專利名稱：一種用于核磁共振儀器靜磁場發(fā)生裝置的永磁體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于核磁共振儀器的永磁體，特別涉及用于核磁共振儀器靜磁場發(fā)生裝置的永磁體。
背景技術(shù)：
靜磁場發(fā)生裝置(磁源)是核磁共振儀器的重要組成部分。由于對靜磁場場強的均勻性要求非常嚴格，且核磁共振回波信號的信噪比約與靜磁場場強的平方成正比，為獲得足夠的分辨率，靜磁場的場強值應足夠大，所以磁源的造價一般為整個儀器造價的一半以上。采用永磁體作為核磁共振儀器的靜磁場發(fā)生裝置一般采用磁極式的基本架構(gòu)。
經(jīng)檢索四份中國專利，A、專利號為98113543.9“核磁共振成像儀永磁體”，B、專利號為01128381.5，“一種用于核磁共振成像儀的永磁體”，C、專利號為98318945.5，“核磁共振C形永磁體”，D、專利號為02290346.1，“稀土永磁式核磁共振質(zhì)譜儀磁場裝置”。四件專利的磁體均由軛鐵，磁鋼，極板等構(gòu)成，采用磁極式的架構(gòu)，其特征是通過磁路閉合構(gòu)造兩個相反磁極獲得所需的磁場空間。其不足之處在于(1)磁場空間浪費太大。由于對磁場的均勻性要求非常嚴格，現(xiàn)有的符合場強要求的均勻區(qū)域一般為兩磁極之間磁體截面內(nèi)氣隙磁場的30％左右甚至更低。如果考慮四周端部效應，磁場空間的利用率更低。這是磁體造價費用很高的根本原因之一。
(2)磁場強度難以提高。由于磁場向外泄露，磁場強度小于永磁材料剩余磁密。
(3)由于磁場要通過周圍環(huán)境構(gòu)成閉合回路，磁場向外泄露嚴重。為使磁體周圍達到5高斯安全磁場環(huán)境需要添加屏蔽裝置，這不僅使磁體更加龐大和笨重，也增加了儀器的造價。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種新的核磁共振儀器用的永磁體。該永磁體的磁場空間利用率高，工作點場強能比磁極式高，漏磁少，可大大減少磁體的體積。特別適合于在線實時監(jiān)測的核磁共振儀器。
為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明永磁體為中空圓柱體形永磁體，由沿其圓周方向等分為N＝2M(M為大于2的整數(shù))塊，軸向橫截面為扇形的磁塊組成，磁塊之間用強力膠粘接在一起。中空圓柱體的空腔內(nèi)是均勻的磁場。
本發(fā)明的優(yōu)點在于磁場空間利用率比磁極式大，磁體的漏磁也很小。工作點場強能比磁極式大，從而提高核磁共振儀器的分辨率。


圖1是由8塊磁體組成的本發(fā)明具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、2、3、4、5、6、7、8為扇形永磁體。
圖2是本發(fā)明具體實施方式
的縱截面示意圖。
圖3是本發(fā)明具體實施方式
的橫截面示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步的說明。
如圖1所示，本發(fā)明具體實施方式
為由沿圓柱體圓周方向等分為8塊的橫截面為扇形的永磁體1、2、3、4、5、6、7、8，通過強力膠粘連構(gòu)成一個中空的圓柱體。各磁塊形狀相同。
如圖3，各磁塊的磁場強度大小相同，任取其中一個磁塊編號為1，順時針方向依次為各磁塊編號。Y軸取在第一塊和最后一塊磁體中間，X軸與Y軸垂直。Z軸垂直于X、Y軸所在的平面。若第i塊磁體橫截面中心與圓心的連線和Y軸夾角定義為磁塊旋轉(zhuǎn)方向θi，θi=π8+(i-1)π4(i=1,2······8),]]>則第i個磁塊的磁化方向與Y軸夾角ωi=π4+(i-1)π2(i=1,2,3,······8)]]>(圖中實箭頭所示為各磁塊磁化方向)。一般而言，若磁體等分為N塊(N＝2M，M＞2)，且磁塊旋轉(zhuǎn)方向θi=πN+2(i-1)πN(i=1,2······N),]]>則第i個磁塊的磁化方向與Y軸夾角ωi=2πN+4(i-1)πN.]]>即ωi＝2θi，磁塊的磁化方向是磁塊本身旋轉(zhuǎn)方向的兩倍。需要說明的是若磁體中每一點的磁化方向能按磁體本身旋轉(zhuǎn)2倍方向連續(xù)變化，理論上整個中空圓柱體內(nèi)磁場空間的不均勻性為零，實際工程中由于加工困難，目前無法辦到，因此采用磁體分塊的方法。磁體等分的塊數(shù)越多，越接近理想狀況。
為了分析方便，假設(shè)磁體結(jié)構(gòu)為一無限長中空圓柱體，取軸向為坐標軸的z軸方向，若磁體在Z方向足夠長，則磁化矢量 沒有Z分量，可把問題簡化為一個平面二維場的問題。采用復數(shù)坐標，記z＝x+iy＝reiψ，其共軛復數(shù)記為z*＝x-iy，考慮具有恒定電流的一般情況，通過電流I，在z點的無限長直導線在空間任意點z0產(chǎn)生的磁場記為B(z0)，據(jù)Biot-Savart定理得
B‾z*(z‾0)=μ0I2πj1z‾0-z‾---(1)]]>相應地，對于無限長永磁體，由于 沒有Z分量，可記Br＝Brx+iBry，則束縛體電流密度在空間任意點z為 由(1)式可得磁體上z點在空間任意點z0產(chǎn)生的磁場為 若 方向任意，則上式可寫成B‾z*(z‾0)=12πB‾r(z‾0-z‾)2dxdy---(2)]]>則整個磁體在z0點產(chǎn)生的磁場為B‾*(z‾0)=∫∫12πB‾r(z‾0-z‾)2dxdy---(3)]]>把泰勒展開式1z‾0-z=-Σn=1∞z‾0n-1z‾n,|z‾0|<|z‾|]]>兩邊分別對z求導，則有1(z‾0-z‾)2=Σn=1∞nz‾0n-1z‾n+1,|z‾0|<|z‾|,]]>把上式代入(3)則有B‾*(z‾0)=12π∫∫B‾r(Σn=1∞nz‾0n-1z‾n+1)dxdy=z‾0n-1Σn=1∞(∫∫B‾r12πnz‾n+1)dxdy=Σn=1∞b‾nz‾0n-1---(4)]]>其中b‾n=∫∫B‾r12πnz‾n+1dxdy]]>為了得到與空間坐標位置無關(guān)的磁場，即使得中空圓柱磁體的磁場各點都是相等的勻強磁場，只需(5)式滿足bn＝0(n≥2)，對Br和z點取極坐標，由于磁體上各點的Br大小相同，只是方向不同，則可設(shè)Br＝Brejω，而z＝rejθ，有bn=∫∫n2πBrrjωrn+1·ej(n+1)θrdrdθ]]>化簡得，bn=n2π∫Brrndr∫02πej[ω-(n+1)θ]dθ---(5)]]>從(6)式可知，當ω＝2θ時，bn＝0，(n≥2)。且此時bl為最大。
b1=12π∫r1r2Brrdr∫02πdθ=Brlnr2r1,]]>其中，r1，r2是磁體的內(nèi)外徑。，由(4)式知，此時B‾*(z‾0)=Brlnr2r1]]>(6)得到了與空間坐標z0無關(guān)的磁場，即使得中空圓柱磁體空腔內(nèi)各點都是相等的勻強磁場。
中空圓柱體內(nèi)磁場在周向被限制在圓周內(nèi)，不能向外發(fā)散，漏磁較少，呈現(xiàn)一種聚磁效應，因而，中空圓柱體內(nèi)磁場場強可設(shè)計得比磁極式高，從而提高儀器的分辨率。
如圖1、2所示，把磁塊沿軸向由中部向兩端逐漸加厚，使磁體外徑沿軸向由中部向兩端逐漸增加。由(6)式可知，理想情況下，磁場沿軸向由中部向兩個端口增強，可以抵消中空圓柱體內(nèi)磁場場強沿軸向由中部向兩個端口的衰減，從而提高了磁場空間利用率。另外，磁場空間為圓柱形，特別適合化工流程管道或送料帶通過，因此適合在線實時監(jiān)測的核磁共振儀器。
權(quán)利要求
1.一種用于核磁共振儀器靜磁場發(fā)生裝置的永磁體，其特征在于該永磁體為中空圓柱體形，由沿其圓周方向等分為N＝2M(M為大于2的整數(shù))塊，軸向橫截面為扇形的磁塊組成，磁塊之間用強力膠粘接在一起，中空圓柱體的空腔內(nèi)是均勻的磁場。
2.按照權(quán)利要求1所述的用于核磁共振儀器靜磁場發(fā)生裝置的永磁體，其特征在于組成永磁體的各磁塊形狀相同、磁場強度大小相等，磁化方向是磁塊本身旋轉(zhuǎn)方向的兩倍。
3.按照權(quán)利要求1和2所述的用于核磁共振儀器靜磁場發(fā)生裝置的永磁體，其特征在于，永磁體外徑沿軸向由中部向兩端逐漸增加。
全文摘要
一種用于核磁共振儀器靜磁場發(fā)生裝置的永磁體。該永磁體采用圓環(huán)式永磁磁體架構(gòu)，其特征是由形狀相同，磁化方向為磁體本身旋轉(zhuǎn)方向兩倍的扇形永磁體通過強力膠粘連構(gòu)成一個中空的圓柱體，扇形永磁體外徑沿軸向由中部向兩端逐漸加厚。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，磁場空間利用率高，漏磁少，場強易提高，可大大減少磁體體積，降低儀器造價，特別適用于實時監(jiān)測的核磁共振儀器。
文檔編號G01R33/383GK1683938SQ200410009010
公開日2005年10月19日 申請日期2004年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月14日
發(fā)明者張一鳴, 肖繼軍, 陳繼忠 申請人:中國科學院電工研究所