[发明专利]基于阵列线圈的磁场补偿方法及设备

说明书

本发明公开了一种基于阵列线圈的磁场补偿方法及设备，该方法包括以下步骤：1)根据待补偿磁场类型，选择对应的磁场分解方法，获取目标磁场的分解结果；2)选择电流分布曲面，并建立阵列线圈中每个线圈内的电流密度函数，分解电流密度函数；3)建立从电流密度的流函数中各个基函数与目标磁场分解得到的基函数之间的关系；4)建立目标磁场分布优化函数；5)根据得到的优化函数获取目标磁场的阵列线圈的参数优化结果，从而确定流函数分布和线圈结构。本发明通过这种结合了目标磁场分布特征的优化设计，能够有效的减少补偿线圈数量，降低涡流效应，提高阵列线圈电流效率，优化磁场补偿的方案；能适应多种类的目标待补偿磁场分布，实现动态磁场补偿的目的。

技术领域

本发明涉及磁场补偿技术领域，特别涉及一种基于阵列线圈的磁场补偿方法及设备。

背景技术

传统的磁场补偿设备一般基于球谐函数分析将磁场分解成多组(理论上可以分解成无穷多组)正交基，然后针对每一组正交基设计一组线圈设备，应用中结合多组线圈实现目标磁场的补偿。这种多组正交线圈存在交互干扰的问题，此外涡流效应也较为显著。

阵列线圈匀场技术利用一组线圈阵列，能够直接产生目标磁场分布，不会产生额外的污染场，具有电感小，涡流效应小等优势，在磁共振匀场，梯度，射频等需要进行磁场补偿应用的场合具有重大的发展潜力。现有的阵列线圈磁场补偿设备一般选用规律的，均匀分布的单元分布线圈结构实现直接的磁场补偿，这种无优化，普适性的阵列线圈设备存在电流效率低，针对性差的问题，因此应用受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于阵列线圈的磁场补偿方法及设备。本发明根据待匀场的目标磁场的分布(可能是某几种阶次的谐波正交基磁场分量的叠加)，针对所有的目标球谐函数分量计算阵列线圈中设备的性能参数，根据建立的目标参数最优化获取此目标磁场下最优的阵列线圈设备。

本发明采用的技术方案是：提供一种基于阵列线圈的磁场补偿方法，包括以下步骤：

1)根据待补偿磁场类型，选择对应的磁场分解方法，获取目标磁场的分解结果；

2)选择电流分布曲面，并建立阵列线圈中每个线圈内的电流密度函数，选择对应的电流密度分解方法分解电流密度函数；

3)根据毕奥-萨伐尔定律建立从电流密度的流函数中各个基函数与目标磁场分解得到的基函数之间的关系；

4)建立目标磁场分布优化函数；

5)根据得到的优化函数获取目标磁场的阵列线圈的参数优化结果，从而确定流函数分布和线圈结构。

优选的是，阵列线圈的参数优化结果包括阵列线圈的形状、数量和阵列线圈中的电流的优化结果。

优选的是，目标磁场的分解方法为谐波函数正交基分解，或其他基于希尔伯特空间基函数的分解方法，或是其他可保持磁场叠加的初始态的分解方法。

优选的是，电流密度的分解方法为利用傅立叶级数进行分解，或是其他基于希尔伯特空间基函数的分解方法。

优选的是，所述待补偿磁场为具有圆柱形磁体结构的Halbach磁体磁场，针对该磁场的磁场补偿方法包括以下步骤：

1)将目标磁场用谐波函数正交基展开成谐波函数表达式：

其中n、m为谐波函数的degree和order，r、θ、Φ为极坐标变量，α_n,m、b_n,m为相应n、m阶次的谐波正交基幅度值，P^m_n为连带勒让德公式；