Система круговых катушек для создания однородного магнитного поля Советский патент 1992 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к магнитным системам для создания однородного магнитного поля, используемого, например, в магнитно-резонансной аппаратуре.

Известна система катушек, состоящая из четырех круговых катушек, расположенных соосно и Симметрично относительно центра системы катушек. Однородность создаваемого магнитного поля обычно оценивается первым нескомпенсиррванным членом разложения а ряд Тейлора осевой составляющей функции аксиального магнитного поля в центре системы. В магнитной системе при определенном соотношении токов в катушках могут быть скомпенсированы неоднородности магнитного поля второго и четвертого порядков.

Известна также система Катушек, состоящая из четырех аналогично расположенных каЧушек, в которых при определенном соотношении параметров могут быть скомпенсированы члены ряда Тейлора с второго по шестой порядок и соответствующие им неоднородности магнитного поля. Недостатком зтой системы является избыточное число используемых катушек.

Наиболее близкой к технической сущности к предлагаемой является система Уатушек для создания статического магнитного поля, состоящая из одной центральной и двух боковых катушек, расположенных соосио и симметрично относительно центральной. При этом центральная катушка в поперечном разрезе имеет отношение толщины к длине около 0,08, а боковые - около 0,5. Отношение средних радиусов центральной и боковых катушек равно 1,3, а отношение ампер-витков катушек равно 0,6.

Выполнение этих условий позволяет минимизировать члены ряда Тейлора с второго по шестой порядок.

Основным недостатком такой системы является недостаточная однородность создаваемого магнитного поля, так как члены разложения в ряд Тейлора осевой составляющей магнитного поля восьмого м более высоких порядков оказываются неминиммзированными и вносят неоднородность в магнитное поле. Кроме того, катушки указанной системы имеют неодинаковые внутренние радиусы и токи, что ухудшает технико-экономические показатели системы.

Цель изобретения - повышение однородности магнитного поля системы катушкм за счет минимизации членов разложения в ряд Тейлора с второго по восьмой порядок с одновременным улучшением технико-экономических показателей.

Указанная цель достигается тем, что в системе круговых катушек для создания однородного магнитного поля, состоящей из центральной катушки и двух боковых, расположенных соосно и симметрично относительно центральной, катушки имеют одинаковый внутренний радиус, намотаны в одну сторону м злектрически соединены последовательно, а другие мх размеры определяются решением системы из четырех неравенств Нпс в, где Нпс - коэффициент ряда Тейлора о-го порядка для осевой составляющей магнитного поля системы катушек, , 4, б, 8; - заданная точность.

Таким условиям удовлетворяет система катушек с внутренним радиусом, обозначенным R, в которой длина и толщина поперечного сечения центральной катушки составляют соотэетственно 2,682 R и 0,100 R, а боковые катушки имеют длину 0,725 R, толщину поперечного сечения 0,190 R и центры их расположены на расстоянии 1,843 R от центра системы катушек.

Магнитная система имеет пять параметров, а именно: толщина (а-1) R и длина (2 уЗ) R центральной катушки, толщина (а-1) R и длина з-Д) R боковых катушек и полная дляна системы (2 Д}) R. Выбирая один из них, например а, в качестве независимого параметра и решив систему из четырех уравнений, левые части которых выражения для коэффициентов ряда Тейлора второго, четвертого, шестого и восьмого порядков, легко определить значения остальных четырех параметров.

На чертеже изображена система круговых катушек, поперечный разрез.

Система состоит из центральной катушки 1 и двух боковых катушек 2 и 3, установленных с возможностью перемещения относительно основания 4. Катушки 1-3 намотаны медным изолированным проводом прямоугольного сечения. Направление намотки у всех катушек одинаковое. Основание 4 выполнено из немагнитного материала, например, сплава AM Ц, и обеспечивает достаточную жесткость всей системы. Катушка 1 закреплена на основании 4 жестко, а катушки 2 и 3 имеют возможность перемещения относительно центральной в пределах 10 мм, что необходимо для регулироаания их положения. Последовательное соединение катушек обеспечивает одинаковую величину проходящего по ним тока.

Для системы из трех катушек, имеющей следующие параметры: ai параметры

центральной катушки: «2 , /62 и Дз параметры боковой катушки, справедливы соотношения для коэффициентов ряда Тейлора п-го порядка

(ai,/3i)+Hn{ оа.Д$)-Нп(а2Д2).

Минимизация членов ряда с второго по восьмой порядок может быть достигнута решением системы из четырех неравенств

Нпс . где п 2, 4, 6, 8, е - заданная точность. В результате решения получены следующие значения параметров катушек: для центральной катушки - cti 1,100, ,34l: для боковых катушек - ей 1,190,/32 1,480,

,205.

Использование системы катушек, у которой скомпенсированы члены разложения в ряд Тейлора осевой составляющей магнитного поля с второго по восьмой порядок,

позволяет расширить область однородного , магнитного поля.

В таблице приведены для сравнения расчетные параметры прототипа и предлагаемой системы катушек.

Выполнение конструктивных параметров а ,/S, R при изготовлении системы катушек должно быть достаточно точным. Так, например, ихизменение на 0,1% приводит к уменьшению области однородного магнитного поля на 80,71 и 45% соответственно.

При примерно равных габаритах и массе, одинаковых внутренних радиусах и индукции магнитного поля известных систем

расширена область однородности магнитного поля предлагаемой системы на 4%. Кроме того, за счет более рационального расположения центральной катушки мощность, потребляемая предлагаемой системой, примерно на 40% ниже, чем у прототипа.

Формула изобретения Система круговых катушек для создания однородного магнитного поля, включающая центральную катушку и две боковые катушки, расположенные соосно и cиммetрично относительно центральной, о т ли ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения однородности магнитного поля за счет минимизации членов разложения в ряд Тейлора осевой составляющеймагнитного поля в центре системы с второго по восьмой порядок включительно, катушки выполнены с одинаковым внутренним радиусом R, электрически включены последовательно, длина центральной катушки составляет 2,682 R. толщина поперечного сечения -OJ R, длина каждой боковой катушки составляет 0,725 R, толщина поперечного сечения 0,190 R, а центры их расположены на расстоянии 1,843 R от центра системы катушек.

Изобретение относится к магнитным системам для создания однородного магнитного поля, используемого, например, в маг- митно<резонансной аппаратуре. Целью изобретения является повышение однородности магнитного поля за счет минимизации членов разложения в ряд Тейлора осевой составляющей, магнитного поля в центре системы с второго по восьмой порядок включительно. Круговые катушки системы для создания однородного магнитного поля выполнены с одинаковым внутренним радиусом R и злектрически включены последовательно. Длина и толщина поперечного сечения центральной катушки составляют соответственно 2,682 R и 0.100 R, а боковые катушки имеют длину 0,725 R, толщину поперечного сечения 0,190 R и центры их расположены на расстоянии 1,843 ROT центра системы катушек. 1 ил.,^^v*ё