一種核磁共振波譜儀梯度線圈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于核磁共振波譜儀領(lǐng)域，更具體地，涉及一種梯度線圈。
【背景技術(shù)】
[0002] 核磁共振波譜儀進(jìn)行梯度勻場(chǎng)、二維梯度實(shí)驗(yàn)時(shí)需要在主磁場(chǎng)中產(chǎn)生一很強(qiáng)的縱 向梯度場(chǎng)，一般要求其強(qiáng)度在50G S/Cm@10A以上。因此需要在核磁共振波譜儀探頭中加入 梯度線圈，其在外部脈沖梯度電流的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生一個(gè)梯度場(chǎng)，該梯度場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng)越好，然而當(dāng) 梯度線圈產(chǎn)生梯度場(chǎng)時(shí)，它附近的金屬導(dǎo)體上會(huì)感應(yīng)出渦流，梯度場(chǎng)越強(qiáng)越容易產(chǎn)生渦流， 渦流會(huì)產(chǎn)生與原梯度場(chǎng)相反的磁場(chǎng)，降低梯度線圈的效率，并且降低磁場(chǎng)的穩(wěn)定性，影響到 核磁共振波譜儀的正常工作。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中采用了流函數(shù)和目標(biāo)場(chǎng)方法來(lái)求解，然而核磁共振波譜儀探頭內(nèi)放置 梯度線圈的空間十分有限，梯度線圈必須滿足體積小、電感小、梯度場(chǎng)強(qiáng)大等要求，流函數(shù) 和目標(biāo)場(chǎng)方法在場(chǎng)強(qiáng)要求高而線圈體積又被嚴(yán)格限制時(shí)，這種設(shè)計(jì)方法難以得出合理的梯 度線圈方案，并且導(dǎo)致加工困難無(wú)法進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)。
[0004] 目前已經(jīng)存在采用自屏蔽線圈來(lái)解決渦流問(wèn)題的主流方法，但是屏蔽線圈會(huì)在目 標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，會(huì)抵消掉主線圈幾乎一半的梯度場(chǎng)，因此為了得到足夠強(qiáng)的梯度場(chǎng)， 不得不增加線圈繞組數(shù)量，但是在增加繞組數(shù)量的情況下又增大了線圈的電感和電阻，影 響線圈的梯度場(chǎng)切換速度，并顯著增加線圈功耗。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種核磁共振波譜儀的 梯度線圈，其目的在于提供一種算法簡(jiǎn)單且能獲得較高強(qiáng)度的梯度磁場(chǎng)，并解決在采用自 屏蔽手段之后降低線圈功耗、減小線圈電感和電阻的技術(shù)問(wèn)題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種核磁共振波譜儀梯度 線圈，其特征在于，該梯度線圈由沿其徑向由外至內(nèi)包括屏蔽線圈、主線圈及隔熱部件。
[0007] 進(jìn)一步地，所述屏蔽線圈與所述主線圈的間距優(yōu)選為在核磁共振波譜儀探頭允許 的空間范圍內(nèi)的最大值，由此提高所述梯度線圈的工作效率。
[0008] 進(jìn)一步地，所述屏蔽線圈與所述主線圈的間距優(yōu)選為4. 3~5. 3mm。
[0009] 進(jìn)一步地，所述主線圈包含若干對(duì)用于產(chǎn)生基礎(chǔ)磁場(chǎng)的線圈繞組和若干對(duì)用于消 除基礎(chǔ)磁場(chǎng)9階以內(nèi)高階奇數(shù)項(xiàng)的線圈繞組。
[0010] 進(jìn)一步地，所述隔熱部件的熱膨脹系數(shù)小于10_6/°c，可承受±200°C的熱沖擊。
[0011] 進(jìn)一步地，所述隔熱部件的體積磁化率為1〇_6量級(jí)。
[0012] 進(jìn)一步地，所述隔熱部件優(yōu)選為石英玻璃管。
[0013] 總體而言，通過(guò)本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下 列有益效果：
[0014] (1)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)度為60Gs/cm@10A，在±10mm的有效區(qū)域內(nèi)整體線性誤差小于 0. 5Gs@10A的縱向梯度場(chǎng)；
[0015] (2)通過(guò)適當(dāng)增大屏蔽線圈與主線圈間距的方式來(lái)減小屏蔽線圈在目標(biāo)區(qū)域的反 向磁場(chǎng)，提高整個(gè)梯度線圈的效率，同時(shí)減小線圈電感和電阻；
[0016] (3)通過(guò)在梯度線圈內(nèi)設(shè)置一層石英玻璃管，使得梯度線圈與其內(nèi)部空間的快速 溫度變化相隔離，有效解決變溫試驗(yàn)中線圈因熱脹冷縮而發(fā)生形變，確保了梯度場(chǎng)在變溫 實(shí)驗(yàn)中的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是按照本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的核磁共振波譜儀的梯度線圈整體示意圖；
[0018] 圖2是按照本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的核磁共振波譜儀的梯度線圈中的主線圈的繞線方 式及電流方向示意圖；
[0019] 圖3是按照本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的核磁共振波譜儀的梯度線圈主線圈在軸線上產(chǎn)生 的梯度場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果示意圖；
[0020] 圖4是按照本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的核磁共振波譜儀的梯度線圈主線圈線性度指標(biāo)的 計(jì)算結(jié)果示意圖；
[0021] 圖5是按照本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的核磁共振波譜儀的梯度線圈整體線性度指標(biāo)的計(jì) 算結(jié)果示意圖。
[0022] 在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：
[0023] 1-屏蔽線圈2-主線圈3-石英玻璃管21-第一上部線圈繞組22-第二上部線圈 繞組23-第一下部線圈繞組24-第二下部線圈繞組
【具體實(shí)施方式】
[0024] 為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施 例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋 本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所 涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025] 本實(shí)用新型梯度線圈由屏蔽線圈1、主線圈2和石英玻璃管3組成，如圖1所示的 核磁共振波譜儀梯度線圈的整體結(jié)構(gòu)示意圖。屏蔽線圈1套于主線圈2的外層，兩者之間 保持4. 3~5. 3mm的間距，屏蔽線圈1在其中心產(chǎn)生的磁場(chǎng)與主線圈2產(chǎn)生的梯度場(chǎng)方向相 反，且弱于主線圈2產(chǎn)生的梯度場(chǎng)，屏蔽線圈1產(chǎn)生的磁場(chǎng)抵消主線圈2外側(cè)的發(fā)散磁場(chǎng)， 但也消弱了主線圈2中心的梯度場(chǎng)。
[0026] 如圖2所示的主線圈的結(jié)構(gòu)示意圖，其中屏蔽線圈1為沿梯度線圈軸向上下對(duì) 稱設(shè)置的若干線圈繞組，其上部線圈繞組與下部線圈繞組繞向相反；主線圈2為沿梯度線 圈軸向上下對(duì)稱設(shè)置的若干線圈繞組對(duì)，其對(duì)稱的上部線圈繞組21，22與下部線圈繞組 23, 24,屏蔽線圈（1)與所述主線圈（2)之間繞向相反。屏蔽線圈1與主線圈2上的所有線 圈繞組用串連的方式相互連接。外部輸入的驅(qū)動(dòng)電流依次流過(guò)屏蔽線圈1和主線圈2,主線 圈2在其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)大于設(shè)計(jì)要求的梯度場(chǎng)，主線圈2外側(cè)的發(fā)散磁場(chǎng)會(huì)迅速衰 減。
[0027] 屏蔽線圈1位于主線圈2外側(cè)，并與主線圈保持4. 3~5. 3mm的間距，在這種設(shè)置 方式下，屏蔽線圈1與主線圈2共同產(chǎn)生的梯度場(chǎng)接近于理想的狀態(tài)：整個(gè)梯度線圈中心的 梯度場(chǎng)強(qiáng)度為60Gs/cm，梯度線圈外側(cè)的發(fā)散磁場(chǎng)接近于O，在此種情況下可避免梯度線圈 在其附近的金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生渦流。
[0028] 本實(shí)用新型中，還更優(yōu)選地采用石英玻璃管3同軸設(shè)置于主線圈2內(nèi)部，使梯度線 圈與其中心的空間區(qū)域相互隔離。在核磁共振波譜儀使用過(guò)程中，經(jīng)常進(jìn)行溫度變化的實(shí) 驗(yàn)，梯度線圈中心區(qū)域的溫度會(huì)劇烈變化，并影響梯度線圈的形狀、電阻率等各種特性，使 梯度線圈產(chǎn)生的梯度場(chǎng)不穩(wěn)定。石英玻璃管3的放置，使梯度線圈與其中心區(qū)域相互隔離， 梯度線圈的溫度保持恒定，可以在寬范圍的溫度下實(shí)現(xiàn)梯度場(chǎng)穩(wěn)定。
[0029] 如圖2所示，是按照本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的主線圈上線圈繞制示意圖，梯度線圈的 主線圈2由兩對(duì)Maxwell線圈組成，上部和下部線圈通以互為反向的電流，由一對(duì)21西 Maxwell線圈21、24和一對(duì)2匝Maxwell線圈22、23組成，其中21匝Ma