[发明专利]超导磁体升降场控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及核磁共振领域中对超导磁体的升降场控制技术，具体的说，是涉及超导磁体升降场控制系统。

背景技术

在核磁共振成像系统中，磁体是整个系统的核心部件，而超导磁体凭借其高场强低能耗的特点逐渐取代了永磁体成为了市场上的主流磁体。升场过程是指超导磁体从电源端获取能量，从而上升到期望的场强的过程，降场与其相反，是指磁体向外释放能量，同时场强随之下降为零的过程。而在此升降场的过程中，磁体线圈需要稳定的维持在超导的状态下，因此对于整个升降过程的精确控制就显得非常重要。

目前大部分的超导磁体生产商通常是分别针对升场与降场两个过程设计单独的功能模块，此时升场所需的励磁电源需要工作在第一象限，向超导磁体输送能量；而降场模块通常由泄能电阻构成，将超导线圈内的电能以热能的形式释放，其中GE公司的专利（US8027139）提出了一种以电磁阀并联大功率二极管作为泄能负载的方案，此方案较传统的降场方法相比能够加速降场的过程，并且可以通过控制电磁阀来选择作为负载的二极管的数目,从而选择不同的降场速度；但此方案还存在相应缺陷：其一是电磁阀开关与二极管堆的体积庞大，并且需要为其提供良好的散热，因此整个系统体积庞大，占用空间较大；其二是系统的降场速率完全取决于功率二极管的伏安特性及线路内的寄生电阻，难以实现精确控制降场速率。此外，将升场与降场通过两个独立的功能模块完成，这样则需要两套控制系统，既增加了成本与体积，也使得整个系统的集成化程度降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种新型的超导磁体升降场控制系统，解决传统技术中的超导磁体升降场控制采用两个独立的功能模块完成，造成成本高、占用空间大、集成化程度低的问题。

本发明解决上述技术问题采用的方案是：超导磁体升降场控制系统，包括开关主回路单元、采样电路单元、控制单元及人机界面单元；所述开关主回路单元连接超导磁体及控制单元；所述采样电路单元连接超导磁体及控制单元；所述人机界面单元连接控制单元；

所述开关主回路单元，用于在升场过程中接受控制单元的控制将电网输入的能量进行转换并输出给超导磁体或在降场过程中接受控制单元的控制对超导磁体进行泄能并将能量反馈给电网；

所述采样电路单元，用于在升场过程中或在降场过程中检测超导磁体的线圈的当前相关参数并反馈给控制单元；

所述人机界面单元，用于在升场过程中或在降场过程中向控制单元提供超导磁体的线圈相关参数的参考值，并进行直观化显示；

所述控制单元，用于在升场过程中或在降场过程中接收采样电路单元反馈的超导磁体的线圈的当前相关参数并与来自人机界面单元给定的参考值进行比较，根据比较的差值大小对所述开关主回路单元进行控制，从而控制超导磁体的升场速率或降场速率。

进一步，所述开关主回路单元包括变压器、三相全桥相控整流拓扑、滤波电路；所述变压器的输入端接电网，其输出端连接所述三相全桥相控整流拓扑的输入端；所述三相全桥相控整流拓扑的输出端连接滤波电路；该所述三相全桥相控整流拓扑由六个晶闸管组成，每两个晶闸管为一组，以60度导通角为周期交替导通，通过调节导通角可控制输出电压的有效值。

具体的，所述滤波电路包括平波电抗器及电容组，所述平波电抗器由两个串联且中间节点连接电容组的电感组成，所述电容组由两个反向串联且中间节点接地的电解电容组成；电容组是用于将三相全桥相控整流拓扑输出的300HZ纹波过滤为平滑的直流电压，其中间节点接地时为了保证电路有输出负压的能力，平波电抗器中的电感用于滤除电流中所含的高次谐波分量。

进一步，所述采样电路单元包括输入电压检测电路、输出电压检测电路、霍尔电流传感器、模数转换电路；所述输入电压检测电路连接变压器的输出端与控制单元，用于检测换相点，并将输出信号传递给控制单元；所述输出电压检测电路与所述霍尔电流传感器均连接在平波电抗器与超导磁体之间并连接模数转换电路，分别用于检测超导磁体端的电压与电流，并将检测到模拟的电压或电流信号传递给模数转换电路；所述模数转换电路连接控制单元，用于将模拟的电压或电流信号转换为数字信号，传递给控制单元。