本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行磁共振(＝“mr”)設(shè)備的方法，所述磁共振設(shè)備具有設(shè)置在真空容器中的、在mr測量運(yùn)行中干式(＝“無制冷劑”)的、超導(dǎo)的mr電磁線圈系統(tǒng)，以及具有用于冷卻mr電磁線圈系統(tǒng)的低溫恒溫器，所述低溫恒溫器包括頸管，所述頸管穿過真空容器的外殼引向mr電磁線圈系統(tǒng)，其中，冷頭的冷卻臂至少部分地設(shè)置在所述頸管中，并且將超導(dǎo)mr電磁線圈系統(tǒng)冷卻到超導(dǎo)溫度并且然后向其供應(yīng)充電電流。

背景技術(shù)：

1、這種方法以及相關(guān)的mr設(shè)備由de?10?201?6?218?000b3(＝參考文獻(xiàn)[1])已知。

2、本發(fā)明一般而言涉及超導(dǎo)磁體布置系統(tǒng)的電流充電領(lǐng)域，所述磁體布置系統(tǒng)在運(yùn)行中應(yīng)/必須保持在非常低(＝低溫)的溫度下。這種超導(dǎo)磁體布置系統(tǒng)用于磁共振領(lǐng)域、例如mri(＝磁共振成像)斷層掃描儀或nmr(＝核磁共振)波譜儀。

3、核磁共振是高性能的儀器分析方法，利用這種方法尤其是可以確定測量樣品的化學(xué)成分。這里，將高頻脈沖射入處于強(qiáng)靜態(tài)磁場中的測量樣品中，并且測量樣品的電磁響應(yīng)。強(qiáng)的并且在核磁共振中特別均勻的靜態(tài)磁場在很多情況下通過超導(dǎo)磁體系統(tǒng)產(chǎn)生，為此，所述磁體系統(tǒng)在測量運(yùn)行中多數(shù)必須借助于作為低溫流體的液氦冷卻到接近絕對零點(diǎn)的極低的低溫溫度。

4、這種超導(dǎo)磁體系統(tǒng)通常還配備有主動冷卻裝置。此時(shí)，所述系統(tǒng)多數(shù)根本不再具有流體箱，磁體在所述流體箱中直接由低溫流體包圍。相反，磁體系統(tǒng)的線圈設(shè)置在真空容器中并且因此在mr測量運(yùn)行中是“干式的”，即無制冷劑的。通常，包圍真空容器的輻射防護(hù)罩、但有時(shí)還有磁體系統(tǒng)直接由主動冷卻器冷卻，例如由脈管制冷機(jī)或吉福德-麥克馬洪制冷機(jī)冷卻。

5、例如當(dāng)冷頭失效時(shí)，這些干式系統(tǒng)通常易于發(fā)生冷卻系統(tǒng)故障，因?yàn)榕c浴冷的磁體系統(tǒng)不同，不存在直接包圍磁體系統(tǒng)的通常液態(tài)的制冷劑的形式的溫度緩沖器，所述制冷劑在冷卻系統(tǒng)失效時(shí)可能蒸發(fā)并且由此在較長的時(shí)間段上保持低溫溫度。與此相反，這種浴冷的系統(tǒng)在調(diào)試過程中需要較大的人工支出和較高的成本，因?yàn)闉榱死鋮s和填充使用大量(高達(dá)幾千升)液態(tài)的氦和氮，所述液態(tài)的氦和氮在失超的情況下必須重新再填充。因此，浴冷系統(tǒng)不能自給自足地運(yùn)行。

6、使用主動冷卻系統(tǒng)特別是降低了昂貴的液氦的消耗，提高了nmr設(shè)備的可用性，并且還可以有助于減小結(jié)構(gòu)尺寸。主動冷卻系統(tǒng)可以構(gòu)造成單級的或者也可以構(gòu)造成多級的。在多級系統(tǒng)中，較熱的冷卻級多數(shù)冷卻熱輻射防護(hù)罩，而較冷的冷卻級冷卻要冷卻的目標(biāo)物。

7、us?8?729?894?b2(＝參考文獻(xiàn)[2])公開了一種用于mri的磁體系統(tǒng)，所述磁體系統(tǒng)包括在其中帶有液態(tài)制冷劑的容器以及在所述容器內(nèi)部的超導(dǎo)磁體，所述容器配置成，使得所述容器可取下地與真空泵連接，所述真空泵又配置成，使得所述真空泵從容器中泵出制冷劑，以便在超導(dǎo)磁體啟動期間將所述容器內(nèi)的壓力水平降低到泵低的壓力水平，并在正常磁體運(yùn)行期間將壓力水平從泵低的壓力水平提高到正常運(yùn)行壓力水平，以提高壓力水平。參考文獻(xiàn)[2]還記載了一種用于給磁體充電的方法，在所謂的漸升(ramping)期間可以將帶有磁體的容器排空。將冷頭設(shè)置在頸管中，而不影響容器中的真空。但低溫恒溫器含有液氦。對于本發(fā)明，參考文獻(xiàn)[2]形成相差較大的現(xiàn)有技術(shù)，因?yàn)樵搮⒖嘉墨I(xiàn)是“濕式冷卻的”線圈系統(tǒng)，在這種線圈系統(tǒng)中不能實(shí)現(xiàn)自給自足的運(yùn)行。

8、us2005/0111159?a1(＝參考文獻(xiàn)[3])記載了一種mri設(shè)備，這種mri設(shè)備具有超導(dǎo)的如在參考文獻(xiàn)[2]中那樣同樣氦浴冷的磁體，包括用于自動向磁體施加電流的技術(shù)，基于目標(biāo)參數(shù)(磁場強(qiáng)度、電流強(qiáng)度或磁體溫度)的預(yù)定值對“斜坡式漸升”的自動控制。所謂的“自動漸升(autoramp)控制器”在考察測量的參數(shù)、尤其是溫度的情況下控制充電。在這種情況下，參考文獻(xiàn)[3]公開了一種用于自動開始運(yùn)行超導(dǎo)磁體的方法。這里，應(yīng)測量限制性參數(shù)的運(yùn)行值，并將其與所述限制性參數(shù)的設(shè)定值相比較，以控制電流供應(yīng)。在啟動期間，可以根據(jù)磁體電流和磁體溫度以每分鐘安培數(shù)來控制啟動速率。自動漸升控制器可以逐步增加電流，直到達(dá)到確定的磁體電流。同時(shí)，應(yīng)防止磁體溫度超過預(yù)定值。

9、但在參考文獻(xiàn)[3]中沒有記載如何可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。尤其是在參考文獻(xiàn)[3]中沒有公開具體的充電算法，如對于沒有存放在冷卻浴中的非常敏感的超導(dǎo)體進(jìn)行充電必要的算法，并且通過所述算法確保導(dǎo)出在充電期間產(chǎn)生的滯后熱量。僅非?；\統(tǒng)地記載了，一種控制單元對啟動進(jìn)行監(jiān)控，其方式是，測量不同的參數(shù)(t和i)。沒有設(shè)定在磁體溫度過高時(shí)使充電中斷。所述自動漸升(autoramp)控制器將充電過程主要分為兩個(gè)階段，即第一快速充電階段和較慢的第二充電階段，在第二充電階段中，線圈上已經(jīng)有電流，并且由此很有可能發(fā)生失超。

10、由de?10?201?4?218?773b4(＝參考文獻(xiàn)[4])中已知，在低溫恒溫器中，在頸管內(nèi)側(cè)和冷頭的冷卻臂之間的空腔容積用氣體、例如氦填充。在正常運(yùn)行時(shí)，冷卻臂的最下面的冷卻級處于要冷卻的目標(biāo)物附近；例如，通過要冷卻的目標(biāo)物和最下面的冷卻級與空腔容積中的少量液氦的接觸來建立緊密的熱耦合。在冷卻失效時(shí)，由于升溫，空腔容積中的氣體壓力升高；空腔容積中可能的液氦會蒸發(fā)?？梢苿拥刂С械睦漕^通過空腔容積中升高的氣體壓力而沿遠(yuǎn)離要冷卻的目標(biāo)物的方向運(yùn)動，由此冷卻臂和要冷卻的目標(biāo)物的熱耦合減弱。利用這種低溫恒溫器，在主動冷卻失效時(shí)，可以通過冷卻臂來降低熱負(fù)荷，但由于冷頭可移動的懸掛，結(jié)構(gòu)上的花費(fèi)較大。此外，由于空腔容積中的高氣體壓力，仍存在明顯的熱耦合。

11、de?10?201?5?215?919b4(＝參考文獻(xiàn)[5])記載了一種用于對如例如參考文獻(xiàn)[4]中示出的具有熱管的低溫恒溫器進(jìn)行預(yù)冷的方法和設(shè)備。在預(yù)冷階段期間，將要冷卻的目標(biāo)物預(yù)冷到低溫工作介質(zhì)的工作范圍的目標(biāo)溫度，熱管可以在這個(gè)工作范圍內(nèi)有效地工作，這里，為了預(yù)冷，將導(dǎo)熱良好、配合精確的短路塊通過頸管插入熱管，所述短路塊的自由端與高功率的冷卻裝置熱連接，所述短路塊的另一個(gè)端部與熱接觸面接觸。在達(dá)到目標(biāo)溫度之后，在中間階段中，將短路塊從熱管中移除，并且接下來在運(yùn)行階段，以冷凝運(yùn)行通過熱管傳遞熱量。由此，將低溫恒溫器預(yù)冷卻到其運(yùn)行溫度所需的時(shí)間可以顯著縮短，以便顯著縮短啟動(inbetriebnahme)的持續(xù)時(shí)間。

12、us2021/0080527?a1(＝參考文獻(xiàn)[6])記載了一種磁共振斷層掃描儀，所述磁共振斷層掃描儀具有支承在無氦低溫恒溫器中的超導(dǎo)磁體。所述磁體通過熱管冷卻，所述熱管利用氦運(yùn)行并且與冷頭連接。磁體系統(tǒng)還包括一個(gè)所謂的智能監(jiān)控系統(tǒng)，所述監(jiān)控系統(tǒng)確保實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，這里，尤其是監(jiān)控溫度(利用t傳感器)和外部的供電裝置。運(yùn)行控制系統(tǒng)可以采取相應(yīng)的措施，這些措施包括，操控?zé)醾鲗?dǎo)組件以及操控超導(dǎo)的供電裝置，以便實(shí)施磁體勵(lì)磁和退磁。在該文件中沒有公開自主充電。

13、前面已經(jīng)引用的參考文獻(xiàn)[1]記載了一種低溫恒溫器裝置，所述低溫恒溫器裝置具有真空容器和設(shè)置在真空容器中的冷卻目標(biāo)物，所述真空容器具有通向冷卻目標(biāo)物的頸管，冷頭的冷卻臂設(shè)置在頸管中，圍繞所述冷卻臂構(gòu)成封閉的空腔，所述頸管相對于冷卻目標(biāo)物流體密封地密封并且在正常運(yùn)行中用低溫流體填充。所述頸管中的制冷劑可以為了實(shí)現(xiàn)冷卻在真空下蒸發(fā)，并且尤其是在冷卻功能失效時(shí)可以被泵出，以便使冷頭與真空容器熱解耦。這種低溫恒溫器可用于實(shí)施具有前面限定的特征組合的一般性方法。但在參考文獻(xiàn)[1]中，甚至沒有隱含地提及、更沒有明確記載用電流給電磁線圈充電。

14、但在所有在這種情況下已知的用于給在mr測量運(yùn)行中的干式、即沒有被低溫介質(zhì)包圍的超導(dǎo)mr電磁線圈系統(tǒng)電流充電的相關(guān)方法中，缺點(diǎn)是這樣的情況，即，目前為止，始終并且絕對必要地需要專業(yè)技術(shù)人員。

15、在電磁線圈充電的這個(gè)原則上總是在系統(tǒng)在用戶處首次安裝之后必須經(jīng)歷的、但也在超導(dǎo)磁體例如在失超中暫時(shí)升溫之后每次都必須經(jīng)歷的運(yùn)行階段中，mr設(shè)備完全自主的運(yùn)行目前為止在沒有高費(fèi)用和經(jīng)過專門培訓(xùn)的服務(wù)技術(shù)人員參與的情況下無論如何都是不可能的。

16、就是說，現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的做法總是包括并且僅包括由維護(hù)人員手動對mr電磁線圈系統(tǒng)充電。由維護(hù)技術(shù)人員在電源上手動設(shè)置和準(zhǔn)備用于磁體的充電計(jì)劃。這里，對有時(shí)復(fù)雜的充電計(jì)劃出現(xiàn)誤操作時(shí)，可能會發(fā)生故障。

17、此外，這種充電過程也要求消耗很多時(shí)間，并且可能持續(xù)數(shù)天。此時(shí)，這也相應(yīng)地占用現(xiàn)場所需技術(shù)人員的工作時(shí)間，因?yàn)槌鲇诎踩?，目前為止，手動充電只在白天進(jìn)行。在充電期間的疏忽會導(dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)誤，如例如提高的線圈溫度或hts耦合溫度。這種錯(cuò)誤可能導(dǎo)致失超或者甚至hts電流棒的損壞。

18、在本發(fā)明的申請日仍是保密的并且在該日期之前尚未公布的、由申請人于2021年6月22日向德國專利商標(biāo)局提交的de?10?202?1?206392.6(＝參考文獻(xiàn)[0])中記載了一種自主的方法，用于在客戶處自主地將基于低溫恒溫器的尤其是用于mri的nmr設(shè)備冷卻到可以給磁體充電、必要時(shí)重新充電的溫度。這種自動冷卻方法的該發(fā)明本身已經(jīng)使得不必為此目的由專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)工作。然而，在參考文獻(xiàn)[0]中甚至沒有隱含地公開用于自動地并且也在不需要維護(hù)人員主動協(xié)助的情況下同樣自主地給mr電磁線圈系統(tǒng)充電的在細(xì)節(jié)上非常復(fù)雜的充電程序。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、與此相對，本發(fā)明的在細(xì)節(jié)上看首先要求較高并且復(fù)雜的目的是，改進(jìn)前面所述類型的用于運(yùn)行mr設(shè)備的方法和改進(jìn)用于利用簡單的、容易獲得的或通常根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)存在于用戶處的技術(shù)手段來實(shí)施所述方法的設(shè)備，所述mr設(shè)備具有“干式”的設(shè)置在真空容器中的、在mr測量運(yùn)行中沒有制冷劑的超導(dǎo)mr電磁線圈系統(tǒng)以及具有用于冷卻所述系統(tǒng)的低溫恒溫器，所述改進(jìn)使得可以實(shí)現(xiàn)多數(shù)情況下自主的并且在確定的過程參數(shù)方面還能有針對性優(yōu)化的、在(“通過按壓按鈕”)啟動后完全自動進(jìn)行的用電流對超導(dǎo)的mr電磁線圈系統(tǒng)的充電，此時(shí)，這應(yīng)以最簡單的方式并且在不需要外來或昂貴的附加組件的情況下實(shí)現(xiàn)。尤其是應(yīng)降低由于充電過程帶來的熱負(fù)荷并應(yīng)提高防止超導(dǎo)體失超的安全性。

2、在用于自主給超導(dǎo)mr電磁線圈系統(tǒng)充電的運(yùn)行方法方面，通過本發(fā)明，以出人意料地簡單并且有效的方式通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)所述目的：

3、(a1)啟動超導(dǎo)的mr電磁線圈系統(tǒng)的冷卻過程；

4、(a2)啟動用于超導(dǎo)的mr電磁線圈系統(tǒng)的自動電流充電程序；

5、(b1)測量mr電磁線圈系統(tǒng)上的當(dāng)前溫度tcoil，并將tcoil與能預(yù)先規(guī)定的第一溫度設(shè)定值t1ramp相比較，從所述第一溫度設(shè)定值起mr電磁線圈系統(tǒng)是超導(dǎo)的并且應(yīng)充電，其中t1ramp通常小于在從正常傳導(dǎo)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)的臨界轉(zhuǎn)變溫度tc；

6、(b2)如果tcoil≤t1ramp：將充電電流供應(yīng)到mr電磁線圈系統(tǒng)中，并且用電流給mr電磁線圈系統(tǒng)充電；

7、(c)測量當(dāng)前在mr電磁線圈系統(tǒng)中流動的電流icoil，并將icoil與能預(yù)先規(guī)定的第一電流設(shè)定值i1target相比較，mr電磁線圈系統(tǒng)在第一電流設(shè)定值下產(chǎn)生希望的磁場強(qiáng)度；

8、(d)重復(fù)步驟(b1)、(b2)和(c)，直到icoil＝i1target；

9、(e)關(guān)閉向mr電磁線圈系統(tǒng)(12)中的電流供應(yīng)并停止自動電流充電程序。

10、根據(jù)本發(fā)明的用于在無氦的低溫恒溫器中給超導(dǎo)磁體充電的自動化的方法在預(yù)先規(guī)定的充電電壓下和在嚴(yán)格的利用傳感器但自動進(jìn)行的觀察下包括上面定義的步驟，其方式是，運(yùn)行精確的計(jì)算機(jī)程序。這個(gè)過程在由技術(shù)人員充電時(shí)可能是明顯更為多變的、不精確的和容易出錯(cuò)的。由此在任意時(shí)間都提高了設(shè)備的運(yùn)行安全性。通過錯(cuò)誤報(bào)告來監(jiān)控這個(gè)系統(tǒng)，并且所述錯(cuò)誤報(bào)告可以例如作為電子郵件發(fā)送給遠(yuǎn)程駐扎的并且也不必持續(xù)活躍的監(jiān)控人員(如“注意，氣瓶充量將耗盡”等)。有利的結(jié)果是，明顯節(jié)省維護(hù)人員和更少的設(shè)備停機(jī)時(shí)間。

11、此外，還可以實(shí)施較為復(fù)雜的充電過程，這可能完全無法手動進(jìn)行或者只能非常繁瑣地手動進(jìn)行，如例如要為期多個(gè)晝夜地進(jìn)行冷卻和充電。由此，高價(jià)值的磁體系統(tǒng)和昂貴的nmr設(shè)備通常必須能承受明顯更少的停機(jī)時(shí)間。通過完全監(jiān)控地和自動化地進(jìn)行充電，磁體在其載流能力方面也可以更好地被利用。由此，磁體可以設(shè)計(jì)得更為緊湊和更輕，并且在制造上更為經(jīng)濟(jì)。

12、控制單元在考慮到不同的測量值和參數(shù)的情況下通過算法來控制不同的組件。所述控制單元還包括例如fpga上的自動電流充電程序，為了進(jìn)行充電過程而調(diào)用所述電流充電程序。

13、一個(gè)重要的下級方面是“按鈕”原理，根據(jù)這個(gè)原理，可以簡單地通過按壓按鈕給磁體充電。

14、但本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)甚至可以是，提供一種完全自給自足的磁體系統(tǒng)，所述磁體系統(tǒng)通過按壓按鈕自動地和獨(dú)立地冷卻到足夠低的低溫溫度，以及接下來通過自主地給mr電磁線圈系統(tǒng)充電產(chǎn)生具有希望的磁場強(qiáng)度的nmr磁場，而對于這個(gè)完整的復(fù)雜的過程監(jiān)控人員和操作技術(shù)人員不是必須在場。

15、現(xiàn)在，通過將本發(fā)明的特征組合與在參考文獻(xiàn)[0]中公開的處理方法相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)使超導(dǎo)電磁線圈自動冷卻和充電的目標(biāo)。

16、因此得到一種新型的運(yùn)行方法，所述運(yùn)行方法借助于簡單的控制單元幾乎隨著按壓按鈕就自主地冷卻超導(dǎo)磁體系統(tǒng)并且還從適當(dāng)?shù)牡蜏販囟绕鹱詣拥赜秒娏鹘o所述電磁線圈充電。

17、該系統(tǒng)可以相應(yīng)地對外部干擾作出反應(yīng)，在必要時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤報(bào)告，并將其發(fā)送給不必部署在現(xiàn)場的監(jiān)控中心。所述電磁線圈系統(tǒng)以這樣的方式基本上是自給自足和自主的，并且不僅能夠在沒有技術(shù)人員的進(jìn)一步參與的情況下自動運(yùn)行，而且可以甚至由最終客戶自己靈活和簡單地調(diào)整到運(yùn)行溫度和磁場。

18、結(jié)果是尤其是在mr設(shè)備的運(yùn)營商處專業(yè)人員的使用方面在維護(hù)中實(shí)現(xiàn)了明顯的節(jié)省，并且實(shí)現(xiàn)了設(shè)備更少的停機(jī)時(shí)間。整個(gè)系統(tǒng)總體上變得更緊湊、更輕、并且在每個(gè)方面都更為經(jīng)濟(jì)。

19、用于實(shí)施上面說明的根據(jù)發(fā)明方法的mr設(shè)備配備有設(shè)置在真空容器中的、在mr測量運(yùn)行中干式的、即無制冷劑的超導(dǎo)mr磁體系統(tǒng)，以及配備有用于冷卻mr磁體系統(tǒng)的低溫恒溫器，所述低溫恒溫器包括頸管，所述頸管穿過真空容器的外殼引向mr磁體系統(tǒng)，其中，冷頭的冷卻臂至少部分地設(shè)置在頸管中，圍繞所述冷卻臂構(gòu)成封閉的空腔，所述空腔相對于要冷卻的mr磁體系統(tǒng)流體密封地密封，并且在mr設(shè)備的正常運(yùn)行中至少部分地用低溫流體填充。

20、對于這種mr裝置，利用實(shí)體的特征組合這樣來實(shí)現(xiàn)同樣是自主冷卻和充電的這個(gè)范圍更大的發(fā)明目的，即，在真空容器的外部設(shè)置真空泵以及在從真空泵引入真空容器中的真空管道中設(shè)置第一截止閥，存在用于測量mr電磁線圈系統(tǒng)上的當(dāng)前溫度tcoil的溫度傳感器以及用于測量在真空容器中的當(dāng)前壓力pist的第一壓力傳感器，并且控制單元配置成用于檢測mr電磁線圈系統(tǒng)上的當(dāng)前溫度tcoil并將其與預(yù)先規(guī)定的溫度設(shè)定值相比較、用于檢測真空容器中的當(dāng)前壓力pist并將其與預(yù)先規(guī)定的壓力設(shè)定值相比較以及用于操控第一截止閥、真空泵、冷頭和充電電源。

21、與參考文獻(xiàn)[0]中公開的冷卻方法相結(jié)合，適于實(shí)施上面說明的根據(jù)本發(fā)明的充電方法的低溫恒溫器由此有助于實(shí)現(xiàn)所述擴(kuò)展的發(fā)明目的，即，設(shè)有流體管道，所述流體管道在一端通入圍繞冷頭的冷卻臂的空腔，在另一端在頸管外部通入用低溫流體填充的壓力容器，并且存在用于測量所述空腔中的當(dāng)前壓力phr的第二壓力傳感器。

22、最后，用于實(shí)施這種新型方法的設(shè)備需要電子控制單元，所述控制單元配置成用于檢測mr電體電磁線圈系統(tǒng)上的當(dāng)前溫度tcoil并將其與預(yù)先規(guī)定的溫度設(shè)定值相比較以及用于檢測真空容器中的當(dāng)前壓力pist并將其與預(yù)先規(guī)定的壓力設(shè)定值相比較，并且所述控制單元在考慮到不同的測量值和參數(shù)的情況下通過算法來控制不同的組件?？刂茊卧獙τ谧灾骼鋮s的功能性是重要的，因?yàn)檫@需要連續(xù)地檢測溫度和壓力值，并根據(jù)現(xiàn)有的測量值借助于為此設(shè)置的算法對真空泵和冷卻進(jìn)行合理的操控。

23、所述控制單元有助于這樣來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，即，所述控制單元具有測量單元，用于測量mr電磁線圈系統(tǒng)上的當(dāng)前溫度tcoil的溫度傳感器以及用于測量真空容器中的當(dāng)前壓力pist的壓力傳感器連接到所述測量單元上。所述測量單元優(yōu)選還包括溫度傳感器，以用于測量在低溫恒溫器的輻射防護(hù)罩上的當(dāng)前溫度tshield。此外，所述控制單元還包括用于打開和關(guān)閉第一截止閥、用于激活和停用真空泵以及用于激活和停用冷頭的操控單元，并且包括處理器單元，所述處理器單元作為測量單元和操控單元之間的接口設(shè)置成用于將檢測到的傳感器參數(shù)與設(shè)定參數(shù)相比較和用于處理用于操控冷頭、真空泵、截止閥和充電電源的數(shù)據(jù)。

24、根據(jù)本發(fā)明的自主冷卻和充電方法的特殊優(yōu)點(diǎn)：

25、1.在具有超導(dǎo)電磁線圈系統(tǒng)的mr設(shè)備首次啟動運(yùn)行時(shí)自動的冷卻和充電過程

26、2.在冷卻裝置失效之后或由于失超電磁線圈系統(tǒng)發(fā)生過熱之后自動的冷卻和充電過程(＝“自動冷卻”)

27、3.持續(xù)的溫度和壓力測量使得可以：

28、a)自動檢查mr電磁線圈系統(tǒng)上的當(dāng)前溫度tcoil和輻射防護(hù)罩上的tshield；

29、b)自動檢查真空容器中的當(dāng)前壓力pist。

30、本發(fā)明的變型、優(yōu)選的實(shí)施形式和改進(jìn)方案

31、根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選變型具有非常特別的優(yōu)點(diǎn)，在這個(gè)變型中，在步驟(d)和步驟(e)之間執(zhí)行以下中間步驟：

32、(d1)一旦icoil＝i1target：停止超導(dǎo)mr電磁線圈系統(tǒng)的冷卻過程(由此電磁線圈系統(tǒng)緩慢升溫)；

33、(d2)測量mr電磁線圈系統(tǒng)上的當(dāng)前溫度tcoil，并將tcoil與能預(yù)先規(guī)定的第二溫度設(shè)定值t2tov<tc相比較，在所述第二溫度設(shè)定值下，mr電磁線圈系統(tǒng)的超導(dǎo)載流能力降低到能預(yù)先規(guī)定的較低值，而電磁線圈系統(tǒng)中的超導(dǎo)電性不會完全崩潰；

34、(d3)一旦tcoil＝t2tov：重新啟動超導(dǎo)的mr電磁線圈系統(tǒng)的冷卻過程。

35、在這種狀態(tài)下，將壓縮機(jī)關(guān)閉并對其進(jìn)行維護(hù)，直到線圈溫度tcoil達(dá)到設(shè)定的溫度限制值t2tov，即熱過沖(＝“thermal?overshoot”)的溫度。根據(jù)具體的磁體系統(tǒng)，這會持續(xù)長達(dá)一小時(shí)。一旦達(dá)到t2tov，再次激活壓縮機(jī)，并等待固定的時(shí)間、例如約20秒，以便給壓縮機(jī)用于啟動的時(shí)間。此后，切換到運(yùn)行狀態(tài)，在所述運(yùn)行狀態(tài)下，激活冷卻系統(tǒng)，使得可以使來自頸管的可能已蒸發(fā)的氦再液化。在傳感器故障時(shí)也發(fā)生這種情況。如果磁體在這種狀態(tài)下可能發(fā)生失超，則溫度tcoil上升到臨界值以上并且必須重新啟動充電過程，其方式是在低溫恒溫器中使線圈溫度重新到達(dá)tcoil≤t1ramp。

36、通過熱過沖，超導(dǎo)絲線中的電流分布發(fā)生均勻分布和優(yōu)化。由此，在明顯更快的時(shí)間內(nèi)達(dá)到漂移規(guī)范。mr特定的測量由此可以直接在熱過沖之后開始。對于沒有熱過沖的傳統(tǒng)磁體系統(tǒng)，這可能持續(xù)一天到幾周。

37、熱過沖優(yōu)選是自動充電過程的組成部分并縮短了達(dá)到“漂移規(guī)范”的時(shí)間，就是說，以這樣的程度穩(wěn)定超導(dǎo)線圈中的電流，使得磁場不再變化或僅還略微地變化。就是說，最終在每次充電過程之后都發(fā)生熱過沖。所述熱過沖用于，通過溫度升高迫使在超導(dǎo)絲線中實(shí)現(xiàn)更快速、均勻的電流分布，由此使磁體更快地達(dá)到其漂移規(guī)范(在絲線中不再發(fā)生再耦合)。

38、在傳統(tǒng)的浴冷磁體系統(tǒng)中，通過略微地過度充電到設(shè)定電流強(qiáng)度之上并且接下來再回落到所述設(shè)定電流強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)過沖。出人意料的是，在不改變線圈中電流強(qiáng)度的情況下，單純的熱過沖具有相同的效果，即短時(shí)間地達(dá)到漂移規(guī)范。

39、同樣出人意料的是，急劇地縮短這個(gè)時(shí)間，從而在熱過沖消退之后，7t磁體在一天之后已經(jīng)處于規(guī)范(的規(guī)定范圍)之內(nèi)。這里，在沒有熱過沖的情況下，這大約持續(xù)四天。

40、對于9t磁體，由于高細(xì)絲導(dǎo)線(hochfilament-draht)，這持續(xù)略長的時(shí)間，并且熱過沖也延長，因?yàn)楦l繁并且因此更長時(shí)間地停留在升高的溫度范圍中。在熱過沖消退之后在約2-3天后，磁體應(yīng)處于規(guī)范之內(nèi)。這里，在沒有熱過沖情況下，這持續(xù)高達(dá)一周或更長。

41、對于浴冷磁體，熱過沖持續(xù)很長時(shí)間，因?yàn)楸仨毤訜崛苛康暮ぁ＿@只能有限的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

42、根據(jù)本發(fā)明方法的以下變型也可能是有利的，在這些變型中，在達(dá)到判據(jù)tcoil＝t2tov之后多次重復(fù)步驟(d1)至(d3)。多次重復(fù)會加速上述過程。這附加地縮短了直到達(dá)到漂移規(guī)范的時(shí)間。隨著每次熱過沖，都可以附加地縮短這種消退行為，并且根據(jù)具體磁體系統(tǒng)在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)達(dá)到常見的漂移值。

43、在根據(jù)本發(fā)明方法的其他重要變型中，如果在步驟(b2)中tcoil>t1ramp，則中斷用電流對mr電磁線圈系統(tǒng)12的充電，并繼續(xù)進(jìn)行冷卻過程，直到tcoil≤t1ramp；此后以步驟(b1)恢復(fù)進(jìn)行。

44、通過“停駐”降低了充電過程的熱負(fù)荷。由此再次提高了相對于tc的溫度裕度。

45、充電過程的停止/中斷在正常情況下是一種暫態(tài)，并且用于實(shí)現(xiàn)防止超導(dǎo)體失超的安全性，因?yàn)樵诔潆娺^程中產(chǎn)生熱量，這些熱量可能不能足夠快地導(dǎo)出。

46、在中斷時(shí)，首先將目標(biāo)電流置于當(dāng)前測得的電流以及將電壓置于0v，也將主加熱器和屏蔽加熱器停用，從而使磁體短路。此后記錄當(dāng)前電流，并將主電流置于0a，并由此將主電流從電纜中排出。一旦電流處于0a，只有冷卻保持有效。

47、根據(jù)本發(fā)明方法的一類實(shí)施形式也是特別優(yōu)選的，這些實(shí)施形式的特征在于，圍繞所述冷卻臂形成封閉的空腔，所述空腔相對于要冷卻的mr電磁線圈系統(tǒng)流體密封地密封并且在mr設(shè)備的正常運(yùn)行中至少部分地用液氦填充，所述頸管通過第一閥v1與氦供應(yīng)裝置連接，一方面通過所述氦供應(yīng)裝置能導(dǎo)入氦氣，以便在冷卻臂處使其液化，并且另一方面，在步驟(c)和(d)期間通過所述氦供應(yīng)裝置將頸管中的氦泵出，所述方法包括以下步驟：

48、(c0')測量當(dāng)前在mr電磁線圈系統(tǒng)(12)中流動的電流icoil，并將icoil與能預(yù)先規(guī)定的第二電流設(shè)定值i2pump<i1target相比較，從所述第二電流設(shè)定值開始應(yīng)將頸管(14)中的氦泵出；和

49、(c0”)一旦icoil≥i2pump：激活設(shè)置在真空容器(11)外部的真空泵，打開從真空泵引入頸管中的泵出管道中的第一截止閥(27)，以便利用真空泵將氦氣從頸管中泵出。

50、通過從頸管中泵出氦，可以在低溫恒溫器中實(shí)現(xiàn)更低的溫度。一方面，這保護(hù)超導(dǎo)體防止在充電時(shí)升溫，并由此加速充電過程本身，因?yàn)橹袛喔佟?/p>

51、由此產(chǎn)生附加的冷卻功率，所述冷卻功率使得能夠達(dá)到比單獨(dú)利用冷頭能實(shí)現(xiàn)的溫度更低的溫度。由此，在特別關(guān)鍵的范圍內(nèi)，在到達(dá)目標(biāo)區(qū)前不久，相對于tc再次顯著提高溫度裕度。這種方法使得能夠可靠地實(shí)現(xiàn)特別關(guān)鍵的、設(shè)計(jì)成接近tc的場強(qiáng)。因此，可以構(gòu)成更小、更緊湊的磁體系統(tǒng)。

52、這些方法變型的以下改進(jìn)方案是有利的，在這些改進(jìn)方案中，通向頸管的供應(yīng)管道通過另一個(gè)閥v3與真空泵連接，并且在步驟(f)中將氦供應(yīng)到頸管中并使其液化

53、由于可泵出的氦體積僅限于小量(例如1.5升)的液氦，只能在確定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行泵送，此后必須重新使氦液化。一旦超過了充電計(jì)劃中限定的泵送時(shí)間，必須對氦進(jìn)行液化。

54、由此，可以將可能在充電時(shí)泵出的氦重新裝填和液化。由此確保了，在冷卻單元失效時(shí)，總是提供完整的氦體積以用于蒸發(fā)。由此，可以將冷卻器失效之后直至發(fā)生失超的時(shí)間延長到幾個(gè)小時(shí)。

55、所述的方法變型也可以備選或補(bǔ)充地這樣來改進(jìn)，即，在需要時(shí)，例如在冷頭失效時(shí)，在步驟(c)和(d)之間的一個(gè)步驟(c0”')中，必要時(shí)在步驟(d1)至(d3)之前，利用真空泵泵出頸管中的液氦，以便冷卻mr電磁線圈系統(tǒng)。

56、由此可以構(gòu)成這樣的磁體系統(tǒng)，所述磁體系統(tǒng)具有低于氦的蒸發(fā)溫度(4.2k)的設(shè)計(jì)溫度。因此，可以構(gòu)成更小、更緊湊的磁體系統(tǒng)。

57、如果冷頭確實(shí)發(fā)生失效，這個(gè)方法步驟用于防止超導(dǎo)體的失超，因?yàn)榇藭r(shí)到升溫至轉(zhuǎn)變溫度的時(shí)間被延長。

58、根據(jù)本發(fā)明的方法的以下實(shí)施形式也是優(yōu)選的，在這些實(shí)施形式中，在步驟(b1)中，附加地測量在輻射防護(hù)罩55上的當(dāng)前溫度tistshield，并且將其與能預(yù)先規(guī)定的溫度設(shè)定值tshield相比較，并且如果tistshield≤tshield，則根據(jù)步驟(b2)供應(yīng)充電電流。

59、由此防止了，hts電流棒在磁體的充電過程中達(dá)到其臨界溫度并燒穿。

60、在充電過程期間，向超導(dǎo)磁體中的電流供應(yīng)通過所謂的電流棒進(jìn)行，所述電流棒包含電的良導(dǎo)體。對于無制冷劑的磁體，使用高溫超導(dǎo)體(＝hts)，因?yàn)槔缗c銅相比，通過高溫超導(dǎo)體使得向低溫恒溫器中的熱輸入較低。hts電流棒通常熱連接在輻射防護(hù)罩上，所述輻射防護(hù)罩應(yīng)處于低于hts導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度的溫度tshield下，由此hts導(dǎo)體在充電過程期間不會失超并由此發(fā)生破壞。因此，監(jiān)控輻射防護(hù)罩溫度是必要的。

61、這些方法變型也還可以這樣來改進(jìn)，即，如果tistshield>tshield，則中斷步驟(b2)中用電流對mr電磁線圈系統(tǒng)的充電，并且繼續(xù)進(jìn)行冷卻過程，直到tistshield≤tshield，此后以步驟(b1)恢復(fù)進(jìn)行所述方法。

62、由此防止了，hts電流棒在磁體充電過程中達(dá)到其臨界溫度并燒穿。當(dāng)輻射防護(hù)罩溫度到達(dá)對于hts導(dǎo)體臨界的范圍中時(shí)，應(yīng)中斷充電，以避免hts失超。通過使充電過程的“停駐(parkieren)”，對hts電流棒進(jìn)行冷卻。

63、如上面已經(jīng)結(jié)合自主冷卻方法說明的那樣，需要特殊的電子控制單元，以用于自動執(zhí)行所述方法流程。這同樣適用于根據(jù)本發(fā)明的自主的充電方法。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法的尤其特別優(yōu)選的一類實(shí)施形式的特征在于，超導(dǎo)mr電磁線圈系統(tǒng)的自主充電過程借助于電子控制單元來自動調(diào)節(jié)，所述控制單元配置成用于檢測mr電磁線圈系統(tǒng)上的當(dāng)前溫度tcoil或檢測輻射防護(hù)罩上的當(dāng)前溫度tistshield并將其與預(yù)先規(guī)定的溫度設(shè)定值相比較、用于檢測當(dāng)前在mr電磁線圈系統(tǒng)中流動的電流icoil并將其與預(yù)先規(guī)定的電流設(shè)定值相比較以及必要時(shí)用于操控閥、充電電源、真空泵和操控冷頭的功能單元。

64、所述電子控制單元在與充電過程相關(guān)聯(lián)的情況下起核心作用，因?yàn)樗隹刂茊卧ㄗ詣与娏鞒潆姵绦颍鲭娏鞒潆姵绦驅(qū)τ诿總€(gè)磁體類別都包括優(yōu)化的充電計(jì)劃，所述充電計(jì)劃確保標(biāo)準(zhǔn)化地和安全地給磁體充電。由此，可以溫度優(yōu)化地如果需要在很長的時(shí)間段內(nèi)安全和可靠地實(shí)施具有暫停和可變的極限值的高度復(fù)雜的自監(jiān)控充電過程。

65、這里，這類的方法變型的以下改進(jìn)方案是有利的，在這些改進(jìn)方案中，所述電子控制單元在考慮不同的測量值和參數(shù)、如例如壓力、溫度、充電電壓、充電電流的情況下借助于算法自主地在操作人員或監(jiān)控人員不在場的情況下也在夜間、尤其是為期幾天地、在時(shí)間上沒有中斷地全自動地調(diào)節(jié)超導(dǎo)的mr電磁線圈系統(tǒng)的自主充電過程。

66、由此，也可以溫度優(yōu)化地如果需要在很長的時(shí)間段內(nèi)安全和可靠地實(shí)施具有暫停和可變的極限值的高度復(fù)雜的自監(jiān)控充電過程。

67、但也可以這樣來改進(jìn)這些改進(jìn)方案，即，在超導(dǎo)mr電磁線圈系統(tǒng)的自主充電過程期間，所述電子控制單元獨(dú)立地識別超導(dǎo)mr電磁線圈系統(tǒng)以及用于冷卻mr電磁線圈系統(tǒng)的低溫恒溫器的臨界狀態(tài)變化和故障，尤其是探測溫度、電流和真空容器中的壓力值，并通過使用能預(yù)先規(guī)定的用于進(jìn)一步調(diào)節(jié)自主充電過程的備選算法和/或通過向操作人員或監(jiān)控人員發(fā)送消息或故障報(bào)告，例如電子郵件消息來對此作出響應(yīng)。

68、以這種方式，如果預(yù)示即將發(fā)生問題或甚至出現(xiàn)磁體失超，可以提早進(jìn)行干預(yù)。例如，在冷卻水故障時(shí)，可以向設(shè)施管理人員發(fā)送電子郵件，或者在防護(hù)罩溫度升高時(shí)，例如可以向磁體維護(hù)部門發(fā)送電子郵件。因此顯著減少了可能的停機(jī)時(shí)間并防止mr測量中斷。

69、備選或補(bǔ)充地，也可以這樣來改進(jìn)所說明的類別的方法變型，即，所述電子控制單元能夠使用一種算法或者能使用多種算法，以用于使超導(dǎo)的mr電磁線圈系統(tǒng)從充電的狀態(tài)自主地放電或部分放電，并且由所述電子控制單元以能預(yù)設(shè)的邊界條件全自動地調(diào)節(jié)這個(gè)放電過程。

70、由此，也可以溫度優(yōu)化地如果需要在很長的時(shí)間段內(nèi)安全和可靠地實(shí)施具有暫停和可變的極限值的高度復(fù)雜的自監(jiān)控充電過程。由此顯著降低了磁體系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)成本。

71、根據(jù)本發(fā)明的方法的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式的特征在于，能預(yù)先規(guī)定的溫度設(shè)定值t1ramp和t2tov以及能預(yù)先規(guī)定的電流設(shè)定值i1target和i2pump選自以下示例性的并且原則可操作的數(shù)值范圍：

72、2k<t1ramp≤5k，優(yōu)選約為4.2k；

73、2k≤t2tov<6k，優(yōu)選約為4.2k；

74、50a<i1target≤500a，優(yōu)選約為250a

75、30a≤i2pump<400a，優(yōu)選約為350a

76、30k≤tshield<77k，優(yōu)選約為65k。

77、其他能預(yù)先規(guī)定的溫度設(shè)定值t1soll、t2soll和t3soll以及能預(yù)先規(guī)定的壓力設(shè)定值p1soll可以選自以下數(shù)值范圍：

78、5k≤t1soll≤20k，優(yōu)選約為8k；

79、3k≤t2soll≤5k，優(yōu)選約為4.2k；

80、250k≤t3soll≤300k，優(yōu)選約為280k

81、10-4mbar≤p1soll≤10-1mbar，優(yōu)選約為10-3mbar。

82、當(dāng)mr線圈系統(tǒng)包含lts導(dǎo)體(低溫超導(dǎo)體)時(shí)，使用這些值，所述低溫超導(dǎo)體通常在液氦溫度下、即低于4.2k時(shí)運(yùn)行。因此，頸管中的低溫流體是氦。

83、t1soll相當(dāng)于以下溫度，從這個(gè)溫度起，必須在真空容器中重新建立真空。

84、t2soll相當(dāng)于在使用lts導(dǎo)體的情況下mr電磁線圈系統(tǒng)的運(yùn)行溫度。

85、t3soll相當(dāng)于完全加熱的電磁線圈系統(tǒng)的溫度。

86、p1soll是真空室中的最低真空度，從所述最低真空度起可以認(rèn)定，僅還存在少量的殘余氣體并且因此可以開始進(jìn)行冷卻。

87、上面已經(jīng)說明的用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的磁共振(＝“mr”)設(shè)備也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。在有利的實(shí)施形式中所述設(shè)備可以設(shè)計(jì)成，使得真空泵構(gòu)造成至少兩級的，并且具有渦輪分子泵和用于所述渦輪分子泵的前級泵、優(yōu)選是膜片式泵。這兩個(gè)泵優(yōu)選串聯(lián)連接。通常，只有這種兩級泵才能達(dá)到足夠的高真空。

88、此外，可以這樣來改進(jìn)同樣已經(jīng)在上面說明的并且對于根據(jù)本發(fā)明的mr設(shè)備必要的用于冷卻mr電磁線圈系統(tǒng)的低溫恒溫器，即，流體管道的與所述空腔連接的端部經(jīng)由第二截止閥通入第一截止閥和渦輪分子泵之間的真空管道的區(qū)域中，并且流體管道的與壓力容器連接的端部經(jīng)由第三截止閥通入渦輪分子泵和其前級泵之間的真空管道的區(qū)域中。這些分開的閥使得，氦供應(yīng)裝置與真空泵分開地設(shè)置，由此當(dāng)在頸管處泵送時(shí)氦供應(yīng)器不會被泵空。

89、用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的控制單元、如也已經(jīng)在上面說明的控制單元也落入本發(fā)明的范圍。

90、根據(jù)本發(fā)明的控制單元的一類實(shí)施形式是特別優(yōu)選的，這些實(shí)施形式的特征在于，用于測量圍繞冷頭的冷卻臂的空腔中的當(dāng)前壓力phr的第二壓力傳感器連接到測量單元上，并且所述操控單元配置用于打開和關(guān)閉第二截止閥和第三截止閥。

91、如果電磁線圈系統(tǒng)仍然是熱的，對phr的測量用于監(jiān)控在利用he初始沖洗頸管時(shí)的壓力。此時(shí)，交替地利用真空泵、在使用兩級泵時(shí)優(yōu)選利用膜片式泵經(jīng)由v2排空頸管和經(jīng)由v1用氦填充頸管，從而在冷卻之前在頸管中存在盡可能少的雜質(zhì)氣體。

92、對phr的測量還用于，在完成冷卻之后監(jiān)控，壓力容器中是否存在足夠的氦，以便監(jiān)控用氦對頸管的填充。這還用于，在運(yùn)行期間檢查氦壓力容器上的壓力表設(shè)置，以便使得在供應(yīng)管道上不出現(xiàn)過壓或負(fù)壓。

93、在實(shí)踐中，這些實(shí)施形式的以下改進(jìn)方案得到驗(yàn)證，在這些改進(jìn)方案中，存在從頸管到真空泵的連接結(jié)構(gòu)，所述控制單元調(diào)節(jié)對閥v2到真空泵的控制。一方面，真空泵用于，在低溫恒溫器強(qiáng)烈升溫時(shí)，在冷卻開始之前，首先從頸管中完全清除雜質(zhì)氣體。這可以防止雜質(zhì)結(jié)冰，這可能影響冷頭的功能。另一方面，此時(shí)真空泵可以合理地在冷的狀態(tài)下使用，以便在冷頭失效時(shí)通過泵出所存在的氦來延遲低溫恒溫器的升溫。控制單元根據(jù)測得的參數(shù)調(diào)節(jié)對v2和真空泵的操控。

94、備選或補(bǔ)充地，另外的改進(jìn)方案的特征在于，存在從氦供應(yīng)裝置到頸管的連接結(jié)構(gòu)，并且所述控制裝置調(diào)節(jié)通過閥對he供應(yīng)裝置的控制。以這種方式，在斷電或斷水之后，可以有控制地使氦液化，以便在頸管中重新填充小的存量。由此確保了，在頸部中始終有足夠的液氦，以便在冷卻器失效時(shí)可以堅(jiān)持幾個(gè)小時(shí)而不發(fā)生失超。

95、完全特別優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的方法變型和設(shè)備在磁共振領(lǐng)域中的應(yīng)用，尤其是在nmr光譜儀中和在mri設(shè)備中的應(yīng)用。

96、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)由說明書和附圖得出。同樣，根據(jù)本發(fā)明，上面提到的和還要進(jìn)一步說明的特征可以分別本身單獨(dú)地或者以多個(gè)任意組合地使用。所示和所說明的實(shí)施形式不應(yīng)理解為窮盡的列舉，而是更多地具有用于描述本發(fā)明的示例性特點(diǎn)。