一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管，包括外筒、下端板、上端板、支撑管、线圈、上垫圈和下垫圈；所述外筒、下端板和上端板固定在一起构成一个上下带盖的筒状结构，所述上端板和下端板中心部分各留有一个通孔，所述支撑管固定在外筒中心，所述支撑管外壁由下至上包括若干个台阶，所述线圈缠绕在支撑管上，线圈的外壁构成一个平滑的圆筒状；线圈顶部与上端板之间设置有上垫圈，线圈底部与下端板之间设有下垫圈；本实用新型巧妙的结构设计能够产生方向均为垂直方向的磁场和梯度场，其它方向的磁场大小相等方向相反，被使被测样品可以悬挂在磁场，只受到垂直方向力的作用，保持稳定状态，且磁场梯度能满足力信号精度要求。
【专利说明】一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及螺线管，尤其涉及一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管。
【背景技术】
[0002]目前梯度场主要应用于医疗领域的核磁共振成像设备中，用于切片扫描。现有的梯度场发生装置在磁场方向、磁场大小和梯度大小等方面都无法满足永磁体温度系数开路测量装置中对梯度场的要求。
[0003]具有磁矩的磁体在非均匀磁场中才能受到沿磁场梯度方向的力，并且只有在均匀梯度磁场中永磁体的受力才与位置的变化无关。在永磁体温度系数开路测量装置和方法研究过程中，提出了采用将磁信号转换为力信号的方式实现高灵敏度的温度系数测量，从而要求建立均匀梯度磁场以产生测量所需要的力信号。对于低温度系数永磁材料，因为材料本身的温度系数很低，由于温度变化产生的力信号的变化本身很小。为了达到稳定的力信号，对梯度场的要求为:磁场强度不随温度变化、梯度均匀性好，梯度常数大。另外，测量过程中被测磁体垂直悬挂，因此要求梯度场发生装置的外形能适合被测磁体悬挂置于其中，而且除了垂直方向外，磁体不能在其它方向受力以保证被测磁体处于稳定状态，因此要求磁场方向和梯度方向都为垂直方向。因此，亟需研制一种能产生均匀梯度磁场满足永磁体温度系数开路测量的螺线管。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管，产生的磁场强度不随温度变化、梯度均匀性好，梯度常数大，磁场方向和梯度方向都为垂直方向。
[0005]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管，包括外筒、下端板、上端板、支撑管、线圈、上垫圈和下垫圈；所述外筒、下端板和上端板固定在一起构成一个上下带盖的筒状结构，所述上端板和下端板中心部分各留有一个通孔，所述支撑管固定在外筒中心，所述支撑管外壁由下至上包括若干个台阶，所述线圈缠绕在支撑管上，所述线圈的外壁构成一个平滑的圆筒状；所述线圈顶部与上端板之间设置有上垫圈，所述线圈底部与下端板之间设有下垫圈。
[0006]本实用新型的有益效果是:本实用新型结构简单、体积小巧，本实用新型支撑管外壁台阶状结构的设计，使整个螺线管相当于若干个不同大小的螺线管的组合，能够产生方向均为垂直方向磁场和梯度场，其它方向的磁场大小相等方向相反，被使被测样品可以悬挂在磁场，只受到垂直方向的力的作用，保持稳定状态，且磁场梯度能满足力信号精度要求。
[0007]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0008]进一步，上述技术方案还包括水冷层，所述水冷层设置在线圈与外筒之间。[0009]进一步，上述技术方案还包括水冷接头和电源输入接线板，所述水冷接头与水冷层相连，所述电源输入接线板与线圈相连。
[0010]进一步，所述支撑管外壁由下至上的若干个台阶的外径和高度以保证螺线管的磁场强度大小和梯度的均匀性为前提。
[0011]进一步，所述外筒和支撑管采用无磁材料G10。
[0012]进一步，所述上端板、下端板、上垫圈和下垫圈6分别用304材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型所述一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管的剖面图；
[0014]图2为本实用新型所述一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管的主视图；
[0015]如图3所示，本实用新型产生的中心轴线上的磁场强度分布曲线；
[0016]如图4所示，本实用新型产生的中心轴线上的磁场梯度分布曲线。
[0017]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0018]1、外筒,2、下端板,3、上端板,4、支撑管,5、线圈,6、水冷层,7、上垫圈，8、下垫圈，
9、水冷接头，10、电源输入接线板。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0020]如图1所示，一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管，包括外筒1、下端板2、上端板3、支撑管4、线圈5、上垫圈7和下垫圈8 ;所述外筒1、下端板2和上端板3固定在一起构成一个上下带盖的筒状结构，所述上端板3和下端板2中心部分各留有一个通孔，所述支撑管4固定在外筒中心，所述支撑管4外壁由下至上包括若干个台阶，所述线圈5缠绕在支撑管上，所述线圈5的外壁构成一个平滑的圆筒状；所述线圈5顶部与上端板3之间设置有上垫圈7，所述线圈5底部与下端板2之间设有下垫圈8。
[0021]其中，上述技术方案还包括水冷层6，所述水冷层6设置在线圈5与外筒I之间。
[0022]其中，上述技术方案还包括水冷接头9和电源输入接线板10，所述水冷接头9与水冷层6相连，所述电源输入接线板10与线圈5相连。
[0023]其中，所述支撑管4外壁由下至上的若干个台阶的外径和高度以保证螺线管的磁场强度大小和梯度的均匀性为前提。
[0024]其中，所述外筒I和支撑管4采用无磁材料G10。
[0025]其中，所述上端板3、下端板2、上垫圈7和下垫圈8分别用304材料。
[0026]本实用新型中支撑管4外壁台阶状的结构设计，使整个螺线管相当于由四个不同大小的螺线管组成，每个螺线管的内径相同，外径不同，紧贴线圈5安装水冷层6，有效的提高了线圈所能达到的磁场强度。本实用新型中各个小螺线管的尺寸为仿真优化计算后的结果。本实用新型具有结构简单、体积小巧的特点。本实用新型的在垂直方向的梯度均匀度最好为50Gs/cm，在Icm范围内梯度不均匀度为0.58%, 2cm范围内梯度不均匀度为2.4%。[0027]采用螺线管形式的梯度场，被测样品可以很方便的悬挂在磁场中。本实用新型磁场和梯度方向均为垂直方向，其它方向的磁场相等方向相反，互相抵消，因此被测样品只受到垂直方向的力的作用，能保持稳定状态。磁场梯度能满足信号大小的要求。
[0028]线圈5采用一根扁平漆包线直接在支撑管4上绕制而成。假设支撑管外径共有4个台阶，具体做法为:按照直径由小到大的顺序绕制，首先在直径最小的台阶上绕线(比如轴向12匝，径向XlO层)，直到所绕线圈外径与第二个台阶平齐，此时线圈外径与第二个台阶平齐，若不平齐则再用玻璃丝带缠绕，直至与第二个台阶齐平。然后将第一个台阶和第二个台阶看做一个整体，继续绕线(比如轴向20匝，径向XlO层)，直至与第三个台阶平齐；再将第一、二、三台阶看做一个整体，继续绕制(比如轴向30匝，径向XlO层)，直至与第四个最大的台阶平齐；最后将第一、二、三和四台阶作为一个整体，继续绕制一定匝数(如绕制轴向42匝，径向XlO层)。在各台阶的绕制过程中，线圈的匝数和层数均要求按照仿真计算结果进行控制，如果不能保证与对应台阶平齐，应是使用玻璃丝带缠绕找平并将对地绝缘的线圈用环氧浸溃。线圈5绕制完成后，应该做绝缘性能试验。
[0029]本实用新型产生的磁场强度不随温度变化、梯度均匀性好，梯度常数大。另外，测量过程中被测磁体垂直悬挂，因此螺线管的外形设计了支撑管4，支撑管4中空，被测样品置于支撑管4中，且被测样品处于均匀梯度场中，而且除了垂直方向外，磁体在其它方向不受力以保证被测磁体处于稳定状态。本实用新型可以大大提高永磁体温度系数的测量精度。
[0030]本实用新型中，励磁线圈由四个不同直径和长度的螺线管组合而成。对于每个单独的螺线管线圈，其高度中心点处磁场强度最强，靠近开口处，沿中心轴的磁场强度逐渐减小，在离开线圈开口后很快就减弱。四个不同的螺线管的磁场在空间进行叠加，形成梯度场。本实用新型中的，通过对各个螺线管长度和直径的严格仿真计算和优化，在工作区域得到了均匀性最好的梯度场，磁场的大小由螺线管的尺寸和线圈绕组决定。
[0031]本实用新型产生的磁场分布为水平方向沿中心轴线对称，而且磁场很小，从而使被测样品水平方向受力为零。垂直方向磁场分布沿中心轴线呈梯度分布，形成垂直方向的梯度场，确保被测样品只受到垂直方向的力。
[0032]如图3所示，本实用新型产生的磁场强度值沿中心轴线向上的方向逐渐减小，形成梯度场。
[0033]如图4所示，本实用新型产生的磁场梯度沿中心轴线的分布，在坐标值为85mm的地方，磁场梯度最均匀。测试时，被测样品置于磁场梯度最均匀的位置。
[0034]图3、图4和图5的坐标原点均为最底层线圈底平面的中心点。
[0035]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管，其特征在于，包括外筒、下端板、上端板、支撑管、线圈、上垫圈和下垫圈； 所述外筒、下端板和上端板固定在一起构成一个上下带盖的筒状结构，所述上端板和下端板中心部分各留有一个通孔，所述支撑管固定在外筒中心，所述支撑管外壁由下至上包括若干个台阶，所述线圈缠绕在支撑管上，所述线圈的外壁构成一个平滑的圆筒状；所述线圈顶部与上端板之间设置有上垫圈，所述线圈底部与下端板之间设有下垫圈。
2.根据权利要求1所述一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管，其特征在于，还包括水冷层，所述水冷层设置在线圈与外筒之间。
3.根据权利要求1所述一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管，其特征在于，还包括水冷接头和电源输入接线板，所述水冷接头与水冷层相连，所述电源输入接线板与线圈相连。
4.根据权利要求1所述一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管，其特征在于，所述支撑管外壁由下至上的若干个台阶的外径和高度以保证螺线管的磁场强度大小和梯度的均匀性为前提。
5.根据权利要求1所述一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管，其特征在于，所述外筒和支撑管采用无磁材料G10。
6.根据权利要求1所述一种用于永磁体温度系数开路测量的梯度场螺线管，其特征在于，所述上端板、下端板、上垫圈和下垫圈6分别用304材料。
【文档编号】G01R33/12GK203787240SQ201420114346
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】侯瑞芬, 林安利, 张志高, 范雯, 贺建, 王京平, 陈福三, 李鲲鹏 申请人:中国计量科学研究院