Устройство для создания однородного магнитного поля Советский патент 1980 года по МПК G01N24/00 G01V3/14 

Изобретение относится к импульсным ЯМР-jpenaKcoMeTpaivt, для изучения ядерН(-магнитныч свойств горных пород, а именно к системе катушек, создающих внутри цилиндрического объёма однородное магнитное поле. Известны применяемые в ЯМР-релакс метрах системы катушек fl , создающие однородное магнитное попе. В большинстве случаев для этой цели используются катушки соленоидального типа, снабженные кольцами Гельмгольца В этих системах однородное поле создается вдоль оси сим1Летрии катушек, Недостатком таках устройств является то, что они не могут быть эффективно применены для создания однородного поля в об1земе кругового цилиндра, перпендикулярного к его оси, так как это неоправда но ни с энергетической, ни с конструктив ной точек зрения. Наиболее близким техническим решением является устройство Г21 для создаm.n - пгг гчппиг Гп МЯГНИТНПГП ПОЛЯ, состоя- щее из нескольки-х секций с различной плотностью намотки, выполненных в виде проводников, расположенных вдоль образующих кругового цилиндра и распределенных в сечении внутри кольцевого сектора определенного угла. В устройстве обмотка разбивается, на две секции с одинаковыми плотностями ампервитков и с зазором между ними. Онс создает поле, направленное перпендикулярно к оси цилиндра. Недостатком данного устройства является то, что оно в принципе, не может создать поля высокой степени однородности, так как при принятой системе секций в поле, создаваемом катушкой, состоящей из двух секций, всегда присутствуют составляющие поля, для которых характерно снижение напрян енности паля обратно про пордионально четвертой и более высоким степеням расстояния от оси системы. Такие составляющие вносят в той или иной мере искажения в характер поля.

Цепью изобретения является создание магнитного поля заданной степени однородности в системе с цилиндрической симметрией перпендикулярно к оси системы.

Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве для создания однородного поля число секций выбрано равным половине числа исключаемых гармоник, дополненной до ближайшего целого, а углы, в пределах которых распределены обмотки секций, и плотности ах намотки связаны следующими соотношениями: i-t,Stn5d - o

: i4

.1 t.Sin(2K-n)6P4,-0

t, -Т

iL :tSin()cr-0,

где -t - отношение плотности витков в,

t -и и первой секциях; t и п - соответс/твенно номер и число

секций;

Kf - число исключаемых гармоник; ( - номер исключаемых гармоник; 2(-р. - углы, в которых распределена каждая из секций. На чертеже представлено поперечное сечение обмотки катушки, витки которой проложень. по образующим кругового цилиндра, а в поперечном сечении распределены внуТри определенного угла. Характер магнитного поля, создаваемого устройством типа изображенного на чер теже, описьшается выражением в виде ряда разложения по степеням отношения рас стояния J) данной точки внутри цилиндра от его оси к радиусу R цилиндрической Ьоверхности, по которой расположена обмотка. U 1.Гг Txv/SiJlUlLlMV . , . i 2КЧ -smlZK-ij-Plf) J, где 3 - ток; р - общее количество секций; -L -номер секции (1,.. п); W{ - плотность витков -I -и секции; Cf - угол, в котором распределена i -я секция; К - номер гармоники (составляющей поля); К О, 1, 2, .,. U - угловая координата точки внутри цилиндра. Первый член в выражении (1) (соответствующий ) определяет составляюйую поля, не изменяющуюся с расстоянием от оси симметрии, т.е. составляющую, определяющую однородное поле. Чтобы поле бьшо совершено однородное необходимо обратить в нуль остальные члены ряда (l). Осуществление этого потребует исключительно сложной системы катушек, что нецелесообразно, так как практически бывае. достаточно ис ключить ряд первых гармоник, число которых определяется заданной допустимой степенью неоднородности магнитного поля. Параметры обмотки - число

секций, плотность витков, и угол, заключающий секцию, которые необходимо установить, чтобы обеспечить исключение гармоник определенных номеров, можно определить решая систему уравнений, составленную путем приравнивания к нулю коэффициентов членов ряда . (1), характеризующи-Х исключаемые гармоники.

Для того, чтобы исключить какое-либо число (к) гармоник, необходимо использовать в общем случае такое же число секций П с разными углами, но с одинаковой плотностью витков. Если число исключаемых гармоникХ нечетное, то число требуемых для этого секций может быть () взято меньшим, равным половине числа исключаемых гармоник, дополненной до .. ближайщего целого числа (П -|- -t- -iПри этом плотности витков в секциях должны отличаться друг от друга. Например, выполнив, обмотку в виде двух секций с разными плотностями тока, можно исключить гармоники поля, характеризуюйиеся 2-й, 4-й и 6-й степенями зависимости напряженности от расстояния, Углы cJJ, и с , в которых заключены секции, и соотношение плотности BJITKOB основной первой и второй секции ( t) определяются для этого случая путем решения следующей системы уравнений: Sindcf+iSin3di o Sin5djHsin5c 0 Sin7d;-btsin7( J(2) Из решения системы уравнений следует 4Tod 72, , ,62. Конструктивно предлагаемое устройство может быть выполнено в виде нескольКИ.Х седлообразных катушек, наложенных одна на другую. Углы, в пределах которых распределены витки седлообразных кату- . щек, и число витков каждой из ни.х определяются указанными выше условиями. Секции могут быть укреплены на каркасе из немагнитного непроводящего материала или выполнены в виде бескаркасной обмотки. Необходимая плотность витков секций достигается соответствующим подбором