一种自动磁场补偿的装置与方法与流程

文档序号:12456590阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种自动磁场补偿的装置,包括旋转台(15),其特征在于,还包括设置在旋转台(15)上的三维亥姆霍兹线圈和三维一阶梯度线圈,旋转台(15)上横向设置有筒状的有机玻璃管(32),有机玻璃管(32)上绕设有Z2梯度线圈(8),有机玻璃管(32)内通过支撑杆固定有支撑台(10),支撑台(10)上设置有位于矩形面的四个顶角的第一磁阻芯片(7)、第二磁阻芯片(9)、第三磁阻芯片(30)和第四磁阻芯片(31),矩形面与水平面的夹角为45度,三维亥姆霍兹线圈包括X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)和Z轴亥姆霍兹线圈(4),三维一阶梯度线圈包括X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2),Z2梯度线圈(8)的中心轴线、有机玻璃管(32)中心轴线、Z轴亥姆霍兹线圈(4)的中心轴线、Z轴一阶梯度线圈(2)的中心轴线重合,Z2梯度线圈(8)中心点、三维亥姆霍兹线圈中心点、三维一阶梯度线圈中心点、有机玻璃管(32)中心点、矩形面中心点重合。

2.根据权利要求1所述的一种自动磁场补偿的装置,其特征在于,还包括用于对第一磁阻芯片(7)、第二磁阻芯片(9)、第三磁阻芯片(30)和第四磁阻芯片(31)输出的信号进行差分放大的差分放大电路(20),差分放大电路(20)通过第一多通道控制卡(18)与计算机(16)连接,计算机(16)与第二多通道控制卡(26)连接,第二多通道控制卡(26)与X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)、Z2梯度线圈(8)连接,第二多通道控制卡(26)还通过功放电路(24)分别与X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)和Z轴亥姆霍兹线圈(4)连接。

3.根据权利要求1所述的一种自动磁场补偿的装置,其特征在于,所述的旋转台(15)上设置有矩形放置块(11),矩形放置块(11)上开设有条形放置槽,条形放置槽的横切面为倒三角形,有机玻璃管(32)放置在条形放置槽内。

4.根据权利要求1所述的一种自动磁场补偿的装置,其特征在于,所述的X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)、Z轴亥姆霍兹线圈(4)均包括共中心轴线的一对线圈,X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)、Z轴亥姆霍兹线圈(4)的中心点重合,X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)、Z轴亥姆霍兹线圈(4)的中心轴线相互垂直,X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)、Z轴亥姆霍兹线圈(4)的外径相等,X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)、Z轴亥姆霍兹线圈(4)之间通过亚克力塑料支架以及塑料螺钉进行相互固定。

5.根据权利要求1所述的一种自动磁场补偿的装置,其特征在于,所述的X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)均包括共中心轴线的一对线圈,X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)的中心点重合,X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)的中心轴线相互垂直,X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)的外径相等,X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)的每对线圈的距离D与外径d比例均为0.886,X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)之间通过亚克力塑料支架与塑料螺钉进行固定。

6.根据权利要求1所述的一种自动磁场补偿的装置,其特征在于,所述的Z2梯度线圈(8)包括第一环形线圈对和第二环形线圈对,第一环形线圈对的两个环形线圈的距离与外径比例为1.2,第二环形线圈对的两个环形线圈的距离与外径比例为0.3,第一环形线圈对和第二环形线圈对的中心轴线、有机玻璃管(32)中心轴线重合。

7.根据权利要求6所述的一种自动磁场补偿的装置,其特征在于,所述的第一环形线圈对和第二环形线圈对均设置在有机玻璃管(32)外壁的线槽中。

8.利用权利要求1所述的装置进行自动磁场补偿的方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1、为X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)、Z轴亥姆霍兹线圈(4)分别依次加载设定的各个给定电压,使用第一磁阻芯片(7)分别测试X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)、Z轴亥姆霍兹线圈(4)在各个给定电压值对应的磁场值大小,分别拟合X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)、Z轴亥姆霍兹线圈(4)的给定电压与磁场的比值关系;

为X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)分别依次加载设定的各个给定电流,使用第一磁阻芯片(7)分别测试X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)在各个给定电流值对应的磁场值大小,分别线性拟合X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)的给定电流与磁场的比值关系;

为Z2梯度线圈(8)依次加载给定电流,使用第一磁阻芯片(7)测试在各个给定电流条件下对应的磁场值大小,线性拟合Z2梯度线圈(8)的给定电流与磁场的比值关系;

步骤2、设定旋转台(15)的旋转速度,X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)、X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)、Z轴亥姆霍兹线圈(4)、Z2梯度线圈(8)、第一磁阻芯片(7)、第二磁阻芯片(9)、第三磁阻芯片(30)、第四磁阻芯片(31)均随着旋转台(15)在水平面内旋转;

步骤3、初始化目标磁场值B0矩阵,目标磁场值B0矩阵为一个1×12的矩阵;

步骤4、使用第一磁阻芯片(7)、第二磁阻芯片(9)、第三磁阻芯片(30)、第四磁阻芯片(31)测得磁场值Bn,n代表测量的次数,获得测量磁场值Bn矩阵,测量磁场值Bn矩阵为一个1×12矩阵,测量磁场值Bn矩阵中的元素从上到下分别对应第一磁阻芯片(7)测得X轴向、Y轴向、Z轴向的磁场值,第二磁阻芯片(9)测得X轴向、Y轴向、Z轴向的磁场值,第三磁阻芯片(30)测得X轴向、Y轴向、Z轴向的磁场值,以及第四磁阻芯片(31)测得X轴向、Y轴向、Z轴向磁场值;

步骤5、判断目标磁场值B0矩阵减去测量磁场值Bn矩阵后的差值矩阵en的模值是否在误差范围内,若在误差范围,则转到步骤8;若不在误差范围,则转到步骤6;

步骤6、将差值矩阵en进行PID运算获得输出矩阵Pn,输出矩阵Pn为1×12矩阵;

步骤7、将输出矩阵Pn、X轴亥姆霍兹线圈(5)的给定电压与磁场的比值关系、Y轴亥姆霍兹线圈(6)的给定电压与磁场的比值关系、Z轴亥姆霍兹线圈(4)的给定电压与磁场的比值关系、X轴一阶梯度线圈(1)的给定电流与磁场的比值关系、Y轴一阶梯度线圈(3)的给定电流与磁场的比值关系、Z轴一阶梯度线圈(2)的给定电流与磁场的比值关系、Z2梯度线圈(8)的给定电流与磁场的比值关系,输入到Matlab中的linprog函数中,使用基于线性规划的L1范数规划求解min∑Vi×wi+Ij×Nj最小化优化问题,获得优化矩阵,优化矩阵中的前三个元素分别对应于X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)、Z轴亥姆霍兹线圈(4)中的优化加载电压,优化矩阵中的后四个元素分别对应于X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)、Z2梯度线圈(8)中的优化加载电流,转到步骤4,其中,i∈{1、2、3},j∈{1、2、3、4},w1、w2、w3分别表示X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)、Z轴亥姆霍兹线圈(4)的电压权重;V1、V2、V3分别表示X轴亥姆霍兹线圈(5)、Y轴亥姆霍兹线圈(6)、Z轴亥姆霍兹线圈(4)的加载电压;N1、N2、N3、N4分别表示X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)、Z2梯度线圈(8)的电流权重,I1、I2、I3、I4分别表示X轴一阶梯度线圈(1)、Y轴一阶梯度线圈(3)、Z轴一阶梯度线圈(2)、Z2梯度线圈(8)的加载电流,linprog函数的约束条件为:10-3V≤|Vi|≤10V;10-6A≤|Ij|≤2×10-2A;磁场误差△B=|Bn-B0|≤10nT;磁场均匀度小于等于10-3

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