Система плоских электрических катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9 А 1 33/20 5 6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКО ВИДЕТЕЛ ЬСТВ(71) Ленинградский институт точной механики и оптики(54) СИСТЕМА ПЛОСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАТУШЕК ДЛЯ СОЗДАНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ С ЛИНЕЙНЫМ ГРАДИЕНТОМ(57) Сущность изобретения, система плоских электрических катушек состоит из двух параллельных пластин 1 и 2, на поверхностях которых аксиально расположены электрически соединенные катушки с противоположным направлением намотки, имеющие по две концентрично расположенные и электрически соединенные последовательно секции 3,4 и 5,6. Секции имеют одинаковое число витков и их средние диаметры равны 0,94 и 1,54 расстояния между электрическими катушками. 1 ил., 1 табл,10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к аппаратуре для создания дополнительного магнитного поля с линейным градиентом, используемого, например, в магнитно-резонансной томографии.В магнитно-резонансных томографах для создания основного магнитного поля используются электромагниты и постоянные магниты с полюсными наконечниками. В таких томографах для формования изображения используются системы плоских катушек, создающих магнитное поле с линейным градиентом. Эти катушки выполняются на пластинах из электроизоляционного материала и располагаются непосредственно на полюсных наконечниках основного магнита, Системы, генерирующие градиентное магнитное по-. ле, должны иметь высокую линейность создаваемого градиента (порядка 1 в рабочей зоне) для уменьшения геометрических искажений получаемого изображения, низкую индуктивность, необходимую для повышения их быстродействия, и малую потребляемую мощность.Известна система катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом в магните с полюсными наконечниками, состоящая из двух параллельных пластин, на которых уложены проводники электрических катушек в виде нескольких прямоугольников, ширина которых равномерно увеличивается,Однако качество создаваемого магнитного поля в такой системе низкое и составляет 10 в области размером 70; от расстояния между пластинами,Известна также система плоских катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом, в которой расположение витков определено из условия компенсации члена третьего порядка разложения функции магнитного поля системы витков с током в ряд Тейлора. Эта система катушек имеет малую индуктивность, однако линейность создаваемого ею градиента недостаточна:Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система катушек для получения полей поляризации с постоянным градиентом с целью формирования изображений. посредством ядерного магнитного резонанса, Катушки известной системы расположены в двух параллельных плоскостях и состоят из двух концентрических секций, имеющих отношение витков, близкое к 1:8,66, и расположенных на пересечении плоскостей и круглых конусов с вершиной в центре системы и полууглами к вершине, близкими к 34 и 62. Линейность создаваемого такой системой градиента магнитного поля достаточно высока и не превышает 1 в рабочей зоне, составляющей 62;6 от расстояния между плоскостями,Недостатком известной системы является высокая индуктивность катушек и большая потребляемая мощность.Целью изобретения является снижение индуктивности и потребляемой мощности системы катушек при сохранении высокой линейности создаваемого градиента магнитного поля,Указанная цель достигается тем, что в системе плоских электрических катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом, состоящей из двух параллельных пластин, на поверхностях которых аксиально расположены электрически соединенные последовательно катушки с противоположным направлением намотки, имеющие по две концентрично расположенные и электрически соединенные последовательно секции, все секции имеют одинаковое число витков, а их соедние диаметры равны 0,94 и 1,54 расстояния между электрическими катушками.В известных системах для создания магнитного поля с линейным градиентом, имеющих малое число витков и низкую индуктивность, линейность создаваемого градиента недостаточна и составляет 1% в зоне 45 от расстояния между катушками. Предлагаемая система за счет нового расположения секций катушек обладает малой индуктивностью при сохранении высокой линейности создаваемого градиента магнитного поля,На чертеже схематично изображена предлагаемая система электрических катушек, поперечный разрез. Система плоских электрических катушек для создания магнитного поля с линейным градиентом состоит из двух параллельных пластин 1 и 2 из электроизоляционного материала, на поверхностях которых выполнены катушки, состоящие из двух концентрических секций 3,4 и 5,6, имеющих по крайней мере один виток, Витки секций уложены в соответствующие пазы на пластинах или могут быть выполнены другими способами, Направление намотки электрических катушек на пластинах противоположное. Пластины расположены так, что катушки и,леют общую ось, Катушки и секции электрически соединены между собой последовательно, Направление создаваемого градиента магнитного поля перпендикулярно плоскостям катушек.Для определения размеров секций может использоваться следующий метод. Про-2Таким образом, индуктивность предлати щи ввдВд(в в. в,и.вщит,в,щв,.тди тд идд дщЕсли использовать две пластины изэлектроизоляционного материала с плоскими катушками, содержащими по две секциииз одного витка, намотанные, например,20 медным проводом диаметром 2 мм, и расположить их параллельно на расстоянии 200мм так, что катушки имеют общую ось, топри пропускании тока 45 А между пластинами создается магнитное поле с градиентом25 5 мТ/м. В таблице для сравнения приведены параметры известной и предлагаемойсистем электрических катушек,При равных расстояниях между пластинами и одинаковом градиенте магнитногополя в предлагаемой системе индуктив-.ность снижена примерно в 38 раз, а потребляемая мощность ниже в 3,3 раза, при этомлинейность градиента сохраняется.Формула изобретенияСистема плоских электрических кату. шек для создания магнитного поля с линейным градиентом, состоящая из двухпараллельных пластин, на поверхности которых аксиально расположены соединенные последовательно катушки спротивоположным направлением намотки,имеющие по две концентрично расположенные и соединенные последовательно секции, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью5 повышения быстродействия создания магнитного поля п и снижении потребляемоймОщности и сохранении высокой линейности создаваемого градиента магнитного поля, все секции имеют одинаковое число50 витков, а их средние диаметры равны 0,94 и1,54 расстояния между электрическими катушками. где,и =4 10 - коэЕсли выбрать на оси и рассчитать в них значе нитного поля, то из усло рактера создаваем магнитного поля можно з ффициент.2 две точки 21 и 2 г ние индукцИи магвия линейного хаого градиента аписать уравнение 2 г 21 где В 1, В 2 - значения суммарной индукции магнитного поля в точках 21 и 22.Такое уравнение имеет единственное решение относительно радиуса секции катушки. В системе, катушки которой содер жат по две секции, производят расчет суммарной индукции магнитного поля от системы проводников в трех различных точках на оси 2 и решают систему из двух нелинейных уравнений, аналогичных (1), относи- ЗЪ тельно двух радиусов секций.В результате получают значения диаметров секций катушек - 0,94 и 1,54 от расстояния между катушками.Индуктивность электрической катушки 40 пропорциональна квадрату числа ее виткбв и определяется выражением2 4 где и - чЪп тушки тушки, Пусть ч но и, т водят ось 2 перпендикулярно плоскостям, в которых находятся катушки с центром О в геометрическом цейтГ 6 сйстемы катушек. Обозначают расстояние между плоскостями 22 О, тогда для двух круговых витков с радиусом й и током 1, находящихся на противоположных плоскостях и имеющих противоположное направление токов, значение индукции магнитного поляв произвольной точке 2, находящейся между витками, можно определить но формуле и12 П 1исло витков катушки;сопротивление магнитной цепи ка стная система содержит две каждая из которых имеет две секции. сло витков внутренней секции равда число витков внешней секции равно 8,66 п. При этом индуктивность всейсистемы определяется как1. 1=2 пг(1+8,66 )/2 а.Для предлагаемой системы электриче ских катушек при числе витков каждой изчетырех секций, равном и, индуктивность1 2=4 п /2 в,Сравнивая индуктивности двух систем, получают101749799 Составитель О.РевскаяТехред М,Моргентал Корректор С,Черни Редактор М.Дербак Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2592 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб,4/5