一种超导核磁共振波谱仪室温匀场线圈的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于核磁共振波谱仪领域，更具体地，设及一种超导核磁共振波谱仪室温 匀场线圈。
【背景技术】
[0002] 在超导核磁共振波谱仪中，空间磁场的均匀性直接影响采集得到的谱图质量，为 了提高磁场的均匀性，技术人员不仅要在磁体升场时做低温超导匀场，还要在升场后做室 温匀场，目前采用的室温匀场手段是在核磁共振波谱仪的磁体中安装室温匀场线圈，其各 阶匀场线圈在磁控电流的驱动下产生不同形状不同大小的补偿磁场，该些补偿磁场共同抵 消掉主磁场的非常数项，最终得到均匀分布的磁场。
[0003] 目前现有技术中的匀场线圈的结构较单一，并且空间利用率不高，并且针对上述 已有的匀场线圈提出了一些算法来进行设计，例如采用流函数和目标场法来作为匀场线圈 设计算法的理论依据，还有采用Maxwell方程得到理论值来求解高阶项，但是上述现有技 术还存在如下问题；（1)流函数和目标场法没有将实用的匀场线圈作为设计的基础，缺乏 实用性；（2)Maxwell方程对于需要28组甚至40组线圈的超导核磁共振波谱仪来说，方法 的级数高导致方程越复杂，对于高阶项的求解几乎无法完成；（3)上述设计算法针对匀场 线圈的适应性不强，只适用于具有圆柱形磁体腔和横向磁场的化化ach磁体，无法满足超 导核磁共振波谱仪对更复杂空间的=维磁场的要求。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超导核磁共振波谱仪室 温匀场线圈，其特征在于，该线圈由上至下依次包括绕线区、支撑架W及底座，其中所述绕 线区内层为多阶轴向线圈，外层为多阶径向线圈，所述多阶轴向线圈由自粘性漆包线绕制。
[0005] 进一步地，所述多阶轴向线圈中相互之间在垂直于轴向方向上没有交叠的轴向线 圈压缩到一层。
[0006] 进一步地，所述绕制的每层自粘性漆包线，都粘贴填补所述自粘性漆包线上凹凸 面的热塑性聚醋膜。
[0007] 另外一方面，本发明还提出了一种超导核磁共振波谱仪室温匀场线圈的绕线方 法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
[000引 （1)紧贴绕线架绕制一层自粘性漆包线；
[0009] (2)在高低温烤箱中烘烤，使经过所述步骤（1)处理过后的自粘性漆包线粘合固 定；
[0010] (3)绕线完毕后，在经过所述步骤（2)处理后的漆包线上粘贴热塑性聚醋膜填补 凹凸面；
[0011] (4)重复上述步骤（1)-(4)直至所有所述匀场线圈绕线完成。
[0012] 另外一方面，本发明还提出了一种超导核磁共振波谱仪室温匀场线圈的设计方 法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
[0013] (1)从超导磁体的主磁场中分解出所述主磁场的各阶非常数项，将其负数构建成 目标函数B狂。）；
[0014] (2)初始化一"群"数量规模为D的Maxwell线圈对Xi~X。，其中D为线圈对数量， 建立上述Maxwell线圈对中的每对线圈产生的磁场作为初始函数Bu狂。）；
[0015] (3)建立优化函数
【主权项】
1. 一种超导核磁共振波谱仪室温匀场线圈，其特征在于，该线圈由上至下依次包括绕 线区（1)、支撑架（2)以及底座（3)，其中所述绕线区（1)内层为多阶轴向线圈，外层为多阶 径向线圈，所述多阶轴向线圈由自粘性漆包线绕制。
2. 如权利要求1所述的超导核磁共振波谱仪室温匀场线圈，其特征在于，所述多阶轴 向线圈中相互之间在垂直于轴向方向上没有交叠的轴向线圈压缩到一层。
3. 如权利要求1或2所述的超导核磁共振波谱仪室温匀场线圈，其特征在于，所述绕制 的每层自粘性漆包线，都粘贴填补所述自粘性漆包线上凹凸面的热塑性聚酯膜。
4. 一种超导核磁共振波谱仪室温匀场线圈的绕线方法，其特征在于，该方法包括如下 步骤： (1) 紧贴绕线架绕制一层自粘性漆包线； (2) 在高低温烤箱中烘烤，使经过所述步骤（1)处理过后的自粘性漆包线粘合固定； (3) 绕线完毕后，在经过所述步骤（2)处理后的漆包线上粘贴热塑性聚酯膜填补凹凸 面； (4) 重复上述步骤（1)-(4)直至所有所述匀场线圈绕线完成。
5. -种超导核磁共振波谱仪室温匀场线圈的设计方法，其特征在于，该方法包括如下 步骤： (1) 从超导磁体的主磁场中分解出所述主磁场的各阶非常数项，将其负数构建成目标 函数B (Zn); (2) 初始化一"群"数量规模为D的Maxwell线圈对Xi~Xd，其中D为线圈对数量，建 立上述Maxwell线圈对中的每对线圈产生的磁场作为初始函数B u3(Zn); (3) 建立优化函数
，其中 . . .，ri;j分别表示第i对1&?￥611线圈中的子线圈j到勾场线圈中心的轴向距 离，Ii;1，Ii;2,. . .，Iu分别表示第i对Maxwell线圈的每对子线圈上的电流大小，其中 I < i < D，j为第i对线圈中包含的子线圈的数量，N为从所述待匀场的磁场中选取的场点 数量，为大于等于1的奇数； ⑷寻找!Ti,2,…，和I Ii^,…，Ii^使得所述总场解的优化函数的值最小； (4-1)赋予线圈位置和电流初始值：将所述Maxwell子线圈的位置和电流信息记为 xi，j= (r i，i，ri，2, ...，ri，j;I i，i，〗i，2, ...，〗i，j);将所述Maxwell子线圈的位置和电流的变化 里记为 Vi,j - (vr Vrii2, ···，VriJvI Vlii2, ···，Vli, j)，其中 Vi^1, Vrii2, ···，Vri,』和 vli，1，vli，2，· · ·，vli，j为别表不 r i，!!"i，" !"i, 2，· · ·，!"i，j和 I i，" Ii, 2，· · ·，Ii，j的变化里； (4-2)评价线圈的适应度：将所述每个Maxwell子线圈的位置ri;j和电流I i;j分别代 入到优化函数
中求解，求得每对Maxwell 线圈的优化函数，并得到所述D对Maxwell线圈产生的磁场的总解F ; (4-3)寻找每个所述Maxwell子线圈的优化函数自身的最小值，记为fpbest，它所对应 的位置和电流变化信息记为即对应所述i对线圈中的第j个所述子线圈所经历的 最优化位置及电流信息； (4-4)寻找所述总解F中的最小值，记为fgbest，它所对应的所述Maxwell子线圈的位 置和电流信息记为g ; (4-5)将当前所述位置和电流信息Xu对应的所述Maxwell子线圈的优化函数值F与 fgbest 比较，若 F < fgbest，则 Py = X y，g = Xi;j，fgbest = F ; (4-6)以预设的fgbest值为结束条件，判断当前fgbest是否达到预设值，达到则结束， 否则进入所述下一步骤； (4-7)对所述每个子线圈的位置变化速度vru、电流变化速度vlu、位置电流Iu 依次做如下迭代： Vri j= ω Xvr i； J^c1 XrandO X (Pi；J-ri；J)+C2 XRandO X (g-ri；J) vli；j= ω XvI i；J^c1XrandO X (Pi j-Ii j)+C2XRandO X (g_Ii;J) ri,j = r i,j+vri,j Ii，j= I i，j+vIi，j 其中，ω为惯性权重，它使自变量保持运动的惯性，有能力搜索新的区域，这里令ω = 〇. 5~1内的任意一个常数；加速常数C1、C2它们代表将每个自变量推向fpbest和fgbest 的统计加权项的权重，其为随机赋予的[1，2]范围内的一个数值；rand()和RandO是两个 在[〇, 1]范围内变化的随机数； (4-8)利用所述步骤（4-7)求出的位置值电流值返回所述步骤（4-2)。
【专利摘要】本发明公开了一种超导核磁共振波谱仪室温匀场线圈，该室温匀场线圈从上至下依次由绕线区、支撑架和底座组成，其中绕线区内层为轴向线圈，外层为径向线圈，并且在线圈结构的制作方法上，将多阶轴向线圈压缩到同一柱面以提高空间利用率，同时使用自粘性漆包线和PET膜(又名耐高温聚酯薄膜)的绕线方法，解决室温匀场线圈绕制过程中的导线定位固定的工艺问题。本发明还针对匀场线圈的算法设计建立了一个优化函数，将室温匀场线圈的设计问题转化为求解优化函数最小值的问题，然后通过微粒群算法来求解该函数方程，最终可算出线圈的位置分布和匝数。按照本发明，能够显著地提高匀场线圈的可靠性和适应性。
【IPC分类】G01R33-3875
【公开号】CN104865544
【申请号】CN201510315866
【发明人】陈康
【申请人】武汉中科波谱技术有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月10日