高场NMR谱仪专门化梯度线圈设计与研制

论文摘要

梯度线圈是核磁共振波谱仪的重要部件之一,主要用于实现自动匀场和谱学脉冲梯度检测技术,从而获得更好的信号质量和更多的检测信息。近年来非线性梯度和微流控核磁共振检测开启了核磁共振领域的新方向。Z2梯度线圈能够为iMQC等谱学新方法提供新的检测信息,提高谱图分辨率。微流控核磁共振技术能够进行微量样品的原位化学反应中间产物检测和细胞代谢分析。商用的超导脉冲核磁共振波谱仪梯度线圈可用空间有限,不适合微流控芯片的安装与检测,同时也没有适配非线性梯度线圈,无法进行Z2梯度场实验。微流通路结构复杂形式多样,有时需要多输入流路,因此微流通路板的宽度尺寸较大,而相应的核磁共振微射频线圈也为扁平微带结构,这对核磁共振波谱仪的微流控探头提出了较大的线圈空间需求。因此研究Z2梯度线圈和适配微流控芯片的梯度线圈具有重要意义。基于非线圈梯度线圈原理和微流控核磁共振技术特性,本文通过理论分析和设计仿真,提出了用于高场超导脉冲NMR谱仪谱学新方法的Z2梯度线圈和微流控技术的双平板型三维微梯度线圈。首先,探讨了梯度线圈设计的主要方法,正向设计法和目标场设计法,研究了梯度线圈的性能指标,在此基础上提出了Z2梯度线圈和三维梯度微线圈的设计方案和研制指标。其次,通过理论分析,利用COMSOL Multiphysics仿真软件设计了自屏蔽Z2梯度线圈和XYZ三维梯度微线圈,分析了线圈的效率、有效区域和线性度误差。最后,在以上设计和仿真的基础上,研制了梯度微线圈,进行了性能测试。结果表明所设计的Z2梯度线圈和XYZ三维梯度微线圈具有较好的性能。与无屏蔽的线圈相比,Z2梯度线圈自屏蔽效果在距离XY平面20毫米处,磁场强度减弱了 91.7%。梯度微线圈XYZ三个方向梯度效率分别为5.66Gs/(cm·A)、4.15Gs/(cm·A)、2.12Gs/(cm·A),线性度误差分别为2.32%、4.94%和3.96%。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 核磁共振基本原理
•     1.2.1 核磁共振基本知识与原理
•     1.2.2 核磁共振梯度系统
•     1.2.3 专门化梯度线圈研究的意义
•   1.3 论文的研究内容
• 第二章 梯度线圈设计原理
•   2.1 梯度线圈的性能指标
•     2.1.1 梯度磁场强度与线圈效率
•     2.1.2 线性度与均匀性
•     2.1.3 线圈电感与切换率
•     2.1.4 周围导体中涡流
•   2.2 梯度线圈设计方法的演变
•     2.2.1 梯度线圈正向设计方法
•     2.2.2 梯度线圈目标场设计方法
•     2.2.3 梯度线圈边界元设计方法
•     2.2.4 梯度线圈的设计方法比较
• 第三章 梯度线圈设计
•   3.1 设计软件简介
•   3.2 Z2圆柱面梯度线圈设计
•   3.3 高场谱仪微流控系统的XYZ三维双平面微梯度线圈设计
• 第四章 双平板微梯度线圈制作及测试
•   4.1 线圈电路板设计
•   4.2 实物研制及性能测试
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙斌

导师: 沈桂平,孙惠军

关键词: 核磁共振谱仪,梯度线圈,梯度微线圈

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,仪器仪表工业

单位: 厦门大学

分类号: O482.532;TH841

总页数: 74

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