[发明专利]一种高均匀度脉冲强磁场发生装置及方法

权利要求书

1.一种高均匀度脉冲强磁场发生装置，其特征在于，包括：主磁体线圈、匀场线圈、主磁体电路、匀场电路以及控制模块；

所述主磁体线圈为多层线圈，其连接主磁体电路，用于产生主磁场；所述主磁场为脉冲强磁场，所述主磁场在其磁场空间的任意时间点上均存在不均匀分量；

所述匀场线圈连接匀场电路，用于产生补偿磁场；所述补偿磁场用于对主磁场预设空间区域的不均匀分量进行补偿，使得主磁场在预设空间内相对均匀；所述预设空间与所述补偿磁场的作用空间相关；所述匀场线圈包括串联的两个线圈，两个线圈之间有空隙，两个线圈的结构尺寸相同，且绕向相同；所述两个线圈采用通电圆环结构，两个线圈与主磁体线圈共轴；所述匀场线圈的磁场中心与主磁体线圈的磁场中心重合；通过控制所述匀场线圈的尺寸和匀场电路的参数，实现对主磁场不均匀分量的补偿；

所述控制模块用于实时测量主磁体线圈中的电流和匀场线圈中的电流，闭环反馈调节匀场线圈的电流，以实现对预设空间区域内主磁场的动态均匀补偿；

所述匀场电路包括：蓄电池组、IGBT模块、IGBT驱动、第一二极管、第二二极管以及电阻；所述蓄电池组的正极连接第一二极管的阳极，负极连接IGBT模块的发射极；IGBT模块的门极与发射极连接IGBT驱动；所述IGBT驱动用于向IGBT门极与发射极输入驱动信号；IGBT模块的集电极连接电阻的一端和匀场线圈的一端；所述第一二极管的阴极分别连接第二二极管的阴极和匀场线圈的另一端；所述第二二极管的阳极连接电阻的另一端；其中，IGBT模块工作在有源区非开关模式，在驱动信号的作用下调节回路电流；IGBT驱动采用基于电流负反馈的线性驱动结构；第一二极管能够以防止主磁场上升阶段使得匀场线圈产生互感过电压导致回路逆流造成匀场线圈受力反向进而造成损坏；第二二极管和电阻组成的钳位保护支路能够降低IGBT模块在回路电流调节过程中所受的过电压，对IGBT模块起到保护作用。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，理论上，所述主磁体线圈产生的主磁场在直角坐标系下的表示为：

式中，除A₀项是理想的均匀磁场外，其余项都为引起磁场不均匀的分量；

通过有限元多物理场耦合仿真模块仿真得到主磁场中心的预设区域范围内的磁场分布B_z仿真(x,y,z)为：

B_z仿真(x,y,z)＝S1(x²+y²)-S2z²+S3

其中，S3为常数，系数S2近似为系数S1的两倍，可将上述仿真公式近似为：B_z仿真(x,y,z)＝S1(x²+y²-2z²)+S3；

将B_z理论(x,y,z)与B_z仿真(x,y,z)对比可知，主磁场产生空间的任意时间点上的主要不均匀分量为A₂项磁场分量，A₂项磁场分量具体表示为：A₂[2z²-(x²+y²)]。