[发明专利]一种匀场超导线圈的绕制装置及绕制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导线圈的绕制装置及方法，特别涉及一种用于补偿磁场均匀度的超导线圈的绕制装置及绕制方法。

背景技术

与X光、CT扫描机、超声成像仪等传统的医学影像设备相比，核磁共振(Magnetic Resonance Imaging，MRI)系统具有成像参数多、诊断信息丰富、图像分辨率高、可以任意方向断层及无电离辐射等优点，成为目前最先进的医学成像设备。磁体是用来提供MRI系统背景磁场的核心部件。磁场强度是MRI系统重要的指标之一，它与图像信噪比成正比，高磁场强度的MRI系统可以成倍地提高图像信噪比，缩短成像时间，大大提高图像的分辨率和清晰度。磁场均匀度是MRI系统的另一个重要指标，需要在一个所需视野(Field of Vision，FOV)范围内获得一个高均匀度的磁场，一般医学全身成像MRI需要在磁场中心直径为500mm的球域内磁场均匀度达10^-6(1ppm)量级，NMR波谱仪则要求在直径为5mm球域内磁场均匀度优于0.01ppm。

理论上，通过主磁体的优化设计，完全可以将均匀度控制在所要求的范围内，但是由于主磁体绕制过程中不可避免的受到绕制工艺误差、磁体骨架在低温条件下的冷收缩以及周围铁磁物质环境等因素的影响，主磁体绕制后的实际磁场均匀度会比设计的均匀度下降2～3个数量级。磁场匀场原理就是将空间实际测量的磁体磁场分布拟合成一组含有常数项的正交函数(一般选用球谐函数展开)分量之和，此常数项即为所需的均匀磁场B₀，剩下的各项皆为影响磁场均匀度的不均匀分量，匀场的目的就是对这些不均匀分量逐项加以消除，使得在DSV(Diameter of Sphere Volume)内的磁场均匀度达到设计的要求。

因此，在主磁体系统绕制好之后，需要对成像球域内磁场进行校正。通过设计安装在磁体外表面补偿磁场均匀度的线圈，称为匀场线圈，使磁体的磁场均匀度达到一定精度的要求。匀场线圈一般在圆柱形磁体的外表面沿周向关于磁体中心轴线对称布置。

目前用于绕制匀场超导线圈的装置较为复杂，整个过程操作繁琐，绕制时间周期长，成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有绕制装置复杂、操作过程繁琐的缺点，提供一种用于绕制匀场超导线圈的装置及绕制方法。该装置体积小、方法简单、操作方便、成本低、绕制过程简单快速。

本发明用于补偿磁场均匀度的超导线圈的绕制装置包括上盖板、下盖板、中心柱、弹簧、压力针、固定夹具、螺钉、圆环。

本发明用于绕制超导线圈的超导线为圆截面的铌钛铜复合材料的低温超导线。

本发明上盖板和下盖板通过中心柱连接在一起，上盖板和下盖板四周边缘带有矩形齿，上盖板和下盖板的矩形齿之间留有一个导线直径大小的间隙。圆环套在中心柱上，圆环可围绕中心柱转动，弹簧的一端连接圆环，弹簧的另一端连接压力针，压力针的直径小于超导线直径，压力针在上盖板和下盖板的矩形齿的间隙处的水平面上沿周边滑动。通过弹簧的拉力使压力针的顶端对间隙内缠绕的超导线施加一定的压力，压力不小于9.8N。固定夹具上开有滑动槽，螺钉穿在滑动槽中，通过拧紧滑动槽内的螺钉锁定固定夹具，进一步束缚已绕好的超导线。固定夹具共有4个，4个固定夹具分别安装在上盖板的四条边上。

本发明的固定夹具上开有滑动槽，螺钉穿在滑动槽中，将固定夹具的一端在垂直于超导线的方向上顶住超导线，然后拧紧螺钉使固定夹具固定在上盖板上，使已绕好的超导线得到固定。

本发明压力针和固定夹具均为环氧树脂材料，以防止接触摩擦破坏超导线的绝缘漆。

本发明的绕制方法是首先将待绕制超导线的一头引入上盖板和下盖板的矩形齿的间隙内固定，然后将压力针顶端压住超导线，压力针并在上盖板和下盖板的矩形齿的间隙的水平面上沿圆周滑动。在上盖板的四条边上分别安装了4个固定夹具，当压力针到达某个固定夹具时便将此固定夹具撤掉，当压力针离开此固定夹具时便将固定夹具安装上。如此过程，用手推动压力针一圈一圈地滑动，使超导线一圈一圈的紧密排列，当绕到所需要的匝数后，用环氧树脂涂在超导线上固化，形成平面跑道形超导线圈。最后将平面跑道形超导线圈弯曲，用低温环氧树脂粘贴在主磁体的外表面，形成用于补偿磁体磁场均匀度的超导线圈。

本绕制装置简单，方法简便，可快速绕制多个补偿线圈，成本十分低廉。

附图说明

图1线圈绕制装置示意图，图中：1上盖板；2下盖板；3中心柱；4弹簧；5压力针；6固定夹具；7滑动槽；8超导线；9螺钉；10圆环；

图2固定夹具示意图；