一种便携式核磁共振永磁体制造技术

本实用新型专利技术实施例公开了一种便携式核磁共振永磁体，所述便携式核磁共振永磁体包括多组横截面相同且为环形的海尔贝克阵列永磁体，这些海尔贝克阵列永磁体依次端面重合轴向对接，且从轴向中心位置向两侧依次采用剩余磁化强度逐渐增大的磁块。本方案的永磁体用以解决现有技术中的核磁共振永磁体装置体积和重量过大，磁场均匀性不好，温度稳定性不好，造价成本过高，使用维护复杂，使用场景受限等问题。使得核磁共振系统不仅能在实验室中使用，还能在更加复杂的户外环境下使用。

A Portable Nuclear Magnetic Resonance Permanent Magnet

【技术实现步骤摘要】
一种便携式核磁共振永磁体
本技术涉及核磁共振
，具体涉及一种便携式核磁共振永磁体。
技术介绍
永磁体是核磁共振系统中最重要的组成部分之一，它用来产生恒定的静磁场并用来磁化待测量的物质。永磁体和大型的超导磁体相比，具有体积小、重量轻、维护成本低等优势，因此，近年来永磁体在核磁共振系统中的应用也越来越多。但是，永磁体自身也存在着温度稳定性不好、磁场均匀度不高等缺陷。在核磁共振测量中，样品被放置在磁体中磁场最均匀的区域，样品被磁场磁化以后，线圈发射与该磁场强度相对应频率的射频场来激发原子核产生共振。如果磁场的稳定性不好，那么核磁共振频率就很容易发生偏移；如果磁场的均匀性不好，那么能满足共振条件的样品数量也就很有限。因此，永磁体存在的上述缺陷，对核磁共振测量而言恰恰又是非常不利的，它制约了永磁核磁共振系统的推广和发展。现有的核磁共振永磁体装置，大部分都采用N极和S极平行相对的H型磁体设计，这种类型的永磁体产生的均匀磁场的区域都比较小，而且磁场的均匀度高度依赖于磁极之间的平行度。为了产生较大的均匀场区域，就需要使用大量的稀土永磁材料。而为了提高磁体的温度稳定性，这种类型的磁体通常还需要一个加热装置和保温装置，以此来将磁体恒定保持在一个高于室温的环境中。因此，这种类型的永磁体在体积和重量上都比较大，而且系统也相对复杂，磁体的加热和保温都需要消耗外界能量，必须外加电源，这些局限性也限制了该类型的永磁体只能在实验室条件下使用。还有一种被称为海尔贝克阵列(HalbachArray)的永磁体，也能应用在核磁共振系统中。该类型的永磁体(如图3所示)具有圆柱形的外观，在其圆周截面为环形，由按照特定磁化方向有序排列的磁块阵列组成，如扇形磁块、三角形磁块、梯形磁块、矩形磁块、多边形磁块等。该类型的磁体在圆周截面上的磁场均匀性很好。但是在轴向方向上，实际的Halbach阵列永磁体长度总是有限的，由于边缘效应导致磁场从中心向两端呈逐渐衰减的趋势，这使得轴向上可利用的均匀磁场空间也较为有限。为了增加轴向上的均匀场长度，一个方法是增加整个磁体的长度，但是由此会导致磁体的体积和重量都加大，磁体的成本也将随之大幅增加。
技术实现思路
本技术实施例的目的在于提供一种便携式核磁共振永磁体，用以解决现有技术中的核磁共振永磁体装置体积和重量过大，磁场均匀性不好，温度稳定性不好，造价成本过高，使用维护复杂，使用场景受限等问题。该便携式核磁共振永磁体是在海尔贝克阵列永磁体的基础上进行的改进，从而提高了核磁共振系统的便携性及稳定性，使得核磁共振系统不仅能在实验室中使用，还能在更加复杂的户外环境下使用。为实现上述目的，本技术实施例提供一种便携式核磁共振永磁体，所述便携式核磁共振永磁体包括多组横截面相同且为环形的海尔贝克阵列永磁体，这些海尔贝克阵列永磁体依次端面重合对接，且从中心位置向两侧依次采用剩余磁化强度逐渐增大的磁块。通过由中心位置向两侧依次采用剩余磁化强度(Br)逐渐增大的磁块，以通过逐渐增大的剩磁来弥补Halbach阵列永磁体由于边缘效应导致磁场从轴向中心向两端逐渐衰减的趋势。并且，通过目前成熟的商业电磁场仿真软件(如ANSYS)，根据永磁体设计所要求的均匀场轴向长度和各磁块的不同剩余磁化强度就可以计算出每组Halbach阵列永磁体所需的长度。进一步的，所述便携式核磁共振永磁体包括三组所述海尔贝克阵列永磁体，中间的海尔贝克阵列永磁体包括剩余磁化强度较小的磁块；两侧对称位置的海尔贝克阵列永磁体相同且包括剩余磁化强度较大的磁块。两侧的海尔贝克阵列永磁体相同意味着其组成磁块的材料、形状、排列方式等相同，且作为阵列永磁体的长度也相同，实际上为相对于中间的海尔贝克阵列永磁体呈对称分布。进一步的，所述便携式核磁共振永磁体包括三组以上的奇数组所述海尔贝克阵列永磁体，例如5组或7组；相对于中间位置的海尔贝克阵列永磁体，两侧对称位置的海尔贝克阵列永磁体相同，且由中间位置向两侧方向的海尔贝克阵列永磁体的剩余磁化强度依次增大。以此类推，本技术的永磁体可以包括更多奇数组海尔贝克阵列永磁体，除处于中间位置的Halbach阵列永磁体外，其余的Halbach阵列永磁体成对出现，每对包括两组相同的Halbach阵列永磁体，且各对永磁体的剩余磁化强度依次增大。在组成本技术的永磁体时，由中间位置向两侧依次排列剩余磁化强度依次增大的Halbach阵列永磁体。这些Halbach阵列永磁体的长度可以灵活设置，例如可以将每组Halbach阵列永磁体的长度设置得较小，而组数较多，以便达到永磁体设计所要求的均匀场各项性能参数。在一个实施方案中，两侧对称位置的海尔贝克阵列永磁体采用相同的磁性材料作为磁块。进一步的，所述便携式核磁共振永磁体中的磁块均为钐钴永磁材料制成。该设计方案使用的钐钴永磁体，温度稳定性极好，在室温条件下，核磁共振频率的偏移很小，能满足各种复杂工况下的使用。由于不需要加热和保温装置，该设计方案的永磁体装置体积小、重量轻，特别适用于便携式核磁共振系统。本技术实施例的设计方案，在不增加稀土永磁材料用量的前提下，能有效增加均匀场在轴向上的长度，从而使得核磁共振系统可测量的区域及可测样品的数量都能增加。为了提高磁体的温度稳定性，使得磁体在温度变化范围较大的户外环境下也能正常工作，本技术实施例的永磁体采用钐钴永磁材料。钐钴永磁材料的温度稳定性极好，虽然价格是同体积钕铁硼材料的三至五倍，但对于Halbach阵列磁体来说，它最大的优点就是能以较小的磁材用量而产生较强的磁场。特别是采用本技术实施例的优化改进方案后，磁性材料的用量不会增加，因此使用钐钴材料，磁体的成本仍相对较低。在一个实施方案中，所述便携式核磁共振永磁体包括三组所述海尔贝克阵列永磁体，中间的海尔贝克阵列永磁体中的磁块为SmCo24磁性材料，两侧的海尔贝克阵列永磁体中的磁块为SmCo26磁性材料。SmCo26相比SmCo24的剩余磁化强度更大。以上设置在不增加磁性材料用量的前提下，可以大幅改善轴向方向的磁场均匀度，增加核磁共振系统的测量区域，进一步增加待测样品的数量。进一步的，中间的海尔贝克阵列永磁体的长度为两侧的海尔贝克阵列永磁体的长度的4倍。这一比例为一种具有普遍适用性的设置。当然每组磁块的长度具体还需要根据磁体的设计指标，以及材料的Br进行优化计算。因此，这里给出的长度比值只是一种实施方案，不代表对本技术实施例技术方案的限制。本技术实施例具有如下优点：1、在不增加体积和成本的基础上，可以大幅改善轴向方向的磁场均匀度，增加核磁共振系统的测量区域，进一步增加待测样品的数量。2、体积小巧，便于携带；提高了核磁共振系统的便携性及稳定性，使得核磁共振系统不仅能在实验室中使用，还能在更加复杂的户外环境下使用。3、在现有Halbach阵列永磁体的基础上进行改进，便于制造，便于推广。附图说明图1为本技术一个实施例提供的便携式核磁共振永磁体的垂直于长度方向的剖面示意图。图2为实施例2中的SmCo26/24/26磁性材料永磁体相比于SmCo24磁性材料永磁体在磁体中轴线上的磁场变化曲线对比图。图3为现有技术中一种Halbach阵列永磁体的剖面结构示意图，其中磁块上的箭头表示充磁方向。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式核磁共振永磁体，其特征在于，所述便携式核磁共振永磁体包括多组横截面相同且为环形的海尔贝克阵列永磁体，这些海尔贝克阵列永磁体依次端面重合对接，且从中心位置向两侧依次采用剩余磁化强度逐渐增大的磁块。

【技术特征摘要】
1.一种便携式核磁共振永磁体，其特征在于，所述便携式核磁共振永磁体包括多组横截面相同且为环形的海尔贝克阵列永磁体，这些海尔贝克阵列永磁体依次端面重合对接，且从中心位置向两侧依次采用剩余磁化强度逐渐增大的磁块。2.根据权利要求1所述的便携式核磁共振永磁体，其特征在于，所述便携式核磁共振永磁体包括三组所述海尔贝克阵列永磁体，中间的海尔贝克阵列永磁体包括剩余磁化强度较小的磁块；两侧对称位置的海尔贝克阵列永磁体相同且包括剩余磁化强度较大的磁块。3.根据权利要求1所述的便携式核磁共振永磁体，其特征在于，所述便携式核磁共振永磁体包括三组以上的奇数组所述海尔贝克阵列永磁体；相对于中间位置的海尔贝克阵列永磁体，两侧对称位置的海...

【专利技术属性】
技术研发人员：张善文，张斯文，
申请(专利权)人：北京拉莫尔科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11