專利名稱：以渦狀密繞通電線圈產(chǎn)生磁場的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬領(lǐng)域主要是生物磁工程學(xué)，但亦可轉(zhuǎn)用于其它電磁學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
在這些領(lǐng)域中，一項(xiàng)基本技術(shù)就是產(chǎn)生某種狀態(tài)(類型、強(qiáng)度、分布)的頻率不太高的外加磁場，使其通過某個(gè)弱磁性介質(zhì)空間如機(jī)體，并對之發(fā)生特定類型、強(qiáng)度、分布的理化或生物學(xué)效應(yīng)，而且常常要求該效應(yīng)局限于某區(qū)域并達(dá)到特定深部，這往往首先就要求在避免機(jī)械侵入該空間的條件下外加磁場在該弱磁性介質(zhì)空間內(nèi)盡量局限而均勻地分布，典型形態(tài)就是其磁力線從周圍向一中軸以同等程度集中。根據(jù)電磁學(xué)理論，如果其磁源元電流(本申請文件中磁源電流均指傳導(dǎo)電流)在空間上連續(xù)分布，則必然歸元為以磁力線中軸為共軸的連續(xù)排列的同向圓線電流且電流大小相等，其實(shí)物形式即一根通電的細(xì)長絕緣導(dǎo)線共軸密繞成一個(gè)旋轉(zhuǎn)面(即或磁源是磁性材料，其電磁學(xué)性質(zhì)與幾何外形也應(yīng)相當(dāng)于這種形式)，這就是所需磁源的部件的最一般形式。
另外，為進(jìn)一步加強(qiáng)特定深部的效應(yīng)，常采取將外加磁場集中疊加或掃描(后者的前提是效應(yīng)有延續(xù)性，如熱效應(yīng))。為此目的，同時(shí)也為了減少不利影響，外加磁場的作用部位應(yīng)有選擇余地，這往往取決于磁源部件和機(jī)體幾何上的特點(diǎn)及相互關(guān)系。
在現(xiàn)有技術(shù)中，磁源部件的位置及相應(yīng)的形式不外乎兩種情況1.磁源部件在其產(chǎn)生的磁力線的一端或兩端，可稱為“磁頭式”。例如中國專利申請92110106.6公開的一種多功能強(qiáng)磁治療機(jī)，由電容器組在單片機(jī)控制下向一對磁極輸出脈沖信號，將磁極分置于人體兩側(cè)某些穴位形成脈沖強(qiáng)磁場，可用來溶石、排石。不難看出，磁頭作用部位可有選擇余地，但在現(xiàn)有技術(shù)中，磁頭或者是永磁體，或者是少數(shù)線圈，或者是螺線管，外加磁場梯度必然很大，使局限性與均勻性難以兼顧。
2.磁源部件在其產(chǎn)生的磁力線周圍，通常即用通電線圈環(huán)繞部分機(jī)體，簡稱“繞體式”。這樣在線圈內(nèi)部形成了磁路，但卻限制了外加磁場作用部位的選擇性，如還需加強(qiáng)特定深部的效應(yīng)或避開不利作用部位就困難了。
可見，現(xiàn)有技術(shù)未能完善實(shí)現(xiàn)生物磁工程學(xué)的基本要求，而且根本問題就在于磁源線圈的組合方式簡單套用電工學(xué)中的螺線管形式。
本發(fā)明的目的就是從根本上革新磁源部件的形式，從而更好地滿足生物磁工程學(xué)的本質(zhì)性要求，使該領(lǐng)域能有突破性進(jìn)展，并廣泛應(yīng)用到各相關(guān)領(lǐng)域。
本發(fā)明以渦狀密繞通電線圈作為磁頭式的磁源部件。這種磁源部件的一般形式如前述，它的特征可概括為1.“電”，“線”本質(zhì)要點(diǎn)是使磁源電流連續(xù)分布且電流密度大小均等，一般作法即采用一根絕緣長導(dǎo)線，其電阻率均一(盡量減小，可為超導(dǎo)體)，橫截面全等且足夠小(與繞成的旋轉(zhuǎn)面的幾何參數(shù)相比)，通以工作電流Ⅰ;
2.“密”本質(zhì)要點(diǎn)同上，一般作法是盡量縮小相鄰線圈的間隔包括絕緣層厚度;
3.“繞”本質(zhì)要點(diǎn)是使各磁源電流共軸同向環(huán)流，一般作法是將上述導(dǎo)線共軸密繞成一個(gè)旋轉(zhuǎn)面-不包括螺線管或其它現(xiàn)有技術(shù)中的通電線圈組合方式-密繞系數(shù)記作n，與該旋轉(zhuǎn)面的幾何參數(shù)一起稱為該磁源部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
空間某點(diǎn)的磁場強(qiáng)度H就取決于各磁源部件的工作電流、結(jié)構(gòu)參數(shù)及其與該點(diǎn)的位置關(guān)系的參數(shù)(簡稱位置參數(shù))，這些即磁源工作參數(shù)。
可以證明，上述磁源部件若采取磁頭式，則使外加磁場局限而均勻地分布的最佳形式或稱代表形式即平面密繞線圈，這時(shí)結(jié)構(gòu)參數(shù)即密繞系數(shù)n和所繞成的圓環(huán)內(nèi)徑x0，外徑x，所產(chǎn)生的磁力線在以內(nèi)圓為底的一段圓柱內(nèi)較為集中，在中軸上距線圈中心為y處，H=nI2(lnx+x2+y2x0+x20+y2-xx2+y2+x0x20+y2) 設(shè)u=xx0,ν=yx0,]]>則H＝nI2(lnu+u2+ν21+1+ν2-uu2+ν2+11+ν2)]]>H方向符合右手螺旋定則。
在線圈中心處(v＝0)，H＝ (nⅠ)/2 lnu若磁源部件為多個(gè)，則各自產(chǎn)生的H矢量疊加。
該磁源部件一般外型不很大，通過電流頻率也不太高，產(chǎn)生的磁場又主要處于弱磁性介質(zhì)，故可作為集總電路元件并模型化為一個(gè)定常線性電感串聯(lián)和/或并聯(lián)定常線性電阻，共參數(shù)值可由普通電工測量技術(shù)予以分析標(biāo)定。
以上是本發(fā)明的內(nèi)容，與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)1.磁源工作參數(shù)可簡便、靈活、精確地調(diào)整，而原則上就能精確產(chǎn)生任意狀態(tài)的磁場并且-在頻率不太高時(shí)-較為局限而均勻地穿過一段弱磁性介質(zhì)空間如機(jī)體，這樣非常有利于調(diào)控在一定深度的局部發(fā)生特定類型、強(qiáng)度、分布的效應(yīng);
2.可將外加磁場集中疊加或掃描以進(jìn)一步加強(qiáng)特定深部的效應(yīng)，并避開不利的作用部位;
3.可避免機(jī)械侵入該弱磁性介質(zhì)空間。
本發(fā)明在實(shí)施中與現(xiàn)有的用通電線圈產(chǎn)生磁場的磁技術(shù)的區(qū)別僅僅在于線圈的組合方式，其它方面原則上相同，較完善的實(shí)施系統(tǒng)除磁源外還包括以下裝置及技術(shù)(一)提供磁源工作條件的部分，包括1.磁屏蔽將一切可能干擾所需外加磁場的磁場屏蔽在外，其實(shí)施符合普通磁屏蔽技術(shù)。
2.磁源電源向相互并聯(lián)的各磁源部件提供電能，其實(shí)施符合普通電工技術(shù)。
3.其它如使磁源部件導(dǎo)線成為超導(dǎo)體的低溫技術(shù)等。
(二)磁源工作參數(shù)的受控部分，包括1.磁源電流的受控部分向各磁源部件輸出可控的工作電流，包括在磁源部件總電路中輸出總工作電流的部分和在各磁源部件分電路中輸出分部件工作電流的部分，其實(shí)施符合普通電子電工技術(shù)。
2.磁源部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的受控部分各磁源部件兩端均有選擇接頭，原則上能選擇性接通該部件任意兩個(gè)不相鄰線圈，其實(shí)施符合普通電工技術(shù)。
3.磁源位置參數(shù)的受控部分用來調(diào)控各磁源部件與外加磁場作用部位的位置關(guān)系，其實(shí)施符合普通機(jī)械移位技術(shù)。
(三)磁源工作參數(shù)及效應(yīng)相關(guān)參數(shù)、效應(yīng)參數(shù)的監(jiān)測部分，包括1.磁源電流的監(jiān)測部分檢測各磁源部件工作電流，其實(shí)施符合普通電流測量技術(shù)。
2.磁源部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的監(jiān)測部分檢查各磁源部件兩端接頭情況，其實(shí)施符合普通電工技術(shù)。
3.磁源位置參數(shù)的監(jiān)測部分測量各磁源部件與外加磁場作用部位的位置關(guān)系，其實(shí)施符合普通機(jī)械移位測量技術(shù)。
4.效應(yīng)相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測部分檢測外加磁場在其工作介質(zhì)或模擬介質(zhì)中的磁介質(zhì)參數(shù)及其它效應(yīng)相關(guān)參數(shù)，其實(shí)施符合相應(yīng)的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)檢測技術(shù)。
5.效應(yīng)參數(shù)的監(jiān)測部分檢測外加磁場在其工作介質(zhì)或模擬介質(zhì)中的磁場狀態(tài)參數(shù)及其它效應(yīng)參數(shù)，其實(shí)施符合相應(yīng)的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)檢測技術(shù)。
(四)反饋控制部分根據(jù)生物磁工程學(xué)對外加磁場狀態(tài)的具體要求，制定磁源工作參數(shù)值及其范圍，向磁源工作參數(shù)的受控部分發(fā)出控制信息，并收集監(jiān)測部分的實(shí)測信息，進(jìn)行比較、分析、相應(yīng)作出調(diào)整。其實(shí)施的理論依據(jù)是外加磁場效應(yīng)的機(jī)理模型和磁源工作參數(shù)與外加磁場狀態(tài)的關(guān)系，實(shí)施手段最好借助電腦與自動化技術(shù)。該部分包括1.短饋控制部分對磁源各工作參數(shù)分別短饋控制。
2.長饋控制部分收集磁源工作參數(shù)及效應(yīng)相關(guān)參數(shù)的實(shí)測信息，得出理論效應(yīng)參數(shù)值，與實(shí)測的及制定的效應(yīng)參數(shù)值進(jìn)行比較、分析，對控制信息作相應(yīng)調(diào)整。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明所屬領(lǐng)域主要是生物磁工程學(xué)，主題是產(chǎn)生通過機(jī)體等弱磁性介質(zhì)空間的非高頻外加磁場的磁源部件的形式，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明特征為以渦狀密繞通電線圈作為磁頭式磁源部件，在避免機(jī)械侵入該弱磁性介質(zhì)空間的條件下，使外加磁場在該空間內(nèi)更為局限而均勻地分布，而外加磁場作用部位仍有選擇余地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦狀密繞通電線圈，其特征為將一根通以工作電流的絕緣導(dǎo)線共軸密繞成一個(gè)旋轉(zhuǎn)面-不包括螺線管或其它現(xiàn)有技術(shù)中的通電線圈組合方式-所用導(dǎo)線電阻率均一，橫截面全等且足夠小(與繞成的旋轉(zhuǎn)面幾何參數(shù)相比)，并盡量縮小相鄰線圈的間隔包括絕緣層厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁頭式磁源部件，其特征為磁源部件在其產(chǎn)生的磁力線的一端或兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦狀密繞通電線圈，作為根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁頭式磁源部件，代表形式為平面密繞線圈，其特征為通電導(dǎo)線密繞成一個(gè)平面圓環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明為以渦狀密繞通電線圈產(chǎn)生磁場的裝置，所屬領(lǐng)域主要是生物磁工程學(xué)，主題是產(chǎn)生通過機(jī)體等弱磁性介質(zhì)空間的非高頻外加磁場的磁源部件的形式，其特征為以渦狀密繞通電線圈作為磁頭式磁源部件，在避免機(jī)械侵入該弱磁性介質(zhì)空間的條件下，使外加磁場在該空間內(nèi)更為局限而均勻的分布，而外加磁場作用部位仍有選擇余地?？捎糜诟飨嚓P(guān)領(lǐng)域，使外加磁場在弱磁性介質(zhì)空間內(nèi)一定深度的局部發(fā)生特定類型、足夠強(qiáng)度的效應(yīng)。
文檔編號H01F7/20GK1097895SQ9410594
公開日1995年1月25日 申請日期1994年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月4日
發(fā)明者郭曉峰 申請人:郭曉峰