Устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля



Устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля
Устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля
Устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля
Устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля
Устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля
Устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля
Устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля
Устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля
Устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля

 


Владельцы патента RU 2544361:

Ишков Александр Петрович (KZ)

Устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля состоит из системы измерительных катушек, которые расположены концентрически. Площади измерительных катушек отличаются на фиксированную величину. Это позволяет измерять величину магнитной индукции переменного магнитного поля в заданной плоскости, которая перпендикулярна оси симметрии исследуемого переменного магнитного поля.

Для исследования структуры переменного магнитного поля система измерительных катушек помещается на ходовом винте, который штурвалом пошагово перемещается по оси симметрии исследуемого переменного магнитного поля.

Для индикации аксиального положения системы измерительных катушек применен стрелочный указатель и шкала.

Эффективность устройства проверена экспериментально при исследовании структуры магнитного поля соленоида. Получены результаты достаточно высокой точности. 3 табл., 4 ил., 3 фото.

 

Предлагаемое изобретение относится к области лабораторных электрических измерений и может бить применен для измерений структуры переменных магнитных полей.

Целью предлагаемого изобретения является создание устройства для исследования структуры переменных магнитных полей с высокой точностью, чувствительностью и эффективностью.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в применении системы концентрических измерительных катушек с общей медианной плоскостью, которая при измерениях пошагово перемещается вдоль оси исследуемого переменного магнитного поля.

Аналогом предлагаемого изобретения является измерительная катушка (см. Физический энциклопедический словарь, "Советская энциклопедия", М., 1962, т.2, стр.133). Аналог пошагово перемещается вдоль координатной оси исследуемого магнитного поля. Недостаток аналога состоит в том, что его нужно пошагово перемещать по всему координатному пространству с магнитным полем. Обычно это делается с помощью специального устройства, что не всегда обеспечивает заданную точность измерения.

Прототипом предлагаемого изобретения является измерительная кольцевая катушка, (см. Ишков Л.П. патент РФ №2413956). Прототип состоит из системы двух концентрических катушек с малым зазором между ними и электрически соединенных последовательно, а по магнитным потокам - встречно.

Недостаток прототипа в том, что он позволяет измерять магнитное поле только между катушками, т.е. на одном фиксированном радиусе. Для других радиусов исследуемого пространства нужна другая пара катушек с другими размерами, а это уже составит другую проблему.

В качестве примера предлагаемое изобретение представлено на чертежах.

Фиг 1. Общин вид, устройства в диаметральном сечении.

Фиг 2. Система концентрических измерительных катушек, СИК.

Фиг 3. Электрическая схема СИК.

Фиг 4. Блок-схема экспериментальной установки.

Позициями на чертежах обозначены:

1 - исследуемый соленоид.

2 - система измерительных катушек, СИК.

2.1 - фланец,

2.2 - цилиндр,

2.3 - контакт электрический,

2.4 - кольцо диэлектрическое,

2.1.n - отверстие во фланце для концов измерительной катушки.

3 - ходовой винт,

3.1 - штурвал ходового винта,

3.2 - указатель аксиального положения СИК,

3.3 - контргайка,

3,4 - шкала аксиальных перемещений СИК.

4.1 - пластина диэлектрическая средняя,

4.2 - пластина диэлектрическая средняя,

4.3 - пластина диэлектрическая верхняя,

5.1 - стойка диамагнитная нижняя,

5.2 - стойка диамагнитная верхняя,

5.3 - гайка диамагнитная.

6.1 - катушка измерительная первая,

6.1.1 - начало первой измерительной катушки,

6.1.2 - конец первой измерительной катушки,

6.О - общий провод СИК,

6.n - коммутирующий провод СИК.

7 - лабораторный автотрансформатор ЛАТР-1.

8 - трансформатор понижающий, нестандартный.

9 - амперметр Э-59, 2,5-5 а, класс 0,5.

10 - регистрирующий прибор, мультиметр ВР-11, цифровой, трехразрядный.

Согласно фиг.1 устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля состоит из: системы измерительных катушек СИК 2 с ходовым винтом 3, который снабжен указателем аксиального положения СИК 3.2 и штурвалом ходового винта 3.1. Устройство помещено аксиально в исследуемый соленоид 1, который по торцам снабжен пластинами 4.1 и 4.2, которые жестко стягиваются стойками 5.1. Штурвал ходового винта 3.1 лежит на пластине диэлектрической верхней 4.3. Вдоль одной из стоек диамагнитной верхней 5.2 смонтирована шкала аксиальных перемещений СИК 3.4. Указатель аксиального положения СИК 3.2 на одном конце снабжен резьбой, которой он накручивается на ходовой винт 3.1 и фиксируется контргайкой 3.3, а на другом конце снабжен отверстием, который свободно насаживается на стойку диамагнитную вертикальную 5.2 напротив шкалы аксиальных перемещений СИК 3.4.

Согласно фиг.2 СИК-2 состоит из фланца 2.1, к которому жестко присоединен цилиндр 2.2. Во фланце 2.1 аксиально вдоль одного радиуса сделан ряд отверстий 2.1.n, через которые проходят концы измерительных катушек 6.1.1. Начала всех измерительных катушек припаяны к общему контакту 6.0.

Технология изготовления СИК состоит в следующем. Начало первой измерительной катушки 6.1.2 припаивается к контакту 2.3, и первая половина измерительной катушки наматывается на цилиндр заданного диаметра 2.2 "от фланца" 2.1, а вторая половина "к фланцу", и конец выводится через отверстие 2.1.1.

Для изготовления второй измерительной катушки на первую измерительную катушку наматывается кольцо диэлектрическое /бумажное/ 2.4.2 заданного размера, а на кольцо уже наматывается вторая катушка, таким же образом. После нескольких повторений получается СИК-2, принципиальная электрическая схема которой показана на фиг.3.

На фиг.4 представлена блок-схема установки для экспериментального исследования структуры магнитного поля в соленоиде по заявке на патент №2013103571/07, автор тот же. Эта типовая схема состоит из лабораторного автотрансформатора ЛАТР-1 - 7 и трансформатора понижающего 8, которые питают исследуемый соленоид через амперметр Э59 - 9. Цифровой регистрирующий прибор ВР-11 при измерениях поочередно подключается к одной из катушек СИК-2, которая размещена в соленоиде 1.

Принцип действия предлагаемого изобретения состоит в том, что переменный во времени магнитный поток, пронизывая окружающий его контур, создает в контуре электродвижущую силу, закон Фарадея,

,

где m - количество витков контура,

S - площадь контура,

ω - угловая частота колебаний магнитного потока.

См. "Энциклопедический словарь», М., Сов. энциклопедия, 1984, стр.672.

Следовательно , т.е. величина магнитной индукции пропорциональна величине эдс измерительной катушки. Закон имеет дифференциальную форму, поэтому чем меньше будет диаметр контура, т.е. измерительной катушки, тем точнее будет измерена величина действующей индукции.

Перемещение измерительной катушки по координатам исследуемого магнитного поля позволяет измерить структуру магнитного поля в заданном пространстве B(r,z).

Согласно предлагаемому изобретению первая измерительная катушка взята за стандарт по площади, а количество витков всех катушек одинаково. Медианные плоскости всех измерительных катушек совмещены. При этом площадь второй измерительной катушки увеличена в 2 раза.

S2=2S1, ,

Следовательно, для последующих катушек и разность эдс соседних катушек будет определять индукцию на средней радиусе соседних катушек.

Предлагаемая система измерительных катушек позволяет одновременно, одинаково, регистрировать магнитную индукцию на разных радиусах аксиально-симметричного магнитного поля. Это гораздо удобнее, чем пользоваться катушкой аналогам или парой катушек прототипа.

В предлагаемом изобретении система измерительных катушек 2 перемещается координатным механизмом по оси симметрии исследуемого магнитного поля.

Координатный механизм состоит из ходового винта 3 со штурвалом 3.1 и указателем аксиального полонения 3.2, по углу он фиксирован стойкой 5.2. Действие координатного механизма осуществляется при вращении штурвала 3.1. В примененном устройстве использовалась резьба М4 с шагом 0,7. Для перемещения СИК-2 на один шаг производилось семь оборотов штурвала. Шаг измерений составлял 4,9 мм. Перемещение СИК-2 контролировалось указателем аксиального положения СИК-2 по шкале 3.4. Угловое положение штурвала выдерживалось при измерениях одно и то же. В принципе возможно применение нониусов для повышения точности фиксации координат.

Экспериментально исследовался соленоид по заявке №2013103571 с внутренним диаметром 40 мм, длиною 80 мм, который был намотан многослойно с плотной рядовой укладкой витков медным эмалированным проводом диаметром 1 мм.

Для отработки технологии и достижения оптимального соотношения всех размеров было изготовлено несколько СИК. Завершающая СИК имела 7 измерительных катушек, которые накатывались медным эмалированным проводом диаметром 0.08 мм по 110 витков в каждой катушке. Размеры их в табл.1.

В последних двух строчках представлены расчеты для СИК с 10-тью измерительными катушками.

К началу измерений, когда блок-схема по фиг.4 была готова к измерениям, начало третьей катушки случайно оборвалось. Проведенные измерения представлены в табл.2. Первая колонка представляет координату по оси соленоида 1. Верхняя строка представляет номера измерительных катушек.

Числа, стоящие в шести правых колонках табл.2, представляют эдс измерительных катушек, измеренные с помощью регистрирующего прибора 10 на фиг.4. Все максимумы числовых значений приходятся на координату z=40,45 мм. При переходе от левой колонки к правой числовые значения возрастают скачком. Наименьшие значения - в крайней левой колонке, которые соответствуют внутренней центральной измерительной катушке, а наибольшие значения - в крайней правой колонке, которая соответствует седьмой катушке.

Табл.3 построена вычитанием числовых значений левых колонок из смежных правых при фиксированной аксиальной, z=const. Верхняя строка табл.3 представляет среднее значение радиуса между смежными измерительными катушками. Таким образом получено радиально-аксиальное распределение структуры магнитного поля исследованного соленоида. Аксиально магнитное поле монотонно возрастает от торца соленоида до его медианной плоскости z=40 мм. При дальнейшем увеличении z до 150 мм магнитное поле убывает монотонно до уровня пороговой чувствительности регистрирующего прибора BP-11.

Радиально магнитное поле внутри соленоида возрастает. На оси соленоида магнитное поле при этом минимально.

На фото 1 представлено устройство в сборе. СИК расположена в верхнем торце соленоида.

На фото 2 представлен намоточный станок в рабочем моменте, измерительная катушка находится на валу. Снизу - первичная обмотка катушки зажигания.

На фото 3 представлены пять СИК в порядке увеличения в них количества измерительных катушек.

Из вышеизложенного следует.

1. Предлагаемое изобретение вполне реализуемо в натуре в широком диапазоне размеров и величин.

3. Предлагаемое изобретение позволяет надежно исследовать структуру переменного аксиально-симметричного магнитного поля.

Устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля, состоящее из измерительных катушек, отличающееся тем:
1) что измерительные катушки имеют разные радиусы такой величины, что площади измерительных катушек увеличиваются на фиксированную величину;
2) измерительные катушки расположены концентрически так, что их медианные плоскости совпадают с общей медианной плоскостью и оси симметрии измерительных катушек тоже совпадают с общей осью симметрии;
3) измерительные катушки снабжены корпусом, который состоит из фланца и цилиндра, на который монтируются измерительные катушки;
4) корпус по его оси симметрии закреплен известным способом на ходовом винте, который обеспечивает аксиальное перемещение системы измерительных катушек с помощью штурвала известным способом;
5) на ходовом винте известным способом смонтирован стрелочный указатель со сквозным отверстием, которым указатель скользит по штанге напротив шкалы аксиального положения системы измерительных катушек.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой сборочный узел радиочастотных катушек для использования в магнитно-резонансной системе. Узел содержит радиочастотную катушку и схемы расстройки, запирания, смещения, мультиплексирования.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для приема радиочастотных сигналов в радиосвязи, мобильной связи, радиолокации и радиоастрономии. Технический результат - повышение чувствительности приема радиочастотных сигналов.

Изобретение относится к радиочастотной (РЧ) катушке, используемой в качестве РЧ антенны для магниторезонансной (МР) системы формирования изображения как для передачи РЧ сигналов возбуждения, так и для приема сигналов релаксации МР.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для силового действия магнитного поля на атомы (молекулы) вещества, усиления магнитного поля и нагрева вещества индукционным способом.

Использование: для проведения измерений методом ядерного магнитного резонанса в многоядерной системе. Сущность изобретения заключается в том, что раскрывается многоядерное RF антенное устройство для использования в многоядерной системе MRI или MR сканере, для передачи RF сигналов возбуждения (поле B1) для возбуждения ядерных магнитных резонансов (NMR) и/или для приема сигналов релаксации NMR для многоядерного восстановления MR изображения (магнитного резонанса), при этом RF антенное устройство настраивается на ларморовские частоты, по меньшей мере, двух разных видов ядер, имеющих, по меньшей мере, два разных гиромагнитных отношения, таких как 1H, 14N, 31P, 13C, 23Na, 39K, 17O и гиперполяризованных газов, таких как 129Xe, или других изотопов, имеющих ядерный спин. Дополнительно раскрывается способ для восстановления многоядерного MR изображения, особенно посредством вышеописанного RF антенного устройства. Способ включает в себя уменьшение артефактов заворота видов, имеющих более высокое гиромагнитное отношение, посредством параллельного MRI восстановления. Технический результат: обеспечение возможности MR (магнитно-резонансного) измерения или восстановления MR изображения видов ядер, имеющих разные гиромагнитные отношения («многоядерность»), но предпочтительно с использованием одних и тех же градиентных магнитных полей для всех ядер, без вызова нежелательных артефактов заворота для какого-либо из рассматриваемых ядер или других возмущений в общем MR изображении. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области магнитно-резонансной техники. Магнитно-резонансная система содержит матрицу усилителей радиочастоты (РЧ), в которой каждый усилитель радиочастоты (РЧ) генерирует сигнал B1 возбуждения для каждого из множества каналов (Тх) передачи; по меньшей мере один блок РЧ катушек в сборе, имеющий многочисленные элементы-катушки, которые передают сгенерированный сигнал возбуждения в область обследования и принимают из нее сигналы магнитного резонанса; множество соединительных панелей, каждая из которых соединяет усилитель РЧ с по меньшей мере одним блоком РЧ катушек в сборе через порты приемопередатчика, причем каждый порт приемопередатчика соединяет по меньшей мере один проводник с индивидуальным каналом передачи; маршрутизатор, который выборочно направляет сгенерированный сигнал возбуждения через соответствующий канал (Тх) передачи в по меньшей мере один порт приемопередатчика любой из множества соединительных панелей. Технический результат - повышение качества изображения. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к приборам для измерения слабых неоднородных магнитных полей. Устройство действует следующим образом. Питаемый от генератора переменного тока высокой частоты круговой виток с током создает переменное магнитное поле, индуцирующее ЭДС в измерительной катушке. Указанная ЭДС усиливается усилителем переменного тока и регистрируется с помощью вторичного измерительного прибора. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности средств измерений, используемых при измерении слабых магнитных полей. 1 ил.

Изобретение относится вообще к магнитно-резонансной томографии и спектроскопии. Система для магнитно-резонансной томографии головы, содержащая асимметричный основной магнит, который содержит первый и второй наборы катушек из высокотемпературного сверхпроводника, скомпонованные таким образом, что они расположены коаксиально относительно общей продольной оси, при этом первый набор катушек содержит по меньшей мере две катушки, имеющие внутренний радиус и размещенные в первой зоне по длине вдоль общей продольной оси так, чтобы охватывать голову и шею человека, а второй набор катушек содержит по меньшей мере одну катушку, имеющую внутренний радиус и размещенную во второй зоне по длине вдоль общей продольной оси так, чтобы охватывать часть туловища человека, когда голова и шея расположены в указанной первой зоне по длине вдоль общей продольной оси, при этом внутренний радиус катушек второго набора больше, чем внутренний радиус катушек первого набора, причем катушки первого и второго наборов асимметричны вдоль указанной общей продольной оси и сконфигурированы с возможностью создания однородного основного магнитного поля, имеющего однородность 1-10·10-6 в чувствительном объеме, определяемом диаметром, в пределах первой зоны, для получения магнитного резонансного изображения исследуемой области головы, размещенной в пределах первой зоны. Технический результат - повышение пространственной и временной разрешающей способности. 15 з.п. ф-лы, 1 табл., 12 ил.

Использование: для магнитно-резонансной визуализации, спектроскопии, а также для других методов ядерного магнитного резонанса. Сущность изобретения заключается в том, что катушечные элементы (18) генерируют поле возбуждения B1 в области (14) исследования, причем упомянутое поле возбуждения B1 искажается посредством размещения пациента (например, посредством эффектов длин волн). С целью улучшения однородности поля B1, между катушечными элементами и субъектом размещаются элементы (22, 24) пассивного шиммирования. В одном варианте осуществления элементы пассивного шиммирования включают в себя один или более диэлектрических стержней (55), размещенных ниже субъекта, которые не генерируют существенного сигнала протонного МР и которые имеют проницаемость, по меньшей мере, 100 и предпочтительно больше чем 500. В другом варианте осуществления на трубки (24), смежные с каждым катушечным элементом, подается диэлектрическая жидкость, причем толщина упомянутой диэлектрической жидкости между катушечным элементом и субъектом регулирует фазу поля B1, сгенерированного посредством катушечного элемента. Для достижения результата улучшенной однородности РЧ-поля активное шиммирование B1 может быть скомбинировано с элементами (22, 24) пассивного шиммирования. Технический результат: обеспечение возможности улучшения однородности возбуждения поля возбуждения B1, а также обеспечение возможности улучшения рабочего процесса МР-визуализации при высоких напряженностях полей и улучшения отношения «сигнал-шум». 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

Использование: для магнитно-резонансной визуализации. Сущность изобретения заключается в том, что предложена система RF объемного резонатора, содержащая многопортовый RF объемный резонатор (40, 50, 60), подобный, например, объемной катушке типа TEM или резонатору типа TEM, или катушке типа «птичьей клетки», из которых все, в частности, в форме локальной катушки, подобной катушке для головы или катушке для всего тела, и множество каналов (T/RCh1, …, T/RCh8) передачи и/или приема для управления работой многопортового RF объемного резонатора для передачи RF сигналов возбуждения и/или для приема MR сигналов релаксации в/из объекта обследования или его части. Посредством выбора по отдельности каждого порта (P1, …, P8) и соответствующей амплитуды, и/или частоты, и/или фазы, и/или форм импульсов RF сигналов передачи в соответствии с физическими свойствами объекта обследования внутри объекта обследования можно возбуждать резонансную RF моду с высокой однородностью посредством RF резонатора. Технический результат: обеспечение возможности формирования требуемого распределения суммарного магнитного поля внутри пространства для исследования. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил.

Использование: для безопасного размещения педиатрического пациента внутри сканера магнитно-резонансной томографии (МРТ). Сущность изобретения заключается в том, что Локальный узел (А) радиочастотной катушки включает в себя жесткий корпус катушки, функционально соединенный с настраиваемой частью катушки вдоль шарнирной оси. Транспортировочное устройство (F) сконфигурировано для приема педиатрического пациента (С) и для того, чтобы быть размещенным в контакте с локальным узлом (А) радиочастотной катушки. Когда транспортировочное устройство (F) взаимодействует с настраиваемой частью катушки, блокировочный узел удерживает настраиваемую часть катушки в выбранном положении. По меньшей мере один подшипник сконфигурирован для поворота и смещения настраиваемой части катушки относительно транспортировочного устройства (F) и гравитационного смещения блокировочного узла и транспортировочного устройства (F) в блокировочный контакт. Когда транспортировочное устройство (F) удалено, настраиваемая часть катушки посредством гравитации смещена в открытое положение. Технический результат: обеспечение возможности быстрого и безопасного доступа к педиатрическому пациенту в области получения изображения МРТ-сканера, а также обеспечение возможности аккуратно и точно располагать педиатрического пациента, подсоединенного к трубкам и другим медицинским устройствам, внутри локальной радиочастотной катушки установки МРТ, используя выборочное позиционирование радиочастотной катушки относительно пациентов различного роста для облегчения получения качественных изображений. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.
Наверх