可以满足主磁场对射频场的要求，简化了对射频线圈的优化。
本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明实施例提供的永磁体块和铁磁材料垫片的设置结构整体示意图；
图2为本发明实施例提供的永磁体块和铁磁材料垫片的设置结构横截面示意图；
图3为本发明实施例提供的安装模具的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的总体安装结构示意图；
其中：1-永磁体块、2-铁磁材料垫片、3-安装模具、4-凹槽、5-矩形孔、6-过线孔、7-安装螺孔。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图1为本发明永磁体块和铁磁材料垫片的设置结构整体示意图；图2为本发明永磁体块和铁磁材料垫片的设置结构横截面示意图；图3为本发明安装模具的结构示意图；参照图1、图2和图3，本发明提出了一种采用无源匀场的椭圆弧状单边核磁共振永磁体结构，包括五个永磁体块1、两个铁磁材料垫片2和安装模具3，所述五个永磁体块1的中心沿椭圆曲线等弧长分布，且相邻的两个永磁体块1的磁化方向沿椭圆曲线依次偏转；两个铁磁材料垫片2分别设置在椭圆曲线两端的永磁体块1上方；所述安装模具3上表面设置有凹槽4，所述凹槽4内设置有射频线圈及其匹配电路，安装模具3内还设置有与永磁体块1和铁磁材料垫片2尺寸相匹配的矩形孔5。
所述永磁体块1有五个，均为大小相同、横截面为正方形的长条状柱体，各永磁体块1剩磁相同，各永磁体块1的磁化方向相同，且与永磁体块1横截面的边平行。
所述两个铁磁材料垫片2为长方体结构，其下表面与永磁体块1上表面尺寸相同且完全贴合。
所述安装模具3为六面体结构，且在安装模具3上表面中心位置设置有凹槽4，用于放置平面射频线圈及其匹配电路；安装模具3内设置有五个沿椭圆曲线分布的矩形孔5，且位于椭圆曲线两端的矩形孔5用于同时安装永磁体块1和铁磁材料垫片2，其余矩形孔5用于安装永磁体块1。
所述安装模具3上还设置有过线孔6和安装螺孔7，所述过线孔6由安装模具3一侧面通向凹槽4；所述安装螺孔7设置在有矩形孔5的侧面的四角。
所述永磁体块1由铷铁硼材料制作而成。
作为一种实施例，本发明的永磁体块有5个，且每个永磁体的中心沿着椭圆曲线等弧长的分布开来，位于椭圆曲线两端的永磁体块1上方还设置有铁磁材料垫片2，用于无源匀场。每个永磁体块1的大小和形状均相同，充磁大小和方向也相同。以往Halbach磁体结构中相邻永磁体的磁化方向夹角通常为45°，但是本发明中相邻永磁体块的磁化方向夹角不限定在45°，而且该夹角可以通过旋转与椭圆曲线两端的永磁体块1相邻的那两个永磁体块1来改变，通过改变夹角的具体角度和铁磁材料垫片2的厚度可以不断优化磁场的均匀度。安装模具3用于固定永磁体块1和铁磁材料垫片2，安装模具3上设置有凹槽4，凹槽内放置有射频线圈及其匹配电路；凹槽下方即为永磁体块1和铁磁材料垫片2组合成的磁体结构，该磁体结构能够在其外部产生均匀的静态磁场，且测量区域内的磁场方向与磁体表面平行。因此，将待测物体放置在本发明的表面就可以进行检测，对被测物的体积大小没有限制。
实施例中的永磁体块的尺寸为15mm×15mm×150mm，正方形横截面的边长为15mm，剩磁为1.315T。
图4为该种实施例的总体安装结构示意图，把永磁体块1和铁磁材料垫片2安装在安装模具3的矩形孔5内，两端用盖板封住.该盖板是与安装模具侧面大小相同的板子，盖板四角也有与安装螺孔相对应的孔，通过螺丝将盖板固定在安装模具上，最终的单边磁体结构如图所示。若过线孔设置在矩形孔的侧面上，那么盖板上也要设置与过线孔对应的孔。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.一种采用无源匀场的椭圆弧状单边核磁共振永磁体结构，包括若干永磁体块、两个铁磁材料垫片和安装模具，其特征在于：所述若干永磁体块的中心沿椭圆曲线等弧长分布，且相邻的两个永磁体块的磁化方向沿椭圆曲线依次偏转；两个铁磁材料垫片分别设置在椭圆曲线两端的永磁体块上方；所述安装模具上表面设置有凹槽，所述凹槽内设置有射频线圈及其匹配电路，安装模具内还设置有与永磁体块和铁磁材料垫片尺寸相匹配的矩形孔。
2.根据权利要求1所述的一种采用无源匀场的椭圆弧状单边核磁共振永磁体结构，其特征在于：所述永磁体块有五个，均为大小相同、横截面为正方形的长条状柱体，各永磁体块剩磁大小相同，各永磁体块的磁化方向相同，且与永磁体块横截面的边平行。
3.根据权利要求2所述的一种采用无源匀场的椭圆弧状单边核磁共振永磁体结构，其特征在于：所述两个匀场铁磁材料垫片为长方体结构，其下表面与永磁体块上表面尺寸相同且完全贴合。
4.根据权利要求3所述的一种采用无源匀场的椭圆弧状单边核磁共振永磁体结构，其特征在于：所述安装模具为六面体结构，且在安装模具上表面中心位置设置有矩形的凹槽，用于放置射频平面线圈及其匹配电路；安装模具内横向设置有五个沿椭圆曲线分布的矩形孔，且位于椭圆曲线两端的矩形孔用于同时安装永磁体块和铁磁材料垫片，其余矩形孔用于安装永磁体块。
5.根据权利要求4所述的一种采用无源匀场的椭圆弧状单边核磁共振永磁体结构，其特征在于：所述安装模具上还设置有过线孔和安装螺孔，所述过线孔由安装模具一侧面通向凹槽；所述安装螺孔设置在有矩形孔的侧面的四角。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种采用无源匀场的椭圆弧状单边核磁共振永磁体结构，其特征在于：所述永磁体块由铷铁硼材料制作而成。
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