[发明专利]圆柱型Halbach磁体匀场线圈

权利要求书

1.一套匀场线圈用在一个高分辨永磁磁体NMR谱仪中，谱仪构造如下：

一个圆柱形Halbach磁体(又称魔环磁体)由8n(n＝1，2，…)块等同磁钢(截面为矩形或梯形)规则排列围绕在一个圆柱面上，各块磁钢被均匀磁化，其磁化强度M₀的方向(若采用圆柱坐标系(o-ρ，φ，z)描写)遵循规律；有一个圆柱形或8面棱柱形金属外壳包括住磁钢，形成中空柱形磁体，在圆柱形空腔内产生近似均匀的横向磁场；

在空腔内紧贴内壁依次安置若干个同轴柱面匀场线圈包括3个一阶梯度线圈；

在剩余净空腔装入RF线圈，RF线圈内空间放置NMR样品试管。

2.如权利要求1所述的永磁体高分辨NMR谱仪的匀场线圈具有最小功耗，由1至若干个组成，每个线圈有其导线定位在一个同轴圆柱面上；线圈各匝中的电流是一套离散的环线；但每个环线在适当位置切口后，依次首、尾两端与邻近环线首、尾端正确串联，最后形成一个线圈。

3.如权利要求1和2所述的线圈，通过双面覆铜柔性印刷电路板依次实现环线首、尾两端与邻近环线首、尾端正确串联，最后形成一个线圈，即每个线圈只有两个引出端，分别接电流源的正、负极。

4.如权利要求1和2所述的线圈，根据线圈图式制作正片，将双面覆铜柔性印刷电路板上导线间的位置的铜腐蚀掉或激光烧饰掉，导线位置的铜保留，使每一面的铜形成连通导线。

5.如权利要求1和2所述的线圈，根据线圈图式制作负片，将双面覆铜柔性印刷电路板上导线的位置的铜腐蚀掉或激光切割掉，导线间环带位置的铜保留，使每一面的铜形成连通导线。

6.如权利要求4或5所述的线圈，在几个适当位置用过孔导通两覆铜面，将整个线圈串联形成两个引出端；在线圈两个引出端表面去除绝缘保护层，焊锡或导电胶与电流源正负极引出的导线导通固定。

7.如权利要求6所述的线圈，将柔性平面线圈蜷曲为圆柱面，同轴固定于磁体空腔内。

8.形成一个匀场线圈或一套匀场线圈的一种方法(新的目标场方法)，包括如下步骤：

在球心位于原点的直径球体积(DSV)内，选择N个目标场点均匀分布于该DSV球内所有卦限；

每个目标场点根据特定阶次的谐波函数设置对应的磁场x分量值作为目标值；

将待求同轴柱形线圈面上预定面电流分别沿ψ方向和z方向均匀分割为总共Q个单元，每个单元标记流函数值S_q，当柱面电流被划分得足够细的时候，每个网格单元可以等效为一个磁偶极子(σ为单元面积，为法向单位矢量)，据此可计算空间任意位置的磁感应强度；

流函数的取值满足线圈通入单位电流时产生的磁场与目标场之间最大偏离小于ε，并且流函数的取值使得线圈功率优化函数达到最小值；

按照导线最小间距d作流函数的等值线，流函数取值间距固定，该取值间距为线圈导线每匝中通入的电流值，流函数等值线在线圈面上的投影位置为实际匀场线圈导线的位置。

9.如权利要求8所述设计匀场线圈的这种方法，区别于“正方法”，也区别于一般目标场方法(即逆方法)，是一种新的目标场方法；是根据柱面上电流密度满足连续性原理，导出流函数与电流密度分量之间的关系式，继而建立流函数与谐波磁场的解析关系式；然后根据在感兴趣的体积(DSV)内设定的谐波磁场计算出预定的同轴柱面上的流函数分布，把流函数按照一定要求离散化直接得到线圈导线的定位。

10.如权利要求8和9所述设计匀场线圈的这种方法，流函数在线圈两端的值限定为零，确保电流只在有限长度的线圈面内流动；每匝导线中电流的流向：顺时针和逆时钟方向分别由流函数的上凸和下凸性质决定；用最小功耗的条件决定在同轴柱面上线圈导线的位置，线圈效率高；设计的1阶匀场线圈产生的谐波场即为线性梯度场；不但设计0阶到2阶共九个匀场线圈，还可以设计3阶的七个匀场线圈以及4阶线圈，而且保持高的谐波纯度(模拟验证得到的线圈产生的磁场与目标磁场最大偏离ε_m≤2％)。