超導磁體的降場電路和方法
2023-12-09 20:48:21 1
超導磁體的降場電路和方法
【專利摘要】一種超導磁體的降場電路和方法，所述降場電路包括：磁體線圈，包括多個串聯的超導線圈；低溫開關，並聯於所述磁體線圈的兩端；還包括：卸能裝置，並聯於所述磁體線圈的兩端，所述卸能裝置導通的閾值電壓低於所述磁體線圈產生的感應電壓；監測單元，用於監測是否已對所述超導磁體完成降場。本技術方案提供的超導磁體的降場電路和方法，能夠在不引發磁體線圈失超的情況下快速有效地完成對超導磁體的降場。
【專利說明】超導磁體的降場電路和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及磁共振【技術領域】，特別涉及超導磁體的降場電路和方法。
【背景技術】
[0002]磁體是磁共振成像(MRI,Magnetic Resonance Imaging)系統中的核心部件，為成像提供所需要的磁場環境。目前，MRI系統中的磁體可分為永磁體、常導磁體、超導磁體等類型，超導磁體能夠產生均勻度好、穩定性高的磁場。
[0003]圖1所示為現有的一種超導磁體的主電路原理圖，包括:磁體線圈10、低溫開關
12、勵磁電源13、導線14和失超保護電路(圖未示)。磁體線圈10由9個單獨的超導線圈串聯組成。低溫開關12是一段包含加熱器的超導線，當給加熱器接通電源後，低溫開關12中的超導線因溫度升高呈高阻狀態，低溫開關12斷開，當撤去加熱器的電源後，低溫開關12恢復到超導狀態，低溫開關12閉合。低溫開關12並聯於磁體線圈10的兩端，與磁體線圈10—起密封於裝有液氦的液氦罐內。勵磁電源13為低電壓大電流的直流輸出電源，當磁體勵磁時,處於室溫中的勵磁電源13通過導線14向磁體線圈10提供均勻變化的電源電流。勵磁開始前，需要斷開低溫開關12，即給低溫開關12中的加熱器接通電源。在勵磁電源13向磁體線圈提供均勻變化的電源電流過程中，電源電流流過磁體線圈10，只有極小的電源電流流過低溫開關12。當電源電流均勻變化到磁體所需要的預定電流時，閉合低溫開關12，即撤去低溫開關12中的加熱器的電源，低溫開關12的溫度冷卻到液氦溫度，此時低溫開關12變為超導狀態。低溫開關12閉合後，電源電流由勵磁電源13流向低溫開關12，勵磁電源13提供的電源電流由預定電流向零均勻減小，流過低溫開關12的電流由零向預定電流均勻增大，此時，流經低溫開關12中的電流的增加量剛好等於勵磁電源13提供的電源電流的減少量。當勵磁電源13提供的電源電流均勻變化到零時，也即流過低溫開關12的電流均勻變化到預定電流時，拆除導線14。此時，在磁體線圈10和低溫開關12之間閉環運行的電流維持在預定值。
[0004]在電源電流從零向預定電流增加的過程中，當電源電流增加到一個較大的電流(例如500A)時，如果電源電流由於某種原因被突然中斷，在缺少開關保護措施的情況下，磁體線圈10中的電流只能流過低溫開關12。此時低溫開關12處於斷開狀態，其電阻值約為30 Ω，電流耗散在低溫開關12上的熱量將燒毀低溫開關12。為保護低溫開關12，大多數超導磁體的主電路還包括開關保護單元11。開關保護單元11包括串聯的三對整流二極體:整流二極體對11a、整流二極體對Ilb和整流二極體對11c，每對整流二極體包括兩個整流二極體，一個整流二極體的陽極端與另一個整流二極體的陰極端連接。開關保護單元11和低溫開關12 —樣並聯於磁體線圈10的兩端，與磁體線圈10 —起密封於裝有液氦的液氦罐內。電源電流被突然中斷時，由於開關保護單元11的存在，低溫開關12兩端的壓降一旦超過開關保護單元11導通的閾值電壓，開關保護單元11導通，絕大部分電流會流過開關保護單元11，只有極少量電流流過低溫開關12，這樣避免了低溫開關12被燒毀。因此，開關保護單元11對低溫開關12起保護作用。在正常的勵磁過程中，開關保護單元11必須處於非導通狀態，所以開關保護單元11導通的閾值電壓要適當高於磁體線圈10的感應電壓U，其中U = -L*dl/dt，其中，L是磁體線圈10的電感，dl/dt是磁體線圈10中電流的變化率，表不感應電壓U的正負方向與勵磁電源13的輸出電壓正負方向相反。勵磁電源13的輸出電壓為磁體線圈10上的感應電壓U與導線14上的壓降之和。通常地，勵磁電源13的輸出電壓為10V，導線14上的壓降為IV至2V，感應電壓U為8V至9V。
[0005]超導磁體產生的磁場維持很長一段時間後，由於存在補加液氦、設備維修或者磁場衰減後重新對磁體勵磁等情況，需要人為地對超導磁體進行降場。對超導磁體降場就是把磁體線圈10內的電流完全降為零，同時避免降場過程中磁體線圈10和低溫開關12產生失超。如果在降場過程中磁體線圈10出現失超，將會引起液氦的大量揮發，造成成本浪費。現有技術中，對磁體的降場是依靠大功率電源內部自身的負載電阻消耗磁體線圈10的電流來完成的。以圖1所示的超導磁體主電路為例，在對磁體降場時，將磁體線圈10通過導線14與勵磁電源13連接，當勵磁電源13的電源電流從零向上均勻變化至預定電流後，斷開低溫開關12，此時低溫開關12中的電流幾乎為零，電流在磁體線圈10和勵磁電源13之間流動，利用勵磁電源13內部自身的負載電阻消耗磁體線圈10中的電流，使電流從預定電流向下均勻變化至零，從而完成降場。
[0006]然而，由於磁體線圈10的電感L很大，勵磁電源13內部自身的負載電阻很小，不足以消耗掉磁體線圈10中的電流，以至於電源電流無法從預定值向下均勻變化至零，也就無法完成對超導磁體的降場。
【發明內容】
[0007]本發明解決的是由於磁體線圈電感很大所造成的利用大功率電源內部自身的負載電阻無法給超導磁體降場的問題。
[0008]為解決上述問題，本發明提供了一種超導磁體的降場電路，包括:磁體線圈，包括多個串聯的超導線圈；低溫開關，並聯於所述磁體線圈的兩端；還包括:卸能裝置，並聯於所述磁體線圈的兩端，所述卸能裝置導通的閾值電壓低於所述磁體線圈產生的感應電壓；監測單元，用於監測是否已對所述超導磁體完成降場。
[0009]可選的，還包括並聯於所述磁體線圈兩端的開關保護單元，所述開關保護單元導通的閾值電壓高於所述磁體線圈產生的感應電壓。
[0010]可選的，所述監測單元包括第一電流監測儀。
[0011]可選的，所述監測單元包括第一電壓監測儀。
[0012]可選的，所述監測單元包括磁強計。
[0013]可選的，所述超導磁體的降場電路還包括第二電流監測儀以及串聯的勵磁電源和第一控制開關，所述串聯的勵磁電源和第一控制開關並聯於所述磁體線圈的兩端，所述第二電流監測儀用於監測流過所述勵磁電源的電流。
[0014]可選的，所述開關保護單元包括串聯的第一數量的整流二極體對，所述整流二極體對包括兩個整流二極體，一個整流二極體的陽極端與另一個整流二極體的陰極端連接，所述整流二極體為矽整流二極體。
[0015]可選的，所述卸能裝置包括串聯的第二數量的所述整流二極體對。
[0016]可選的，所述卸能裝置包括:第一二極體組件，包括第三數量的所述整流二極體對、第四數量的金屬模型對、金屬墊板和外套絕緣套管的金屬橫梁，所述金屬墊板置於所述整流二極體對及所述金屬模型對之間，以串聯所有整流二極體對和金屬模型對，所述金屬橫梁用於緊固所述金屬墊板，所述整流二極體使用圓盤狀封裝，所述金屬模型對的外形尺寸與所述整流二極體對相同；第二二極體組件，包括第五數量的所述整流二極體對、第六數量的所述金屬模型對、所述金屬墊板和所述金屬橫梁，所述第二二極體組件的結構與所述第一二極體組件的結構相同，所述第三數量與所述第五數量之和為所述第二數量，所述第三數量與所述第四數量之和等於所述第五數量與所述第六數量之和；襯託板，用於固定堆疊放置的所述第一二極體組件和所述第二二極體組件；拉杆，通過螺帽固定於所述襯託板的四周；連接板，用於串聯堆疊放置的所述第一二極體組件和所述第二二極體組件；絕緣板，置於堆疊放置的所述第一二極體組件和所述第二二極體組件之間，隔離所述第一二極體組件和所述第二二極體組件；第一接線端和第二接線端，通過金屬板分別與所述串聯的第二數量的所述整流二極體對的兩端連接。
[0017]可選的，所述卸能裝置包括並聯的兩組電阻和整流二極體組，每組電阻和整流二極體組包括串聯的第七數量的電阻和第八數量的整流二極體，並聯時一組電阻和整流二極體組中二極體的陽極端與另一組電阻和整流二極體組中二極體的陰極端連接。
[0018]可選的，所述卸能裝置包括第二控制開關和第九數量的電阻，所述第二控制開關與所述第九數量的電阻串聯。
[0019]為解決上述問題，本發明還提供了一種對超導磁體進行降場的方法，包括:對卸能裝置進行預冷，所述卸能裝置導通的閾值電壓低於磁體線圈產生的感應電壓，所述磁體線圈包括多個串聯的超導線圈；通過帶有接頭的導線將所述卸能裝置並聯於所述磁體線圈的兩端；安裝監測單元；斷開低溫開關，所述低溫開關並聯於所述磁體線圈的兩端；觀察所述監測單元，判斷降場是否完成。
[0020]為解決上述問題，本發明還提供了另外一種對超導磁體進行降場的方法，包括:對卸能裝置進行預冷，所述卸能裝置導通的閾值電壓低於磁體線圈產生的感應電壓，所述磁體線圈包括多個串聯的超導線圈；通過帶有接頭的導線將串聯的勵磁電源和第一控制開關並聯於所述磁體線圈的兩端；通過帶有接頭的導線將所述卸能裝置並聯於所述串聯的勵磁電源和第一控制開關的兩端；安裝監測單元和第二電流監測儀；閉合所述第一控制開關；觀察所述第二電流監測儀，當流過低溫開關的電流為零時，斷開所述低溫開關，所述低溫開關並聯於所述磁體線圈的兩端；斷開所述第一控制開關；觀察所述監測單元，判斷降場是否完成。
[0021]與現有技術相比，本發明技術方案提供的超導磁體的降場電路和方法，通過控制卸能裝置兩端的導通電壓小於磁體線圈的感應電壓，在降場時使磁體線圈中的電流消耗在卸能裝置上，能夠在較短時間內完成對超導磁體的降場，同時在降場過程中不會引發磁體線圈的失超。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是現有的一種超導磁體的主電路原理圖；
[0023]圖2是本發明實施例一的超導磁體的降場電路原理圖；
[0024]圖3A是本發明實施例的卸能裝置的結構示意圖；[0025]圖3B是本發明實施例的卸能裝置的第一二極體組件的結構示意圖；
[0026]圖3C是本發明實施例的卸能裝置的第二二極體組件的結構示意圖；
[0027]圖4是本發明實施例一的對超導磁體進行降場的方法流程示意圖；
[0028]圖5是本發明實施例二的超導磁體的降場電路原理圖；
[0029]圖6是本發明實施例二的對超導磁體進行降場的方法流程示意圖；
[0030]圖7A是本發明實施例的卸能裝置一種結構的電路原理圖；
[0031]圖7B是本發明實施例的卸能裝置另一種結構的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0032]為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖和實施例對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0033]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0034]正如【背景技術】中所描述的，對超導磁體進行不引發磁體線圈失超的人為降場是一項技術難題，現有技術通過勵磁電源內部自身的負載電阻消耗磁體線圈中的電流進行降場。但由於勵磁電源內部自身的負載電阻很小，磁體線圈的電感很大，負載電阻不足以消耗掉磁體線圈中的電流，也就無法完成對超導磁體進行降場。本發明技術方案提供了一種超導磁體的降場電路，通過控制超導磁體電路中卸能裝置導通的閾值電壓小於磁體線圈產生的感應電壓，使磁體線圈中的電流消耗在卸能裝置上，能夠在較短時間內完成對超導磁體的降場，同時不會引發磁體線圈失超。
[0035]以下結合附圖對本發明的超導磁體的降場電路進行詳細的說明。參照圖2所示，本發明實施例一的降場電路原理圖，包括:磁體線圈10、低溫開關12、卸能裝置20和監測單元21。為在勵磁過程中保護低溫開關12，所述降場電路還包括開關保護單元11。需要說明的是，在其他實施例中，所述降場電路也可以不包括開關保護單元。
[0036]所述磁體線圈10包括多個串聯的超導線圈，例如圖2所示為9個。所述開關保護單元11導通的閾值電壓高於所述磁體線圈10產生的感應電壓，在本實施例中，所述開關保護單元11包括串聯的多個整流二極體對，所述整流二極體對包括兩個整流二極體，一個整流二極體的陽極端與另一個整流二極體的陰極端連接，所述整流二極體為矽整流二極體。如圖2所示，本實施例中，所述開關保護單元11包括3個所述整流二極體對。所述低溫開關12是一段包含加熱器的超導線，當給加熱器接通電源後，所述低溫開關12中的超導線因溫度升高呈高阻狀態，所述低溫開關12斷開，當撤去加熱器的電源後，所述低溫開關12恢復到超導狀態，所述低溫開關12閉合。所述開關保護單元11和所述低溫開關12都並聯在所述磁體線圈10的兩端，與所述磁體線圈10 —起密封於裝有液氦的液氦罐內。所述卸能裝置20導通的閾值電壓低於所述磁體線圈10產生的感應電壓，在本實施例中，所述卸能裝置20包括串聯的多個整流二極體對，所述多個整流二極體對與所述開關保護單元11中的整流二極體對的電氣連接方式與整流二極體的型號相同。如圖2所示，在本實施例中，所述卸能裝置20包括4個所述整流二極體對。
[0037]在本實施例中，還給出了卸能裝置20的一種結構，如圖3A右側圖所示。所述卸能裝置20包括第一二極體組件(圖3B所示)、第二二極體組件(圖3C所示)、連接板31、襯託板32、拉杆33、絕緣板(圖未示出)、第一接線端A和第二接線端B。為清楚地表示所述卸能裝置20的結構，圖3A左側圖示出了所述第一二極體組件和所述第二二極體組件堆疊放置形成的二極體組件30放置的方式。
[0038]所述第一二極體組件包括多個所述整流二極體對、多個金屬模型對、金屬墊板和外套絕緣套管的金屬橫梁，所述金屬墊板置於所述整流二極體對及所述金屬模型對之間，以串聯所有整流二極體對和金屬模型對，所述金屬橫梁用於緊固所述金屬墊板，所述整流二極體以圓盤狀封裝，所述金屬模型對的外形尺寸與所述整流二極體對相同，能夠起到導電和散熱的作用。所述第二二極體組件的結構與所述第一二極體組件的結構相同，只是所述整流二極體對和所述金屬模型對的數量可能存在差異。所述第一二極體組件與所述第二二極體組件的結構對稱，即所述第一二極體組件中所述整流二極體對和所述金屬模型對的數量和與所述第二二極體組件中所述整流二極體對和所述金屬模型對的數量和相等。
[0039]圖3B所示為本發明實施例的卸能裝置20的第一二極體組件的結構示意圖，包括3對以圓盤狀封裝的整流二極體，第一對整流二極體包括整流二極體dl和整流二極體d4，第二對整流二極體包括整流二極體d2和整流二極體d5，第三對整流二極體包括整流二極體d3和整流二極體d6。每對整流二極體之間通過金屬墊板串聯在一起，即所述第一對整流二極體和所述第二對整流二極體通過金屬墊板m31串聯，所述第二對整流二極體和所述第三對整流二極體通過金屬墊板m32串聯，串聯後的整流二極體對兩端分別連接金屬板ml和金屬板m6。串聯後的每對整流二極體中，一個整流二極體的陽極端與另一個整流二極體的陰極端連接。所述第一二極體組件還包括外套絕緣套管m8的金屬橫梁m7，所述金屬橫梁m7用於緊固所述金屬墊板和所述金屬板。在本實施例中，所述金屬墊板包括鋁板和無氧銅圓盤對，所述無氧銅圓盤對夾於所述鋁板之間，即所述金屬墊板m31包括鋁板m2、鋁板m3以及位於招板m2和招板m3之間的無氧銅圓盤對,所述金屬墊板m32包括招板m4、招板m5以及位於鋁板m4和鋁板m5之間的無氧銅圓盤對。所述金屬板ml和所述金屬板m6也為鋁板。所述金屬墊板和所述金屬板用於導通所述3對整流二極體，並在所述整流二極體工作時起散熱作用。需要說明的是，所述無氧銅圓盤對和所述鋁板與其他金屬材料相比，導電能力強，散熱效果好，是本發明方案的優選實施方式。在其他實施例中，所述金屬墊板和所述金屬板也可以由不鏽鋼代替，或者由其他導通電阻小的金屬代替。所述絕緣套管m8是塑料管，在所述金屬橫梁m7和所述金屬墊板之間起電氣絕緣的作用，防止所述整流二極體對之間通過所述金屬橫梁m7短路。
[0040]圖3C所示為本發明實施例的卸能裝置20的第二二極體組件的結構示意圖，所述第二二極體組件與所述第一二極體組件的結構相同，只是所述第二二極體組件只有一對使用圓盤狀封裝的整流二極體，即整流二極體d7和整流二極體d8，另兩對整流二極體的位置使用了兩個金屬模型對代替，即金屬模型m9和金屬模型ml2，金屬模型mlO和金屬模型mil。所述金屬模型為無氧銅圓盤，具有很好地導電和散熱作用。需要說明的是，在本實施例中，所述整流二極體對的數量是4，所述第一二極體組件包括3個所述整流二極體對，所述第二二極體組件包括I個所述整流二極體對和兩個金屬模型對，在其他實施例中，也可以有其他分配方式，比如，所述第一二極體組件和所述第二二極體組件均包括兩個所述整流二極體對和一個所述金屬模型對。[0041]圖3A右側圖所示為將所述第一二極體組件和所述第二二極體組件串聯堆疊組合後的卸能裝置20的結構圖。所述第一二極體組件和所述第二二極體組件通過所述連接板31串聯在一起，形成串聯的四對整流二極體，堆疊安裝於所述襯託板32上，所述襯託板32的四周具有通過螺帽緊固的拉杆33。在堆疊放置的所述第一二極體組件和所述第二二極體組件之間具有絕緣板，用於隔離所述第一二極體組件和所述第二二極體組件。所述卸能裝置20的兩端還具有第一接線端A和第二接線端B，通過金屬板分別與串聯的4個所述整流二極體對的兩端連接。在本實施例中，所述連接板31為無氧銅板，所述襯託板32和所述絕緣板為具有一定厚度的環氧樹脂板，所述拉杆33為不鏽鋼拉杆。為保證電氣絕緣，在安裝時，所述拉杆33與所述第一二極體組件和所述第二二極體組件之間具有一定的距離，相鄰處用絕緣膠帶纏繞。
[0042]所述卸能裝置20採用上述兩個整流二極體組件堆疊串聯的結構，能夠有效地節省放置空間，方便移動。尤其是所述整流二極體採用圓盤狀封裝，所述襯託板四周的拉杆設計，使所述卸能裝置20能夠方便進出裝有液氮的杜瓦桶內。
[0043]在對超導磁體進行降場時，所述卸能裝置20位於充滿液氮的環境中並通過帶有接頭的導線22並聯於所述磁體線圈10的兩端。在本實施例中，所述卸能裝置20與所述開關保護單元11中的整流二極體均為同種型號規格的矽整流二極體，所述矽整流二極體在室溫下導通的閾值電壓約為0.47V，在液氮溫度下導通的閾值電壓約為IV，在液氦溫度下導通的閾值電壓約為6.9V，因此，密封於液氦罐內的所述開關保護單元11導通的閾值電壓約為20V，位於充滿液氮環境中的所述卸能裝置20導通的閾值電壓約為4V。在本實施例中，所述磁體線圈10在勵磁過程中產生的感應電壓如【背景技術】中所闡述的，約為8V至9V，因此，所述開關保護單元11導通的閾值電壓大於所述磁體線圈10產生的感應電壓，所述卸能裝置20導通的閾值電壓小於所述磁體線圈10產生的感應電壓。由於所述開關保護單元11和所述卸能裝置20中串聯的所述整流二極體對，一個整流二極體的陽極端與另一個整流二極體的陰極端連接，此種結構決定了對所述開關保護單元11和所述卸能裝置20施加的電壓無方向限制。所述帶有接頭的導線22為無氧銅線纜，所述接頭為安德森接頭，可實現快速插拔。
[0044]所述監測單元21包括第一電流監測儀，所述第一電流監測儀可以為鉗形電流表，在降場時鉗住所述帶有接頭的導線22，即能監測流過所述卸能裝置20的電流。需要說明的是，所述電流監測儀也可以是其他類型的能夠測量電流的儀器，例如電流表，在降場時將電流表串聯於所述帶有接頭的導線22之間即可。
[0045]基於上述超導磁體的降場電路，本發明實施方式還提供了對超導磁體進行降場的方法，如圖4所示為本發明實施例一的對超導磁體進行降場的方法流程示意圖，包括:
[0046]步驟S41:對卸能裝置進行預冷，所述卸能裝置導通的閾值電壓低於磁體線圈產生的感應電壓，所述磁體線圈包括多個串聯的超導線圈；
[0047]步驟S42:通過帶有接頭的導線將所述卸能裝置並聯於所述磁體線圈的兩端；
[0048]步驟S43:安裝監測單元；
[0049]步驟S44:斷開低溫開關，所述低溫開關並聯於所述磁體線圈的兩端；
[0050]步驟S45:觀察所述監測單元，判斷降場是否完成。
[0051]為更好地對本發明的實施例一進行理解，下面結合附圖對本發明技術方案超導磁體的降場電路工作原理進行說明。
[0052]超導磁體在進入持久模式後，電流在所述磁體線圈10和所述低溫開關12之間閉環運行。此時對超導磁體進行降場，首先，執行步驟S41，對所述卸能裝置20進行預冷。具體地，將所述卸能裝置20的所述第一接線端A和所述第二接線端B分別連接帶有接頭的導線22，所述導線22為無氧銅線纜，所述接頭為安德森接頭。連接好所述帶有接頭的導線22後，通過所述拉杆33將所述卸能裝置20置於盛有液氮的杜瓦桶內，在接觸液氮之前將所述卸能裝置20停留在液氮液面上一段時間，然後慢慢浸入液氮內，直到液氮液面完全淹沒所述卸能裝置20中的所述整流二極體對。
[0053]執行步驟S42，通過帶有接頭的導線22將所述卸能裝置20並聯於所述磁體線圈10的兩端。
[0054]執行步驟S43，安裝監測單元21。具體地，所述監測單元21為第一電流監測儀，所述第一電流監測儀可以為鉗形電流表，鉗住所述帶有接頭的導線22即能監測流過所述卸能裝置20的電流。若所述第一電流監測儀是電流表，則將電流表串聯於所述帶有接頭的導線22之間即可。
[0055]執行步驟S44，斷開低溫開關12。具體地，接通所述低溫開關12中加熱器的電源，所述低溫開關12即處於斷開狀態。所述低溫開關12的突然斷開使所述磁體線圈10的兩端產生一個瞬間上升的電壓，所述瞬間上升的電壓首先會越過所述卸能裝置20導通的閾值電壓，使所述卸能裝置20處於導通狀態，此後，所述磁體線圈10兩端的電壓維持在所述卸能裝置20導通的閾值電壓左右，電流在所述磁體線圈10和所述卸能裝置20之間閉環運行。需要說明的是，由於所述開關保護單元11導通的閾值電壓高於所述卸能裝置20導通的閾值電壓，所述開關保護單元11不會導通，磁體線圈10的電流只能通過所述卸能裝置20。
[0056]執行步驟S45，觀察所述監測單元21，判斷是否完成降場。所述卸能裝置20相當於一個大的負載，所述磁體線圈10中的電流通過所述卸能裝置20中的二極體得到消耗，所述卸能裝置20的卸載功耗即為所述卸能裝置20導通的閾值電壓與所述磁體線圈10中電流的乘積，隨著所述磁體線圈10中電流的不斷減小，所述卸載功耗也不斷減小。具體地，在本實施例中，觀察所述第一電流監測儀的電流讀數，若所述第一電流監測儀的讀數降至零，表示所述磁體線圈10中的電流已被所述卸能裝置20消耗完，則對超導磁體的降場完成，整個過程持續的時間約為三十分鐘。
[0057]在本實施例中，選擇流過所述卸能裝置20的電流作為判斷是否已完成降場的被監測的物理量，在其他實施例中，也可選擇所述卸能裝置20兩端的電壓或者所述超導磁體產生的磁場強度作為被監測的物理量。若選擇所述卸能裝置20兩端的電壓作為判斷是否已完成降場的被監測的物理量，則所述監測單元21包括第一電壓監測儀，所述第一電壓監測儀為可以測量電壓的儀器，例如數字萬用表，在降場過程中，將所述數字萬用表並聯於所述卸能裝置20的兩端，當所述數字萬用表的讀數為零時，則表示降場完成；若選擇所述超導磁體產生的磁場強度作為判斷是否已完成降場的被監測的物理量，則所述監測單元21為可以測量磁場的儀表，例如磁強計，在降場過程中，將所述磁強計安裝於所述超導磁體高斯線附近，當所述磁強計監測到的磁場強度與磁體勵磁前的磁場強度一樣時，則表示降場完成。
[0058]需要說明的是，在降場過程中，所述卸能裝置20消耗電流會產生大量的熱量，因此，需要持續地向杜瓦桶內補加液氮，以使所述卸能裝置20始終處於液氮液面以下，防止由於缺乏液氮造成熱量堆積而損壞所述卸能裝置20。
[0059]請參見圖5所示的本發明實施例二的超導磁體的降場電路原理圖，包括:磁體線圈10、低溫開關12、卸能裝置20、監測單元21、勵磁電源13、第一控制開關40和第二電流監測儀41。與實施例一相同，為在勵磁過程中保護低溫開關12，所述降場電路還包括開關保護單元11。需要說明的是，在其他實施例中，所述降場電路也可以不包括開關保護單元。
[0060]其中，所述磁體線圈10、低溫開關12、開關保護單元11、卸能裝置20和監測單元21與實施例一中的結構相同，具體可以參見實施例一中對其的描述，此處不再贅述。所述勵磁電源13為低電壓大電流的直流輸出電源，所述第一控制開關40和勵磁電源13串聯後通過帶有接頭的導線42並聯於所述磁體線圈10的兩端。在本實施例中，所述第一控制開關40為繼電器開關，能夠保證在切斷大電流時動作迅速、拉弧短，所述第一控制開關40可以是手動繼電器開關，也可以是電磁繼電器開關。
[0061]對於本發明實施例二的超導磁體的降場電路，本發明技術方案還提供一種對超導磁體進行降場的方法，如圖6所示為本發明實施例二的對超導磁體進行降場的方法流程示意圖，包括:
[0062]S61:對卸能裝置進行預冷，所述卸能裝置導通的閾值電壓低於磁體線圈產生的感應電壓，所述磁體線圈包括多個串聯的超導線圈；
[0063]S62:通過帶有接頭的導線將串聯的勵磁電源和第一控制開關並聯於所述磁體線圈的兩端；
[0064]S63:通過帶有接頭的導線將所述卸能裝置並聯於所述串聯的勵磁電源和第一控制開關的兩端；
[0065]S64:安裝監測單元和第二電流監測儀；
[0066]S65:閉合所述第一控制開關；
[0067]S66:觀察所述第二電流監測儀，當流過低溫開關的電流為零時，斷開所述低溫開關，所述低溫開關並聯於所述磁體線圈的兩端；
[0068]S67:斷開所述第一控制開關；
[0069]S68:觀察監測單元，判斷降場是否完成。
[0070]為更好地對本發明的實施例二進行理解，下面結合附圖對本發明技術方案超導磁體的降場電路工作原理進行說明。
[0071]執行步驟S61，對所述卸能裝置20進行預冷。具體地，對所述卸能裝置20的預冷與實施例一中操作相同，在此不再贅述。
[0072]執行步驟S62，通過帶有接頭的導線42將串聯的勵磁電源13和所述第一控制開關40並聯於所述磁體線圈10的兩端。所述帶有接頭的導線42與實施例一中的帶有接頭的導線22相同，為無氧銅線纜，所述接頭為安德森接頭。
[0073]執行步驟S63，通過帶有接頭的導線22將所述卸能裝置20並聯於所述串聯的勵磁電源13和第一控制開關40的兩端。
[0074]執行步驟S64，安裝監測單元21和第二電流監測儀41。具體地，所述監測單元21與實施例一中相同，為第一電流監測儀，所述第一電流監測儀和所述第二電流監測儀41可以為鉗形電流表，將所述第一電流監測儀鉗住所述導線22，將所述第二電流監測儀41鉗住所述導線42。若所述第一電流監測儀和所述第二電流監測儀41是電流表，則將所述第一電流監測儀串聯於所述導線22之間，將所述第二電流監測儀41串聯於所述導線42之間。
[0075]執行步驟S65，閉合所述第一控制開關40。所述第一控制開關40閉合後，流過所述勵磁電源13的電流從零到預定電流均勻變化，所述預定電流為超導磁體降場前所述磁體線圈10中的電流。在所述勵磁電源13的電流均勻變化的過程中，電流由低溫開關12流向勵磁電源13，流過低溫開關12的電流由預定電流向零均勻減小，此時，流經低溫開關12中的電流的減少量剛好等於流過勵磁電源13中的電流的增加量。所述磁體線圈10中的電流並沒有發生變化，因此，所述磁體線圈10兩端的電壓為零，所述卸能裝置20並不會導通。
[0076]執行步驟S66，觀察所述第二電流監測儀41，當流過低溫開關12的電流為零時，斷開所述低溫開關12，所述低溫開關12並聯於所述磁體線圈的兩端。具體地，通過所述第二電流監測儀41監測流過所述勵磁電源13的電流，當流過所述勵磁電源13的電流為所述預定電流時，流過所述低溫開關12的電流即已降為零，此時，通過接通所述低溫開關12中加熱器的電源使低溫開關12處於斷開狀態。所述低溫開關12斷開後，電流在所述磁體線圈10和勵磁電源13組成的閉合迴路中運行。
[0077]執行步驟S67，斷開所述第一控制開關40。所述第一控制開關40的突然斷開會使所述磁體線圈10的兩端產生一個瞬間上升的電壓，所述瞬間上升的電壓首先會越過所述卸能裝置20的導通閾值電壓，使所述卸能裝置20處於導通狀態，此後，所述磁體線圈10兩端的電壓維持在所述卸能裝置20導通的閾值電壓左右，電流在所述磁體線圈10和所述卸能裝置20之間閉環運行。需要說明的是，由於所述開關保護單元11導通的閾值電壓高於所述卸能裝置20導通的閾值電壓，所述開關保護單元11不會導通，磁體線圈10的電流只能通過所述卸能裝置20。
[0078]執行步驟S68，觀察監測單元21，判斷降場是否完成。具體地，判斷降場完成的方法與實施例一中步驟S45相同，在此不再贅述。
[0079]與實施例一相比，本發明技術方案提供的實施例二在斷開所述低溫開關12之前，通過連接所述勵磁電源13將流過所述低溫開關12的電流降為零後再斷開所述低溫控制開關12，這樣避免了突然斷開所述低溫開關12時對所述低溫開關12造成的不利影響。
[0080]在本發明技術方案的實施例一和實施例二中，所述卸能裝置20包括4對串聯的整流二極體，在其他實施例中，可以改變所述串聯的整流二極體的數量，在降場時，通過改變所述卸能裝置20所處的溫度環境，可控制所述卸能裝置20導通的閾值電壓。例如，在降場時，處於室溫風冷環境中的所述卸能裝置20可包括串聯的10對所述整流二極體，則此時所述卸能裝置20導通的閾值電壓約為4.7V左右，滿足所述卸能裝置20導通的閾值電壓低於所述磁體線圈10產生的感應電壓的要求。
[0081]需要說明的是，本發明所述的卸能裝置還可以是其他結構的負載電路，只要滿足在降場時所述卸能裝置導通的閾值電壓低於所述磁體線圈產生的感應電壓即可。
[0082]圖7A所示為本發明實施例的卸能裝置一種結構的電路原理圖，包括並聯的兩組電阻和整流二極體組，每組電阻和整流二極體組包括串聯的一定數量的電阻和一定數量的整流二極體，並聯時一組電阻和整流二極體組中二極體的陽極端與另一組電阻和整流二極體組中二極體的陰極端連接，即兩組二極體的連接方向相反。降場時，所述卸能裝置處於液氮溫區或室溫風冷環境中。[0083]圖7B所示為本發明實施例的卸能裝置另一種結構的電路原理圖，包括第二控制開關71和一定數量的電阻72，所述第二控制開關71與所述一定數量的電阻72串聯。使用圖7B所示的卸能裝置的降場電路還包括第二電壓監測儀73，所述第二電壓監測儀73並聯於所述卸能裝置的兩端。在降場時，當所述磁體線圈斷開的瞬間，通過所述第二控制開關71的迅速閉合將所述卸能裝置導通。例如在實施例一中，所述卸能裝置20使用圖7B所示的電路結構，在對超導磁體降場時，斷開所述低溫開關12後，迅速閉合所述第二控制開關71。又例如在實施例二中，所述卸能裝置20使用圖7B所示的電路結構，在對超導磁體降場時，斷開所述第一控制開關40後，迅速閉合所述第二控制開關71。在降場過程中，需要通過所述第二電壓監測儀73監測所述卸能裝置兩端的電壓，防止所述磁體線圈兩端的電壓高於所述開關保護單元導通的閾值電壓，使所述開關保護單元導通致使磁體線圈失超。降場時，所述卸能裝置處於室溫風冷環境中。
[0084]綜上所述，本發明技術方案提供的超導磁體的降場電路和方法，通過控制降場電路中的卸能裝置導通的閾值電壓低於磁體線圈產生的感應電壓，將磁體線圈中的電流消耗在所述卸能裝置上，在不引發磁體線圈失超的情況下，能夠快速有效地完成對超導磁體的降場。
[0085]本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。
【權利要求】
1.一種超導磁體的降場電路，包括: 磁體線圈，包括多個串聯的超導線圈； 低溫開關，並聯於所述磁體線圈的兩端； 其特徵在於，還包括: 卸能裝置，並聯於所述磁體線圈的兩端，所述卸能裝置導通的閾值電壓低於所述磁體線圈產生的感應電壓； 監測單元，用於監測是否已對所述超導磁體完成降場。
2.根據權利要求1所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，還包括並聯於所述磁體線圈兩端的開關保護單元，所述開關保護單元導通的閾值電壓高於所述磁體線圈產生的感應電壓。
3.根據權利要求2所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述卸能裝置通過帶有接頭的導線並聯於所述磁體線圈的兩端。
4.根據權利要求3所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述接頭為安德森接頭。
5.根據權利要求1所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述監測單元包括第一電流監測儀。
6.根據權利要求5所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述第一電流監測儀為鉗形電流表。
7.根據權利要求1所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述監測單元包括第一電壓監測儀。
8.根據權利要求7所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述第一電壓監測儀為數字萬用表。
9.根據權利要求1所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述監測單元包括磁強計。
10.根據權利要求1所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，還包括第二電流監測儀以及串聯的勵磁電源和第一控制開關，所述串聯的勵磁電源和第一控制開關並聯於所述磁體線圈的兩端，所述第二電流監測儀用於監測流過所述勵磁電源的電流。
11.根據權利要求10所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述串聯的勵磁電源和第一控制開關通過帶有接頭的導線並聯於所述磁體線圈的兩端。
12.根據權利要求11所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述接頭為安德森接頭。
13.根據權利要求10所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述第一控制開關為繼電器開關。
14.根據權利要求10所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述第二電流監測儀為鉗形電流表。
15.根據權利要求2所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述開關保護單元包括串聯的第一數量的整流二極體對，所述整流二極體對包括兩個整流二極體，一個整流二極體的陽極端與另一個整流二極體的陰極端連接，所述整流二極體為矽整流二極體。
16.根據權利要求15所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述卸能裝置包括串聯的第二數量的所述整流二極體對。
17.根據權利要求16所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述卸能裝置包括: 第一二極體組件，包括第三數量的所述整流二極體對、第四數量的金屬模型對、金屬墊板和外套絕緣套管的金屬橫梁，所述金屬墊板置於所述整流二極體對及所述金屬模型對之間，以串聯所有整流二極體對和金屬模型對，所述金屬橫梁用於緊固所述金屬墊板，所述整流二極體以圓盤狀封裝，所述金屬模型對的外形尺寸與所述整流二極體對相同； 第二二極體組件，包括第五數量的所述整流二極體對、第六數量的所述金屬模型對、所述金屬墊板和所述金屬橫梁，所述第二二極體組件的結構與所述第一二極體組件的結構相同，所述第三數量與所述第五數量之和為所述第二數量，所述第三數量與所述第四數量之和等於所述第五數量與所述第六數量之和； 襯託板，用於固定堆疊放置的所述第一二極體組件和所述第二二極體組件； 拉杆，通過螺帽固定於所述襯託板的四周； 連接板，用於串聯堆疊放置的所述第一二極體組件和所述第二二極體組件； 絕緣板，置於堆疊放置的所述第一二極體組件和所述第二二極體組件之間，隔離所述第一二極體組件和所述第二二極體組件； 第一接線端和第二接線端，通過金屬板分別與所述串聯的第二數量的所述整流二極體對的兩端連接。
18.根據權利要求17所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述第四數量為零。
19.根據權利要求17所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述金屬墊板包括鋁板和無氧銅圓盤對，所述無氧銅圓盤對夾於所述鋁板之間。
20.根據權利要求17所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述絕緣套管為塑料管。
21.根據權利要求17所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述金屬模型對為無氧銅模型對。
22.根據權利要求17所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述連接板為無氧銅銅板。
23.根據權利要求17所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述襯託板和所述絕緣板為環氧樹脂板。
24.根據權利要求17所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述拉杆為不鏽鋼拉杆。
25.根據權利要求16所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述卸能裝置在降場時處於液氮溫區或室溫風冷環境中。
26.根據權利要求1所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述卸能裝置包括並聯的兩組電阻和整流二極體組，每組電阻和整流二極體組包括串聯的第七數量的電阻和第八數量的整流二極體，並聯時一組電阻和整流二極體組中二極體的陽極端與另一組電阻和整流二極體組中二極體的陰極端連接。
27.根據權利要求26所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述卸能裝置在降場時處於液氮溫區或室溫風冷環境中。
28.根據權利要求1所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述卸能裝置包括第二控制開關和第九數量的電阻，所述第二控制開關與所述第九數量的電阻串聯。
29.根據權利要求28所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述第二控制開關為繼電器開關。
30.根據權利要求28所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，還包括第二電壓監測儀，所述第二電壓監測儀並聯於所述卸能裝置的兩端，用於監測所述卸能裝置兩端的電壓。
31.根據權利要求30所述的超導磁體的降場電路，其特徵在於，所述第二電壓監測儀為數字萬用表。
32.—種對超導磁體進行降場的方法，其特徵在於，包括: 對卸能裝置進行預冷，所述卸能裝置導通的閾值電壓低於磁體線圈產生的感應電壓，所述磁體線圈包括多個串聯的超導線圈； 通過帶有接頭的導線將所述卸能裝置並聯於所述磁體線圈的兩端； 安裝監測單元； 斷開低溫開關，所述低溫開關並聯於所述磁體線圈的兩端； 觀察所述監測單元，判斷降場是否完成。
33.一種對超導磁體進行降場的方法，其特徵在於，包括: 對卸能裝置進行預冷，所述卸能裝置導通的閾值電壓低於磁體線圈產生的感應電壓，所述磁體線圈包括多個串聯的超導線圈； 通過帶有接頭的導線將串聯的勵磁電源和第一`控制開關並聯於所述磁體線圈的兩端; 通過帶有接頭的導線將所述卸能裝置並聯於所述串聯的勵磁電源和第一控制開關的兩端； 安裝監測單元和第二電流監測儀； 閉合所述第一控制開關； 觀察所述第二電流監測儀，當流過低溫開關的電流為零時，斷開所述低溫開關，所述低溫開關並聯於所述磁體線圈的兩端； 斷開所述第一控制開關； 觀察所述監測單元，判斷降場是否完成。
【文檔編號】H01F6/00GK103777161SQ201210396231
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月17日 優先權日:2012年10月17日
【發明者】王相得 申請人:上海聯影醫療科技有限公司