Изобретение относится к технике создания магнитных полей.The invention relates to techniques for creating magnetic fields.
Известна система катушек Гельмгольца, представляющая систему из двух симметричных относительно плоскости z=0 токовых витков, у которых расстояние между центрами витков по вертикали равно радиусу витка. Недостатком данной системы является ограниченная пространственная область регулирования магнитного поля.The known system of Helmholtz coils, representing a system of two current turns symmetrical about the z = 0 plane, in which the vertical distance between the centers of the turns is equal to the radius of the turn. The disadvantage of this system is the limited spatial area of regulation of the magnetic field.
Наиболее близкой по технической сущности и принятой авторами в качестве прототипа является система электрических катушек для создания градиентного магнитного поля, состоящая из двух параллельных пластин, на поверхностях которых аксиально расположены электрически соединенные последовательно катушки с противоположным направлением намотки, имеющие по две концентрично расположенные последовательно электрически соединенные секции, диаметры которых соответственно равны 1,46 и 0,52 расстояния между электрическими катушками [1]. Недостатком описанной системы является небольшая область регулируемого градиента магнитного поля, составляющая менее 33% куба, построенного относительно параллельных пластин известной конструкции, а также возможно лишь перпендикулярное направление создаваемого такой системой катушек градиента магнитного поля относительно плоскостей пластин.The closest in technical essence and adopted by the authors as a prototype is a system of electric coils for creating a gradient magnetic field, consisting of two parallel plates, on the surfaces of which are axially connected electrically connected in series coils with the opposite direction of the winding, having two concentrically arranged in series electrically connected sections whose diameters are respectively equal to 1.46 and 0.52 of the distance between the electric coils [1]. The disadvantage of the described system is the small region of the adjustable magnetic field gradient, which is less than 33% of the cube constructed with respect to parallel plates of known design, and only the perpendicular direction of the magnetic field gradient coils created by such a system relative to the planes of the plates is possible.
Целью изобретения является расширение области с регулируемым градиентом магнитного поля до объема куба.The aim of the invention is the expansion of the field with an adjustable gradient of the magnetic field to the volume of the cube.
Поставленная цель достигается тем, что система состоит из шести пластин, образующих куб, на каждой паре параллельных граней которого аксиально расположены электрически соединенные последовательно катушки с диаметрами, равными ширине грани куба. Питание каждой пары параллельных катушек осуществляется с помощью индивидуальных источников регулировки питания, которые управляются блоком программной регулировки амплитуды и фазы.This goal is achieved in that the system consists of six plates forming a cube, on each pair of parallel faces of which are axially arranged electrically connected in series coils with diameters equal to the width of the face of the cube. The power supply of each pair of parallel coils is carried out using individual power control sources, which are controlled by a program unit for adjusting the amplitude and phase.
На чертеже схематично изображена система электрических катушек.The drawing schematically shows a system of electric coils.
Система электрических катушек для создания градиентного регулируемого магнитного поля в заданном объеме состоит из шести пластин 1, выполненных из электроизоляционного материала, образующих куб. На пластинах выполнены электрические катушки 2, 2', 3, 3', 4, 4'. Направление намотки электрических катушек на параллельных гранях - противоположное. Витки катушек уложены в соответствующие пазы или могут быть изготовлены другими способами. Диаметр катушек равен ширине грани куба, то есть расстоянию между параллельными катушками, что по расстоянию попадает в диапазон между внутренним и внешним диаметром секций системы электрических катушек для создания градиентного магнитного поля [1], составляющими соответственно 0,52 и 1,46 расстояния между электрическими катушками. Каждая пара катушек 2-2', 3-3', 4-4' подключается к выходам индивидуальных источников регулировки питания 5, 6, 7, в которых вырабатывается ток необходимой для создания заданного градиента магнитного поля амплитуды и фазы. Величина амплитуды и фазы тока для каждой пары катушек рассчитывается согласно заданному магнитному полю в блоке программной регулировки амплитуды и фазы 8.The system of electric coils for creating a gradient controlled magnetic field in a given volume consists of six plates 1 made of electrical insulating material, forming a cube. Electric coils 2, 2 ', 3, 3', 4, 4 'are made on the plates. The direction of winding electric coils on parallel faces is the opposite. The turns of the coils are laid in the corresponding grooves or can be made in other ways. The diameter of the coils is equal to the width of the face of the cube, that is, the distance between the parallel coils, which falls in the range between the inner and outer diameters of the sections of the system of electric coils to create a gradient magnetic field [1], respectively 0.52 and 1.46 of the distance between the electric coils. Each pair of coils 2-2 ', 3-3', 4-4 'is connected to the outputs of individual power control sources 5, 6, 7, in which the current is generated to create the specified amplitude and phase magnetic field gradient. The magnitude of the amplitude and phase of the current for each pair of coils is calculated according to a given magnetic field in the program block for adjusting the amplitude and phase 8.
Система работает следующим образом. В блок программной регулировки амплитуды и фазы вводится информация о необходимой величине и направлении градиента магнитного поля. Блок вырабатывает управляющие сигналы, которые поступают на индивидуальные источники регулировки питания. В источниках регулировки питания создается ток требуемой амплитуды и фазы, который подается на входы соответствующих пар параллельных катушек. При протекании тока по одной паре катушек создается магнитное поле с градиентом, направленным перпендикулярно плоскостям катушек. Протекание тока с различной амплитудой и фазой по всем трем парам параллельных катушек позволяет ориентировать вектор градиента магнитного поля в любом направлении в пространстве и с любым значением модуля градиента от нуля до максимального значения.The system operates as follows. Information on the required magnitude and direction of the magnetic field gradient is entered into the program unit for adjusting the amplitude and phase. The unit generates control signals that are fed to individual power control sources. In the sources of power control creates a current of the required amplitude and phase, which is fed to the inputs of the corresponding pairs of parallel coils. When current flows through one pair of coils, a magnetic field is created with a gradient directed perpendicular to the planes of the coils. The flow of current with different amplitude and phase over all three pairs of parallel coils allows you to orient the magnetic field gradient vector in any direction in space and with any value of the gradient modulus from zero to the maximum value.
Источники информацииInformation sources
1. Авт. св. RU 2009519, кл. G 01 R 33/24.1. Auth. St. RU 2009519, cl. G 01 R 33/24.