專利名稱：用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種線圈排布陣列，具體是指一種用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列。
背景技術(shù)：
磁約束方法不僅能運(yùn)用在醫(yī)療器械領(lǐng)域，如今，它已廣泛應(yīng)用于各種工程問(wèn)題中，例如在許多工業(yè)生產(chǎn)部門中，往往需要在不損傷被檢測(cè)材料、工件或設(shè)備的情況下，根據(jù)材料內(nèi)部的異常引起的電磁信號(hào)的變化，來(lái)發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)部有無(wú)缺陷，檢測(cè)的精確性往往決定于所發(fā)射的激勵(lì)電磁信號(hào)的聚焦程度。而目前通常使用的是磁約束方法中的激勵(lì)線圈聚焦，其應(yīng)用效果決定于激勵(lì)線圈電磁場(chǎng)分布的聚焦程度，在理想情況下，激勵(lì)線圈可實(shí)現(xiàn)“磁約束”，傳統(tǒng)的“磁約束”是指以特定的電磁場(chǎng)形態(tài)對(duì)帶電粒子或帶電體的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行約束和控制，而這種控制通常都是在磁場(chǎng)發(fā)生器件內(nèi)部完成的。發(fā)生器或包圍受控區(qū)域，或 位于粒子運(yùn)動(dòng)軌跡之中，但是此時(shí)工程效應(yīng)達(dá)最大，而目前使用的激勵(lì)線圈聚焦性能較差，磁場(chǎng)分布較分散，在實(shí)際應(yīng)用中，激勵(lì)線圈的聚焦性能在強(qiáng)度和深度上均無(wú)法滿足實(shí)際需求，更需要進(jìn)一步的完善。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列，它通過(guò)在三維空間內(nèi)對(duì)線圈進(jìn)行排布，不僅可以實(shí)現(xiàn)“磁約束”，而且聚焦點(diǎn)位于線圈陣列之外，方便在工程上使用。本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列，主要由中心線圈及位于中心線圈所在平面同一側(cè)的周邊線圈排列組成，所述的中心線圈與周邊線圈分別位于以同一點(diǎn)為球心的球面上，中心線圈所在球面的半徑最小，上述技術(shù)方案不僅可以實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的“磁約束”，更關(guān)鍵的是可以使聚焦點(diǎn)位于線圈陣列之外，從而
進(jìn)一步方便在工程上應(yīng)用。為了更精確的將磁場(chǎng)聚焦于某個(gè)區(qū)域內(nèi)，所述中心線圈及周邊線圈與所在球面相切于線圈的幾何中心。本實(shí)用新型中，為了更好的實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案，所述的中心線圈與周邊線圈均呈圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步增強(qiáng)聚焦點(diǎn)處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，所述的周邊線圈設(shè)置有一層以上。為了便于排列線圈并進(jìn)行封裝，所述位于每層上周邊線圈的圓心處于同一圓環(huán)上。進(jìn)一步的，所述位于每層上的周邊線圈首尾依次相切。為了實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的“磁約束”，所述中心線圈及周邊線圈的中軸線相交于所切球面的球心位置，球心位置即為磁場(chǎng)強(qiáng)度最大的聚焦點(diǎn)。為了使磁場(chǎng)聚焦于某一條線上，所述位于同一層上周邊線圈的中軸線相交于一點(diǎn)，該點(diǎn)位于中心線圈的中軸線上。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果(I)本實(shí)用新型通過(guò)將多個(gè)線圈在三維空間內(nèi)進(jìn)行排列形成線圈陣列模型，很大程度上改善了磁約束方法中激勵(lì)線圈電磁場(chǎng)的聚焦性能，使電磁場(chǎng)不僅能聚焦在特定某個(gè)區(qū)域，還能實(shí)現(xiàn)在多個(gè)區(qū)域內(nèi)的聚焦，并且在聚焦的強(qiáng)度和深度上都有很大的改善。(2)本實(shí)用新型排布在三維空間內(nèi)的多個(gè)線圈均為通電線圈，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求可為各子線圈設(shè)置獨(dú)立電源驅(qū)動(dòng)或統(tǒng)一電源驅(qū)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)線圈內(nèi)的電流大小及相位改變磁場(chǎng)聚焦的強(qiáng)度與深度，從而滿足在不同產(chǎn)業(yè)上的運(yùn)用。(3)本實(shí)用新型可將磁場(chǎng)聚焦于線圈陣列之外，更有利于在工程上應(yīng)用，使得在封裝線圈陣列時(shí)不必為待檢測(cè)物體預(yù)留使用空間。(4)本實(shí)用新型的線圈陣列原理簡(jiǎn)單，使用領(lǐng)域廣，不僅能應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域(例如在經(jīng)顱磁刺激療法中的運(yùn)用)，還能運(yùn)用到許多工程環(huán)境中(例如對(duì)工程設(shè)備的內(nèi)部進(jìn)行無(wú)損傷探測(cè))。(5)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可運(yùn)用于多個(gè)領(lǐng)域中，市場(chǎng)前景廣闊，便于推廣使用，并能帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)收益。

圖I為本實(shí)用新型單層線圈的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型單層線圈的左視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)原理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例I該技術(shù)方案所述之磁約束從出發(fā)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，是要在整個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生器件外部的自由空間或介質(zhì)內(nèi)部特定區(qū)域內(nèi)形成足夠強(qiáng)度的聚焦磁場(chǎng)。磁約束線圈陣列由若干子線圈構(gòu)成，由磁場(chǎng)矢量迭加原理，在目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生的總場(chǎng)為各子線圈的矢量和。經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的磁約束線圈陣列及其空間結(jié)構(gòu)，并對(duì)各子線圈以適當(dāng)?shù)募?lì)電流驅(qū)動(dòng)，將能夠有效地加強(qiáng)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)相對(duì)強(qiáng)度，同時(shí)又可以較好地抑制非靶區(qū)部位的磁場(chǎng)相對(duì)強(qiáng)度，從而較好地實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的聚焦。該技術(shù)方案所述之磁約束即是運(yùn)用上述方法，使之在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)比單只線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)更為集中，絕大部分場(chǎng)強(qiáng)所覆蓋的范圍更小，并抑制非目標(biāo)區(qū)域的磁場(chǎng)相對(duì)強(qiáng)度。本技術(shù)方案著重點(diǎn)在于對(duì)磁場(chǎng)形態(tài)，即磁場(chǎng)聚焦性能的改進(jìn)，考慮的是目標(biāo)區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)分布形態(tài)的改進(jìn)，而非對(duì)發(fā)生器所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的絕對(duì)強(qiáng)度的提升。該用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列，主要由中心線圈及周邊線圈排列組成，中心線圈與周邊線圈統(tǒng)稱為子線圈，均為通電線圈。根據(jù)需要檢測(cè)物體的具體情況，各子線圈大小可調(diào)，若應(yīng)用于醫(yī)療器械中，可選用較小的線圈，若要應(yīng)用于大型工程中，則必須選用較大的線圈。本實(shí)用新型可通過(guò)改變每層周邊線圈的圓心所在圓環(huán)的大小，來(lái)改變周邊線圈的磁場(chǎng)分布，選取合適的疊加磁場(chǎng)分布確定線圈陣列的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)將磁場(chǎng)聚焦到某個(gè)特定區(qū)域或多個(gè)區(qū)域。如圖3所不,排布該線圈陣列時(shí)第一,首先選定一點(diǎn)為中心點(diǎn)，以該中心點(diǎn)為球心設(shè)置多個(gè)同心球面，中心線圈位于半徑最小的球面上，該球面上僅設(shè)置中心線圈一個(gè)線圈。本實(shí)用新型中，為比較容易達(dá)到所要求的技術(shù)目的，我們均選用圓環(huán)形線圈，但其它幾何形狀的線圈仍可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，如矩形線圈、三角形線圈等。由于選用的線圈均為平面結(jié)構(gòu)，中心線圈所在平面將同心球面分為大球面、小球面兩部分；第二，設(shè)置周邊線圈的位置，將周邊線圈設(shè)置在大于中心線圈所在球面半徑的球面上，并且安放于中心線圈所在平面的同一側(cè)，由于本實(shí)用新型要求磁場(chǎng)的聚焦點(diǎn)位于線圈陣列之外，所以周邊線圈最好安放于小球面上，否則聚焦點(diǎn)即位于周邊線圈與中心線圈之間的位置上，不利于本實(shí)用新型的推廣應(yīng)用；第三，根據(jù)實(shí)際需要，可設(shè)置多層周邊線圈，周邊線圈均位于同心的球面上，從內(nèi)至外所在球面半徑依次增大，從而進(jìn)一步增強(qiáng)磁場(chǎng)聚焦性；第四，為了便于封裝，位于每層上的周邊線圈首尾依次相切，如此便能較好的確定線圈在三維空間內(nèi)的位置，從而保證聚焦的精確度。如圖I、圖2所示為本實(shí)用新型應(yīng)用于醫(yī)療器械中單層線圈排布陣列的一個(gè)具體實(shí)施例。該線圈陣列由七個(gè)圓環(huán)子線圈組成，中心子線圈半徑為O. 6m，水平放置在某平面，其余六個(gè)周邊子線圈半徑均為O. 5m，且此六個(gè)子線圈的線圈中心在同一圓環(huán)上，該圓環(huán)所在平面與中心線圈所在平面距離為O. 3m。周邊六個(gè)子線圈均放置在與中心子線圈平面成36. 80996 °傾角的平面內(nèi)，且它們均位于中心線圈所在平面同一側(cè)，周邊六個(gè)子線圈的一個(gè)邊緣與中心線圈所在平面相切。本實(shí)用新型中，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的“磁約束”時(shí)，中心線圈及周邊線圈的中軸線相交于所切球面的球心位置，球心位置即為磁場(chǎng)強(qiáng)度最大的聚焦點(diǎn)。本實(shí)用新型中，為了達(dá)到最好的磁場(chǎng)聚焦效果，各子線圈均與所在球面相切于線圈的幾何中心，每層上周邊線圈的圓心最好處于同一圓環(huán)上，上述技術(shù)方案不僅更精確地實(shí)現(xiàn)了磁場(chǎng)的“磁約束”，關(guān)鍵的是還可以使聚焦點(diǎn)位于線圈陣列之外，從而進(jìn)一步方便在工程上應(yīng)用。本實(shí)用新型中各線圈的個(gè)數(shù)，形狀，結(jié)構(gòu)，層數(shù)，空間相對(duì)位置構(gòu)成等都可按實(shí)際需求調(diào)整，注入各線圈的電流大小和相位(含方向)根據(jù)實(shí)際需求磁場(chǎng)分布通過(guò)優(yōu)化算法優(yōu)化所得。本實(shí)用新型的線圈陣列原理簡(jiǎn)單，使用領(lǐng)域廣，不僅能應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域，還能運(yùn)用到許多工程環(huán)境中。實(shí)施例2與實(shí)施例I的區(qū)別僅在于根據(jù)具體情況，一些待檢測(cè)物體可能需要在某一條線上都具有較強(qiáng)的磁場(chǎng)，此時(shí)可調(diào)節(jié)周邊線圈與中心線圈所在平面之間的夾角，位于同一個(gè)球面上的周邊線圈與中心線圈所在平面的夾角最好一致，即位于同一層上周邊線圈的中軸線相交于一點(diǎn)，該點(diǎn)位于中心線圈的中軸線上。如此，便可將磁場(chǎng)聚焦于某個(gè)特定區(qū)域的一條直線上，這條磁聚焦線是若干個(gè)“磁約束”的集合，每層周邊線圈獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)一個(gè)“磁約束”，將多層周邊線圈的“磁約束”集合后便可將磁場(chǎng)聚焦于一條線上，不僅保證了磁場(chǎng)聚焦的效果，而且可以將磁場(chǎng)聚焦從一個(gè)點(diǎn)擴(kuò)大至一條線，使其在某一個(gè)區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)聚焦效果都非常的良好，增加了應(yīng)用的靈活性，進(jìn)一步擴(kuò)大了使用范圍。[0033]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例 ，并非對(duì)本實(shí)用新型做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)上對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列，其特征在于主要由中心線圈及位于中心線圈所在平面同一側(cè)的周邊線圈排列組成，所述的中心線圈與周邊線圈分別位于以同一點(diǎn)為球心的球面上，中心線圈所在球面的半徑最小。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列，其特征在于所述中心線圈及周邊線圈與所在球面相切于線圈的幾何中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列，其特征在于所述的中心線圈與周邊線圈均呈圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列，其特征在于所述的周邊線圈設(shè)置有一層以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列，其特征在于所述位于每層上周邊線圈的圓心處于同一圓環(huán)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列，其特征在于所述位于每層上的周邊線圈首尾依次相切。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列，其特征在于所述中心線圈及周邊線圈的中軸線相交于所切球面的球心位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列，其特征在于所述位于同一層上周邊線圈的中軸線相交于一點(diǎn)，該點(diǎn)位于中心線圈的中軸線上。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于磁聚焦的三維空間線圈排布陣列，主要由中心線圈及位于中心線圈所在平面同一側(cè)的周邊線圈排列組成，所述的中心線圈與周邊線圈分別位于以同一點(diǎn)為球心的球面上，中心線圈所在球面的半徑最小。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使磁聚焦在深度和強(qiáng)度上都有了很大的改善，而且使用領(lǐng)域廣，不僅能應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域，還能運(yùn)用到許多工程環(huán)境中。
文檔編號(hào)G01N27/82GK202523502SQ20122014562
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者萬(wàn)國(guó)超, 劉冀成, 周鑫, 唐軍, 牟翔永, 鄒含, 陸繼慶 申請(qǐng)人:成都信息工程學(xué)院