用于产生均匀磁场梯度的装置和磁测量装置的制作方法

1.本实用新型总体上涉及磁学领域，更特别地，涉及一种能产生均匀磁场梯度的装置以及磁测量装置。


背景技术：

2.磁场梯度在诸如核磁共振之类的磁测量设备中有非常重要的应用。顾名思义，磁场梯度就是磁场强度随空间位移的变化率，其可以表示为dh/dx，其中dh表示磁场强度的变化量，dx表示空间距离的变化量，空间磁场的方向与空间的方向均为三维，故而通常磁场梯度是3
×
3的张量。为了实现准确的磁测量，提供均匀的磁场梯度非常重要。
3.图1示出一种现有的提供磁场梯度的装置。如图1所示，平坦形状的导电条或者导电板1和2彼此面对且平行地设置，二者之间彼此间隔开一距离。导电条1和2沿其长轴方向分别施加有方向相同的电流i1和i2，电流i1和i2在导电条1和2之间空间的中心轴线上产生大小相同、方向相反的磁场，因此产生磁场强度为零，但是磁场梯度均匀且不为零的区域。
4.但是，图1的装置仍存在许多问题。例如，受到导电条1和2的形状和有限尺寸的限制，其仅能在中心轴线附近非常小的区域提供均匀的磁场梯度，而且所提供的磁场梯度的均匀性也已经不能满足日益发展的高精度磁测量的要求。
5.因此，仍需要一种磁场生成装置，其能够在较大区域提供具有高均匀性的磁场梯度。


技术实现要素：

6.针对以上以及其他技术问题，提出了本实用新型。本实用新型利用相对设置的两个瓦片状导电条，通过优化导电条的瓦片形状，大大提高了其间形成的磁场梯度的均匀性以及具有均匀磁场梯度的空间大小。
7.根据一实施例，提供一种用于产生均匀磁场梯度的装置，包括彼此相对设置的两个瓦片状导电条，每个瓦片状导电条沿长度方向笔直延伸，并且在与所述长度方向垂直的横截面内具有抛物线形状，所述两个瓦片状导电条设置为其凹陷侧彼此相对。
8.在一些实施例中，所述抛物线形状满足公式：y＝
‑
ax2+y0，其中，彼此相对设置的两个瓦片状导电条之间的最大距离h为2y0。
9.在一些实施例中，所述抛物线形状的二次项系数a满足如下公式： a*w＝(1
±
0.2)*2.1151*0.0044
log(r)
±
1，其中，w是所述瓦片状导电条的宽度， r是w与h之间的比值。
10.在一些实施例中，r的值在0.2至100的范围内。
11.在一些实施例中，所述两个瓦片状导电条配置为分别接收沿其长度方向的、方向相同的电流。
12.在一些实施例中，所述两个瓦片状导电条每个都具有一体结构。
13.在一些实施例中，所述两个瓦片状导电条每个都包括多个导电子条，所述多个导电子条每个沿长度方向笔直延伸，并且在与所述长度方向垂直的横截面内排列成所述抛物
线形状。
14.在一些实施例中，每个瓦片状导电条中包括的多个导电子条彼此电接触。
15.在一些实施例中，每个瓦片状导电条中包括的多个导电子条之间通过绝缘漆彼此电绝缘。
16.根据另一实施例，还提供一种磁测量装置，包括上述用于产生均匀磁场梯度的装置。
17.本实用新型的上述和其他特征和优点将从下面结合附图对示例性实施例的描述变得显而易见。
附图说明
18.图1是一种现有的用于产生磁场梯度的装置的结构示意图。
19.图2是根据本实用新型一实施例的用于产生磁场梯度的装置的结构示意图。
20.图3是图2所示的装置的横截面示意图。
21.图4是图2所示的瓦片状导电条的形状优化曲线。
22.图5示出图1和图2的装置产生的磁场梯度分布的示意图。
23.图6是不同形状的导电条产生的磁场梯度的对比曲线图。
24.图7是根据本实用新型另一实施例的用于产生磁场梯度的装置的结构示意图。
具体实施方式
25.下面，将参考附图详细地描述根据本技术的示例实施例。注意，附图可能不是按比例绘制的。显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是本技术的全部实施例，本技术不受这里描述的示例实施例的限制。
26.图2是根据本实用新型一实施例的用于产生磁场梯度的装置的结构示意图。如图2所示，该装置包括彼此相对设置的两个瓦片状导电条10和20。瓦片状导电条10和20可由具有良好导电性的金属例如铝、铜、银或者合金材料形成，并且其大小和形状可以彼此相同，二者相对(或者说正对)设置。具体而言，瓦片状导电条10和20每个在长度方向上(z轴方向)笔直地延伸，在与长度方向垂直的横截面内(x
‑
y平面)具有抛物线形状。瓦片状导电条10和20每个可以在长度方向上的两端设置有用于接收电流的电极，从而可以沿瓦片状导电条10和20的长度方向，向二者分别施加方向相同的电流(未示出)，以在二者之间的空间中产生均匀的磁场梯度。瓦片状导电条 10和20每个可根据需要而具有一定的厚度，例如其厚度可以在0.1mm至 2cm的范围内。
27.图3示出了瓦片状导电条10和20每个的横截面视图。在图3所示的截面图中，瓦片状导电条10的抛物线形状可以用下面的公式1表示。应理解，瓦片状导电条20的形状与瓦片状导电条10相同，并且二者设置为其凹陷侧彼此相对。
28.y＝
‑
ax2+y0ꢀꢀ
(公式1)
29.在图3中，瓦片状导电条10和20的宽度为w，二者之间的最大距离，即中心点之间的距离为h。可以理解，h＝2y0。
30.本实用新型的发明人发现，通过优化导电条10和20的瓦片形状，即公式1中的二次项系数a，可以提高二者之间形成的磁场梯度的均匀性。图4 示出瓦片状导电条10和20的形
状优化曲线，其中横坐标r定义为r＝w/h，其表示瓦片状导电条10和20的宽高比，纵坐标为a*w。通过模拟计算可以确定，对于在0.2至100的范围内的r值，当二次项系数a满足下面的公式2 时，在瓦片状导电条10和20之间能提供最佳的磁场梯度均匀性。
31.a*w＝2.1151*0.0044
log(r)
ꢀꢀ
(公式2)
32.也就是说，当a＝2.1151*0.0044
log(r)
/w时，可以获得最佳的磁场梯度均匀性。应理解，在实际实施时，a*w的值可以在一定范围内变动，例如当 a*w＝(1
±
0.2)*2.1151*0.0044
log(r)
±
1时，仍可确保磁场梯度具有高的均匀性。
33.图5示出图1的现有装置与图2所示的根据本实用新型一实施例的装置产生的磁场梯度的均匀性对比。其中，导电条的长度设为40cm，宽度设为 4cm，间距设为4cm。图5中的上图(a)为图1的装置产生的磁场梯度分布，其在x
‑
y平面内中央4*4mm2的范围内产生的磁场梯度dh
y
/dx的均匀性在
±
0.27％的范围内。图5中的下图(b)为图2的装置产生的磁场梯度分布，其中瓦片状导电条10和20的抛物线形状的二次项系数a为49.6，该装置在 x
‑
y平面内中央4*4mm2的范围内产生的磁场梯度dh
y
/dx的均匀性在
±
0.06％的范围内。可以看出，本实用新型的装置相对于图1所示的现有装置大大提高了该空间中的磁场梯度的均匀性。换言之，本实用新型的装置与图1所示的装置相比，能够在更大的空间中确保磁场梯度的均匀性。
34.图6是不同形状的导电条产生的磁场梯度的对比曲线图。从图6可以看出，当采用图1所示的平板状导电条时(即，二次项系数a＝0)，或者当采用过度弯曲的瓦片状导电条时(即，二次项系数a＝80)，磁场梯度dh
y
/dx有明显的非均匀性。当采用本实用新型的瓦片状导电条，并且采用优化的二次项系数a时(即，二次项系数a＝49.6)，产生了基本均匀的磁场梯度。图6所示的曲线的其他参数与上面关于图5描述的参数相同。
35.图7是根据本实用新型另一实施例的用于产生磁场梯度的装置的结构示意图。图7所示的装置与图2基本相同，只是图2所示的瓦片状导电条10 和20每个可以为一体结构，而在图7中瓦片状导电条10和20每个可包括多个沿长度方向(z轴方向)延伸的导电子条11和21。导电子条11和21 每个可以为例如平板状、曲面板状、柱条状，或者可以为其他适当的形状，这些导电子条11和21排列成瓦片状，并且瓦片形状满足上面由公式2定义的抛物线形状，相邻的导电子条11/21之间可以电接触或者通过例如绝缘漆彼此电绝缘，并且在每根导电子条11/21的两端设置有用于接收电流的电极，从而可以在导电子条11/21的沿长度方向的相对两端来施加电流。
36.本实用新型的实施例还提供一种磁测量装置，例如核磁共振(mr)装置，其包括上面描述的任意一种用于产生均匀磁场梯度的装置。由于这样的磁测量装置的功能和结构是已知的，这里不再赘述。通过在这样的磁测量装置中采用本实用新型的用于产生磁场梯度的装置，能够产生具有良好均匀性的磁场梯度，从而提高磁测量装置的精确度。
37.以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。
38.本技术中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到
的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
39.还需要指出的是，在本技术的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本技术的等效方案。
40.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本技术。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本技术的范围。因此，本技术不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
41.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。