开放式自屏蔽全身成像高场超导MRI磁体优化设计

本文发展了开放式自屏蔽全身成像高场超导磁共振成像（MRI）磁体的优化设计方法,使设计出来的磁体仅有4 对超导线圈. 这种开放结构的超导MRI磁体优化设计方法集成了线性规划算法和遗传算法. 通过迭代线性规划算法可以在考虑成像区域（DSV）磁感应强度约束、磁场不均匀度约束、5 Gs线范围约束、线圈区域最大磁场值约束和最大环向应力约束的条件下,获得用线量最少的线圈初始形状和位置,同时可以得到每个线圈的层数和每层匝数;通过遗传算法可以提高DSV区域的磁场不均匀度,以达到高质量成像的要求. 这种集成的优化设计方法既可以灵活有效的设计开放式MRI磁体,也可以设计传统的圆柱形MRI磁体,本文通过一个1.2 T的开放式MRI磁体的设计清楚的展示了这种优化方法. 关键词： 线性规划算法 遗传算法 自屏蔽 开放式超导MRI磁体     

特殊结构超导球形转子气浮平衡装置的气膜分析（英文）

本文设计了一种六孔侧吹式静压气体球轴承,利用气浮法对非完整球形的超导转子进行静平衡检测.由于转子采用超导铌制成,薄壁空心,在4.2K极低温条件下工作,并高速旋转,要求转子具有较高的平衡精度,针对本文提出的测量方法,在测量过程中,转子自由悬浮,作用于转子表面的支撑力引起守恒干扰力矩,以及作用于转子表面的粘性剪应力引起非守恒干扰力矩,都是静平衡装置设计过程中不容忽视的关键部分,所以本文就此问题进行分析.在一定假设条件下,根据气体润滑理论和粘性流体动力学中的Navier-Stokes方程,推导得出垂直于转子表面的支撑力的计算公式以及流体粘性剪应力的计算公式,以及与轴承各设计参数之间的关系,根据静压气体球轴承设计尺寸得出各作用力的大小.     

液氮温区下光纤布拉格光栅应变传感器测量性能的研究

基于光纤布拉格光栅传感器的原理,研究了在液氮浸泡情况下光纤布拉格光栅应变传感器的静态传输特性.实验过程中利用悬臂梁原理和美国Micron Optics公司生产的光栅波长可调谐激光扫描法解调系统,分别测量了液氮浸泡中的悬臂梁的正应变和负应变,确定了在液氮温度下悬臂梁应变与光纤光栅波长偏移量之间的关系.为测量高温超导磁体的应变提供了新的方法.     

2 MJ超导储能磁体失超保护的研究

本文介绍了一种用于2 MJ超导储能磁体的失超保护系统.该失超保护系统采用数字失超检测方法,依托高性能的数字采集卡NI-6224,能快速可靠地检测到磁体失超;采用卸能电阻可变的失超卸能同路极大地提高了移能效率,减少了冷却介质的挥发.     

短腔自屏蔽核磁共振成像超导磁体的设计

本文提出了一种短腔自屏蔽核磁共振成像(MRI)超导磁体的设计方法.先将矩形截面螺线管线圈简化成截面为一个点的电流环,得到一个线性规划模型,采用线性规划的方法得到合适的线圈位置和电流大小,然后再利用遗传算法对线圈的截面形状进行优化,得到合适的线圈截面尺寸.线性规划的引入,减少了优化变量,降低了优化规模,结合遗传算法,使得短腔自屏蔽MRI超导磁体设计变得简单易行.文章最后给出了一个设计算例.     

超导转子磁悬浮结构磁耦合特性及承载能力分析

高速旋转的超导转子可用作高精度角速度传感器,其转子结构的质量偏心和球面误差是限制其精度提升的关键因素,转子结构越复杂,其制作和装配过程造成的质量偏心和球面误差就越大,则其测量角速度的精度越低.基于此介绍了一种转子结构简单的超导转子磁悬浮结构,并通过有限元方法对其磁悬浮结构的磁耦合特性进行研究,分析其对超导转子磁支承力的影响.然后基于磁路原理对磁支承结构的磁路建模,提出了一种对超导转子磁支承结构承载能力分析的方法,并设计出一种优化超导转子磁支承结构承载能力的方案.研究结果为超导转子磁悬浮系统的结构设计和优化,及其承载能力的分析和优化提供参考.     

超导悬浮系统中电磁力的有限元分析

利用超导体宏观电磁场的Bean模型和有限元方法对由超导体和超导悬浮线圈所组成的悬浮系统进行了分析计算,通过定量计算与模拟,得到了超导体感应的屏蔽电流分布,从而得到了悬浮间隙及悬浮线圈中的电流对悬浮力的影响规律,同时分析了悬浮线圈尺寸与最大悬浮力之间的关系。这些数值计算结果为优化超导悬浮系统的结构设计提供了理论依据。     

YBCO带材有限元细化模型电磁应力研究

将高场磁体的有限元平均模型和YBCO带材的细尺度网格模型相结合,在不同区域采用不同模型的多尺度建模方法,解决了YBCO带材多尺度网格剖分问题,具有结构简单和计算精度高的优点。从应力载荷出发,依次分析了轴对称模型在自场和背场电磁载荷下的每层应力应变的分布特点,得到了YBCO层状结构中不同材料的最弱应力应变分布位置。仿真结果为自场条件下的应力和应变最大位置处均在哈氏合金层。在背场条件下,3层带材受力最大位置在YBCO带材超导层和缓冲层,而6层细化模型最易在银层发生破坏。     

短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法

本文提出一种用于短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法,通过结合线性规划和非线性优化算法,设计出的磁体系统具有建造成本低、结构简单、以及线圈中最高磁场、电流安全裕度和电磁应力可控等优点.首先,通过线性规划算法在欲布置线圈空间范围内建立二维连续网格划分,搜索满足磁场约束条件的网格电流分布图;其次,将电流分布图中的非零电流簇离散成螺线管线圈,通过非线性优化算法计算出满足成像区域磁场均匀度要求、5 Gs杂散场限制、线圈中最高磁场限制、电流安全裕度以及线圈间尺寸间隔等约束条件的线圈结构参数.文中给出一个中心磁场为1.5T自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的设计案例,在50 cm球形成像区域所产生的磁场峰峰值不均匀度为10 ppm,线圈最大长度为1.32 m.该设计方法可用于对称、非对称螺线管线圈系统以及开放式双平面线圈系统的磁共振成像磁体系统设计.     

磁场对传导冷却超导磁体系统制冷机的影响

用于传导冷却超导磁体系统的GM制冷机处于强磁场环境中,由于二级蓄冷器的填充材料其性能随外部磁场大小而变化;而且冷头电机本身是永磁电机,电机性能受磁场影响更明显.因此,为了不影响制冷机的性能,需要详细地分析制冷机附近的磁场分布,将制冷机布置在低场区域;但是,高场磁体系统本身磁场强度高、温度裕度低,为了降低磁体运行时的热点温度,不可能将制冷机布置在距离磁体较远的区域,这时就需要对制冷机采取屏蔽措施.本文以正在建造的8T传导冷却超导磁体系统为例,研究了磁场对制冷机位置的影响,并分析了铁磁屏蔽对制冷机附近磁场的屏蔽效果.