一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磁體勻場領(lǐng)域，特別是涉及一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行 勻場的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 霍爾巴赫磁體由于其小型化和便捷性，自上世紀(jì)八十年代被提出以來，受到各界 廣泛的關(guān)注，在NMR、磁懸浮和永磁電機等方面都有所發(fā)展，尤其在NMR的應(yīng)用中，霍爾巴赫 型磁體能夠產(chǎn)生單一橫向的均勻場，且由于其閉合磁路，漏磁場小，能夠利用較少的磁材產(chǎn) 生較大的磁場強度。
[0003] 相關(guān)研究已有在環(huán)形圓柱空腔中產(chǎn)生4T的橫向強磁場，我國研究人員也制造出 了 2. 6T的霍爾巴赫磁體，故其在小型化NMR應(yīng)用潛力巨大，但均勻度低是制約霍爾巴赫 磁體應(yīng)用于NMR中的主要問題。研究人員試圖通過優(yōu)化磁體設(shè)計以及利用鐵片進行無源勻 場等方式提高其磁體均勻度，但仍很難達到NMR儀器對磁場均勻度的要求，因此利用附加 有源勾場線圈，提高磁場均勾性十分必要。
[0004] 傳統(tǒng)的勻場線圈設(shè)計主要針對永磁體或者超導(dǎo)磁體等傳統(tǒng)磁體，而霍爾巴赫磁體 與傳統(tǒng)磁體都存在不同。首先，它是一種圓柱型結(jié)構(gòu)，與超導(dǎo)磁體類似，其次它的主磁場方 向沿橫向方向，與傳統(tǒng)磁體都不同，這里我們將之定義為y方向電磁場By，故霍爾巴赫磁體 勻場線圈的設(shè)計與傳統(tǒng)的線圈設(shè)計方法都存在差異，傳統(tǒng)的設(shè)計算法不再適用，我們需要 針對磁體的結(jié)構(gòu)和主磁場方向進行特別考慮。
[0005] 目前已有的霍爾巴赫勻場線圈設(shè)計方法包括：利用分離導(dǎo)線法（趙微等，電工技 術(shù)學(xué)報，2010-6-13)，基于鞍形線圈結(jié)構(gòu)，根據(jù)磁場在笛卡爾坐標(biāo)系中的對稱性設(shè)計了各階 勾場線圈；LiuWentao等（WentaoL,etal,ApplMagnReson(2012)，101~112)根據(jù)流 函數(shù)法給出了霍爾巴赫勻場線圈的設(shè)計方案，將電流源理想化成流函數(shù)元，利用流函數(shù)與 目標(biāo)場的關(guān)系對源點進行優(yōu)化。專利（【申請?zhí)枴?01410629525. 1)給出了一種利用諧波磁場 分布與電流密度函數(shù)之間的關(guān)系，針對各階次諧波磁場分布設(shè)計勻場線圈的方法。上述方 法都是針對帶勻場磁場分布中各階次諧波場分布分別進行勻場線圈設(shè)計然后疊加使用，而 對于霍爾巴赫磁體來說，內(nèi)部空間有限，多組勻場線圈會使得射頻線圈和樣品空間被擠占。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻 場的方法，高效調(diào)節(jié)磁場均勻度，縮小勻場線圈所占的空間。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種利用元線圈陣列 對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法，包括以下步驟： 利用一組元線圈進行陣列分布，針對霍爾巴赫磁體的磁場分布進行勻場，分別根據(jù)霍 爾巴赫磁體的結(jié)構(gòu)，進行元線圈在圓柱形曲面軸向等間隔、角向等間隔和等角度的均勻分 布，或者在霍爾巴赫磁體局部勻場時進行貼合勻場曲面的非均勻分布； 為每一個元線圈匹配獨立的驅(qū)動電路，供電電流彼此獨立，或者把元線圈分為多組，每 組元線圈施加相同的驅(qū)動電流； 根據(jù)所需產(chǎn)生的非均勻磁場強度分布，利用模擬退火優(yōu)化算法或者Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法計算各元線圈中電流分布方向及大??； 對于模擬退火優(yōu)化算法或者Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法計算出的電流函數(shù)值，通 過外部電路控制驅(qū)動元線圈工作，利用疊加磁場抵消主磁場的不均勻度，得到目標(biāo)磁場。
[0008] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述元線圈為圓形、馬鞍形或者多邊形結(jié)構(gòu)的線圈。
[0009] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述目標(biāo)磁場為球形分布或者橢球形分布。
[0010] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述目標(biāo)磁場的分布為一種或多種諧波磁場分布的 組合。
[0011] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述一種或多種諧波磁場分布的組合為X、Y、Z、Z2、 XY、ZX、ZY和X2-Y2中兩種以上的疊加值。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明指出的一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻 場的方法，能夠根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的磁場非均勻度，靈活利用各元線圈內(nèi)部驅(qū)動電流的調(diào)整，快 速方便調(diào)節(jié)磁場均勾度，能夠直接產(chǎn)生能夠抵消非均勾磁場分布的勾場效果，相比傳統(tǒng)的 多組勻場線圈結(jié)構(gòu)，大大縮小了勻場線圈所占空間，增加了測量口徑尺寸。
【附圖說明】
[0013] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它 的附圖，其中： 圖1為本發(fā)明一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法一較佳實施例中 米用的霍爾巴赫磁體的不意圖； 圖2為本發(fā)明一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法一較佳實施例中 元線圈陣列分布示意圖； 圖3為本發(fā)明一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法一較佳實施例中 目標(biāo)場點設(shè)定示意圖； 圖4為本發(fā)明一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法一較佳實施例中 在目標(biāo)場點處X線圈電磁場仿真結(jié)果與目標(biāo)磁場對比圖； 圖5為本發(fā)明一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法一較佳實施例中 在目標(biāo)場點處Y線圈電磁場仿真結(jié)果與目標(biāo)磁場對比圖； 圖6為本發(fā)明一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法一較佳實施例中 在目標(biāo)場點處Z線圈電磁場仿真結(jié)果與目標(biāo)磁場對比圖； 圖7為本發(fā)明一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法一較佳實施例中 在目標(biāo)場點處Z2線圈電磁場仿真結(jié)果與目標(biāo)磁場對比圖； 圖8為本發(fā)明一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法一較佳實施例中 在目標(biāo)場點處ZX線圈電磁場仿真結(jié)果與目標(biāo)磁場對比圖； 圖9為本發(fā)明一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法一較佳實施例中 在目標(biāo)場點處X2-Y2線圈電磁場仿真結(jié)果與目標(biāo)磁場對比圖； 圖10為本發(fā)明一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法一較佳實施例中 在目標(biāo)場點處X+Z2線圈電磁場仿真結(jié)果與目標(biāo)磁場對比圖； 圖11為本發(fā)明一種利用元線圈陣列對霍爾巴赫磁體進行勻場的方法一較佳實施例中 在有約束的情況下目標(biāo)場點處X+Z2線圈電磁場仿真結(jié)果與目標(biāo)磁場對比圖。
【具體實施方式】
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