[发明专利]一种计算磁体内磁场中心位置的方法

说明书

本发明公开了一种根据测量的磁感应强度值计算磁体内磁场中心位置的方法。该方法主要包括如下步骤：首先确定待测量磁感应强度的方向并预估磁体内磁场中心的位置，以该位置为圆心，测量半径为R的球面上一系列采样点处的磁感应强度值；然后根据测量得到的各个采样点处的磁感应强度值，建立磁感应强度的插值函数；最后以磁场中心位置为待优化变量，以半径为R'的球面上采样点处的磁感应强度值的均方误差最小为优化目标建立非线性优化问题并求解。采用该方法可以快速精确定位磁体的磁场中心。

技术领域

本发明属于磁体研发与设计领域，具体涉及一种计算磁体内磁场中心位置的方法。

背景技术

核磁共振成像(MRI)系统中，磁体产生的主磁场的均匀度是影响成像质量的一个重要指标。提高主磁场均匀度的一种可行办法就是采用被动匀场方法进行匀场。匀场过程中，需要精确测量磁体中心区域内的磁场均匀度，然后根据测量得到的磁感应强度指导匀场。在匀场之前，就涉及到磁场中心的精确定位问题。特别是对于超导磁体来说，精确定位磁场中心尤其重要。这是因为超导磁体的磁场中心与梯度线圈的磁场中心是重合的。如果中心定位不准确，不但测量的磁感应强度更大，而且匀场轨道的位置与磁场中心的位置发生了偏移会导致磁场计算不准确，从而增加匀场难度。磁场中心的定位靠纯粹机械定位的方法精度较低。在一些商用测量磁场的软件中，包含有根据测量得到的磁感应强度计算磁场中心位置的功能，但只能在一个方向上进行定位。因此有必要发展一种精度更高的方法。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种计算磁体内磁场中心位置的方法，提高磁场中心定位的精度。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种计算磁体内磁场中心的方法，其特征在于，包括：

步骤一：确定需要测量的磁场方向并预估磁体内磁场中心的位置，以该预估的位置为原点、需要测量的磁场方向为z轴方向建立坐标系，测量以原点为圆心、半径为R的球面上一系列采样点处的磁感应强度；

步骤二：根据各个采样点处的磁感应强度，建立表示磁感应强度随坐标变化关系的插值函数；

步骤三：在以原点为圆心，R'为半径的球面上取P个采样点定义为待优化的坐标变量，建立并求解如下的非线性优化问题：

式中的X₁、Y₁、Z₁、R₁为非负实数，用来定义对x₀，y₀，z₀的约束范围，分别表示坐标点处的磁感应强度的z分量，求解上述非线性优化问题得到的即为磁体内的磁场中心坐标矢量。

进一步，步骤一中，磁场测量设备上的测量探头分布在半径为R的圆弧面上，且符合高斯分布，测量设备绕轴线等角度间隔旋转一周进行测量，得到所有采样点处的磁场。

进一步，步骤二中，任一坐标点处的磁感应强度z分量采用如下的插值公式计算：

上式中，N为插值函数阶数，为坐标点的球坐标，P_nm()表示n阶m次勒让德多项式，a_nm与b_nm为谐波系数，根据测量得到的磁感应强度来确定。

进一步，根据测量得到的磁场强度计算谐波系数a_nm，b_nm，0≤m≤n，0≤n≤N的公式为：