新型永久磁体及双平面纵向屏蔽梯度线圈设计

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磁共振成像是核磁共振技术应用的一个重要方向。在过去的十数年里，永磁型磁共振成像技术得到了巨大的发展。永磁磁体和梯度系统是永磁型磁共振成像系统中非常关键的部分。为了满足磁共振成像多功能的发展需要，必须有与之相适应的较高磁场强度的磁体和梯度磁场系统。本文的主要目标是设计新型的0.4特斯拉开放式C型永久磁体以及具有屏蔽效果的双平面纵向梯度线圈。本文结构上分为两大部分。第一部分从永久磁体的一般结构入手，建立磁体的物理模型，针对设计的磁体性能建立优化目标函数，利用有限元软件ANSYS的电磁场计算模块进行仿真，并借助ANSYS优化模块，提出并分析了二维磁体设计的若干重要概念，包括适宜的钕铁硼工作点范围问题、匀场环及极板的形状对气隙磁场场值分布的敏感性干扰问题。在上述分析成果基础上，创造性修改了磁路结构，获得了二维磁体最佳设计参数，在此基础上折算获得三维磁体，根据磁体的仿真结果决定是否继续进行优化直至获得满意的磁体结构。这个优化设计过程实现了效率和精度的兼顾。梯度线圈的设计是开放式永磁型磁共振系统的难题，同样属于电磁场逆问题的范畴。本文第二部分结合业界两种常用设计方法即离散导线设计法和分布电流密度设计法，提出将遗传算法作为全局搜索算法，利用狄拉克函数将载流的分离导线表示成连续分布表面电流密度，通过成熟的基于分布电流密度概念的目标场法并结合流函数离散技术来设计梯度线圈的新概念，完成了设计双平面屏蔽纵向梯度线圈理论的详细推导，应用改进遗传方法来建立线圈优化设计的数学模型，编制了相关程序。经过样机实测检验,本文提出的磁体设计方法被证明是比较成功的，且0.23特斯拉至0.35特斯拉磁体都能通过本文方法比较顺利的设计出来。而梯度线圈的测试结果表明，线圈的梯度磁场分布与理论磁场分别吻合较好，显示了方法的正确性。

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作者
宁毅;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科电机与电器
授予学位硕士
导师姓名王雪帆,李建久;
年度 2005
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类结构;
关键词
磁共振成像; 永久磁体; 改进遗传算法; 双平面梯度线圈; 电流密度; 目标场;

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