專利名稱：被覆薄層抗渦流方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料在交變電磁場條件下的應(yīng)用技術(shù)，特別是涉及將這類材料應(yīng)用于磁共振成像(MRI)條件的抗渦流技術(shù)。
渦流是交變電磁場在導(dǎo)電介質(zhì)表層感應(yīng)出逆抗原電磁場的交變電流。除在電磁感應(yīng)爐和罩極電動機(jī)等領(lǐng)域，有它一定的應(yīng)用價值之外，一般來說，渦流對電子設(shè)備和電氣系統(tǒng)的正常工作和性能提高有諸多危害。渦流造成高頻干擾、設(shè)備發(fā)熱、電磁場頻率特性畸變，電磁轉(zhuǎn)換效率下降，常見于變壓器、電機(jī)電器及儀器裝置中。磁共振成像設(shè)備中的渦流，不僅影響圖像質(zhì)量，而且影響成像速度。
現(xiàn)有技術(shù)抗渦流方法，一種是采用合金材料，并改變結(jié)構(gòu)設(shè)計，例如變壓器和電機(jī)電器中普遍采用的硅鋼片迭層結(jié)構(gòu)；另一種方法是，利用粉末冶金和燒結(jié)技術(shù)，制造例如鐵氧體這樣的在高頻電磁場環(huán)境里仍有相當(dāng)導(dǎo)磁性能而又具有很高電阻率的實(shí)體材料。然而，這兩種方法在工程應(yīng)用中都只能減輕渦流和磁滯的消極作用，渦流的組合效應(yīng)卻依然存在。尤其是，某些電磁設(shè)備的結(jié)構(gòu)不能改變，例如MRI設(shè)備的面壁，特定使用工業(yè)純鐵板或鋁板、銅板，這些材料電阻率極低，會在交變電磁場中產(chǎn)生很大渦流而又無法使用上述兩種技術(shù)來遏制渦流的消極作用。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供出一種無需改變結(jié)構(gòu)設(shè)計就能有效遏制渦流的方法，從而顯著提高核磁共振成像設(shè)備的成像速度和成像質(zhì)量。
研究表明，工程電磁場領(lǐng)域，渦流能量集中在導(dǎo)電介質(zhì)表層。在一確定系統(tǒng)中，即在交變電磁場和導(dǎo)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)不變的條件下，渦流滲入介質(zhì)表層的深度δ=1/πμσf]]>式中μ是介質(zhì)磁導(dǎo)率，σ是介質(zhì)電導(dǎo)率，f是交變電磁場頻率。
從能量隔離觀點(diǎn)出發(fā)，在導(dǎo)電介質(zhì)表面粘貼或鍍覆高電阻率、高磁導(dǎo)率材料薄層(以下簡稱薄層)，使外加交變電磁場在薄層內(nèi)的感應(yīng)電流自成回路，即渦流獨(dú)立于最小單元，并使各單元的感應(yīng)電流各向異性，使得所述薄層在外加電磁場激勵下綜合感應(yīng)電流趨于零，從而隔離渦流能量，解決了抗渦流問題。
基于上述觀點(diǎn)，本發(fā)明的目的可以通過采取以下措施來達(dá)到使用一種被覆薄層抗渦流方法，基于渦流的趨膚效應(yīng)，在形成渦流的結(jié)構(gòu)表面粘貼或鍍覆高電阻率、高磁導(dǎo)率的材料薄層，使外加交變電磁場在薄層內(nèi)的綜合感應(yīng)電流趨于零。
附圖的圖面說明如下

圖1是本發(fā)明方法被覆材料薄層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是用硅鋼合金微粒21與有機(jī)硅膠或塑料22調(diào)合形成薄層的示意圖；圖3是硅鋼合金微粒23鍍覆在導(dǎo)電介質(zhì)1表層的示意圖；圖4和圖7是在不用被覆材料薄層2的情況下，用探測線圈5分別針對鋁質(zhì)極板11和薄鐵極板12測得的空間場感應(yīng)渦流電勢Eed隨時間t的變化曲線；圖5、圖6是分別針對鋁質(zhì)極板11和薄鐵極板12、并采用本發(fā)明被覆材料薄層2隔離，在靜磁場強(qiáng)度H0＝0用探測線圈5測得的空間場感應(yīng)渦流電勢Eed隨時間t的變化曲線；圖8、圖9是針對工業(yè)純鐵極板12、采用本發(fā)明被覆材料薄層2隔離、并分別以H0＝0.30特斯拉和H0＝0.15特斯拉為靜磁場強(qiáng)度測得的空間場感應(yīng)渦流電勢Eed隨時間t的變化曲線。
以下就附圖所示之各最佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明圖1至圖3展示本發(fā)明的抗渦流方法?；跍u流的趨膚效應(yīng)，在圖1中，在形成渦流的導(dǎo)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)，具體地說，是金屬極板1表面粘貼或鍍覆高電阻率ρ、高磁導(dǎo)率μ的材料薄層2，使外加交變電磁場在薄層2內(nèi)綜合感應(yīng)電流趨于零。所述金屬極板1，在MRI設(shè)備中通常是工業(yè)純鐵。所述材料薄層2的厚度t，基于對交變電磁場中渦流滲入介質(zhì)表層深度δ的認(rèn)識，應(yīng)該有t≥1/πμσf]]>在導(dǎo)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)1表面粘貼或鍍覆的材料薄層2，其介質(zhì)電阻率ρ一定要很高，或者說，介質(zhì)電導(dǎo)率σ要很低，具體要求是σ≤1.75×106歐-1米-1。不僅如此，所述材料薄層2的介質(zhì)磁導(dǎo)率μ也必須很高。如果應(yīng)用它的電磁設(shè)備工作在無外磁場的環(huán)境，即靜磁場H0＝0，該薄層2的磁化特性要求是BH|Hc=0≥2000μ0,∂B∂H|H0=0≥2000μ0,]]>式中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，H為磁場強(qiáng)度，μ0是真空環(huán)境的磁導(dǎo)率。
如果應(yīng)用所述材料薄層2的電磁設(shè)備工作在靜磁場為H0的外界環(huán)境中，該薄層2的磁化特性應(yīng)是BH|H=H0≥2000μ0,∂B∂H|H=H0≥2000μ0]]>。也就是說，在磁場強(qiáng)度為H0的靜磁場中，薄層2不僅平均的相對磁導(dǎo)率要求大于2000，而且在H0那一點(diǎn)動態(tài)的相對磁導(dǎo)率也要求大于2000，否則便達(dá)不到顯著遏制渦流的效果。
可以用不同方法將抗渦流材料薄層2固定到導(dǎo)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)1，也就是某種金屬極板的表面。本發(fā)明最佳實(shí)施例之一，如圖2所示，在導(dǎo)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)1表面粘貼的材料薄層2，是由硅鋼合金微粒21調(diào)合有機(jī)硅膠或塑料22形成的?？梢詰?yīng)用的塑料包括聚乙烯、聚丙烯及不飽和聚酯，主要是不要使用容易脆裂的塑料。微粒21的直徑，在本發(fā)明的實(shí)施例中是10微米。本發(fā)明的另一最佳實(shí)施例，如圖3所示，在導(dǎo)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)1表面鍍覆的材料薄層2，是硅鋼合金微粒23的集合，并且要求微粒23的直徑d＜k/3fmax，式中fmax是外加激勵電流的最高工作頻率，k是一個系數(shù)，與分子或電荷傳輸速度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，用電鍍方法，而不是用化學(xué)膠粘劑將抗渦流材料——硅鋼被覆在導(dǎo)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)1的表面，所達(dá)到的抗渦流效果基本上是一樣的。
以下報告實(shí)驗(yàn)結(jié)果。用一個平面尺寸為160×160/100×100毫米的正方形模擬線圈4充任電磁設(shè)備的激勵線圈，將其置于磁體極板11或12之上。線圈4和極板11或12之間是所述抗渦流材料薄層2。用MRI設(shè)備提供周期T＝1.8秒，脈沖寬度＝0.5秒的恒流方波輸入激勵線圈4，造成梯度場變化。一個400匝的小線圈5用作探測線圈，如圖4～9所示，再配合一套積分放大器，用于探測空間場的變化，并由示波器顯示出來。本發(fā)明圖4～9所示各曲線都是探測線圈5測得的空間場感應(yīng)渦流電勢Eed隨時間t的變化關(guān)系，以峰值毫伏mVp計量。
圖4和圖7展示沒有抗渦流材料薄層2的情況。由曲線可見，在t＝0.5毫秒處，感應(yīng)渦流電勢Eed對于鋁質(zhì)極板11竟高達(dá)800毫伏，對于薄鐵極板12也有45毫伏。反之，如果在金屬極板11或12上加上本發(fā)明的抗渦流材料薄層2，那么由探測線圈5探測到的感應(yīng)渦流電勢Eed便顯著降低，例如圖5和圖6所示，分別針對鋁質(zhì)極板和薄鐵極板，并且靜磁場H0＝0，在t＝0.5毫秒處，Eed只有24毫伏和28毫伏；圖8和圖9針對工業(yè)鈍鐵極板，在時間點(diǎn)1毫秒處，Eed是68和113毫伏。這里要指出的是，上述兩組渦流電勢Eed，數(shù)值較小者對應(yīng)于較大的靜磁場E0＝0.30特斯拉，數(shù)值較大者對應(yīng)于較小的靜磁場E0＝0.15持斯拉。這是因?yàn)椋o磁場H0＝0.15特斯拉時，被覆材料薄層2的動態(tài)磁導(dǎo)率∂B∂H|H=H0≥2000μ0,]]>不能滿足抗渦流的要求，以致測得的感應(yīng)渦流電勢Eed仍嫌太高。據(jù)此本發(fā)明提出被覆材料薄層2在靜磁場為H0的外界環(huán)境中，磁化特性應(yīng)是∂B∂H|H=H0≥2000μ0,]]>即對其動態(tài)磁導(dǎo)率亦有所要求。實(shí)驗(yàn)表明，靜磁場強(qiáng)度H0的值在0.15特斯拉附近是不利的，應(yīng)該避免。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，所述方法簡單易行，并不必改變原結(jié)構(gòu)設(shè)計，而且成本較低。
權(quán)利要求
1.一種被覆薄層抗渦流方法，基于渦流的趨膚效應(yīng)，其特征在于在形成渦流的導(dǎo)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)(1)表面粘貼或鍍覆高電阻率ρ、高磁導(dǎo)率μ的材料薄層(2)，使外加交變電磁場在薄層(2)內(nèi)綜合感應(yīng)電流趨于零。
2.按照權(quán)利要求1所述的被覆薄層抗渦流方法，其特征在于所述粘貼或鍍覆的材料薄層(2)，其厚度t≥1/πμσf]]>。
3.按照權(quán)利要求1所述的被覆薄層抗渦流方法，其特征在于所述粘貼或鍍覆的材料薄層(2)，其介質(zhì)電導(dǎo)率σ≤1.75×106歐-1米-1。
4.按照權(quán)利要求1所述的被覆薄層抗渦流方法，其特征在于所述粘貼或鍍覆的材料薄層(2)，如果應(yīng)用它的電磁設(shè)備工作在無外磁場的環(huán)境，該薄層(2)的磁化特性是BH|H=0≥2000μ0,∂B∂B|H=0≥2000μ0]]>。
5.按照權(quán)利要求1所述的被覆薄層抗渦流方法，其特征在于所述粘貼或鍍覆的材料薄層(2)，如果應(yīng)用它的電磁設(shè)備工作在靜磁場為H0的外界環(huán)境中，該薄層(2)的磁化特性是BH|H=H0≥2000μ0;∂B∂H|H=H0≥2000μ0]]>。
6.按照權(quán)利要求1所述的被覆薄層抗渦流方法，其特征在于在導(dǎo)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)(1)表面粘貼的材料薄層(2)是由硅鋼合金微粒(21)調(diào)合有機(jī)硅膠或塑料(22)形成的。
7.按照權(quán)利要求1所述的被覆薄層抗渦流方法，其特征在于在導(dǎo)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)(1)表面鍍覆的材料薄層(2)，是硅鋼合金微粒(23)的集合。
8.按照權(quán)利要求7所述的被覆薄層抗渦流方法，其特征在于所述硅鋼合金微粒(23)的直徑d＜k/3fmax。
全文摘要
一種被覆薄層抗渦流方法，基于渦流的趨膚效應(yīng)，在形成渦流的導(dǎo)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)1表面粘貼或鍍覆高電阻率ρ、高磁導(dǎo)率μ的材料薄層2，使外加交變電磁場在薄層2內(nèi)綜合感應(yīng)電流趨于零。所述材料薄層2，可以是由硅鋼合金微粒21調(diào)合有機(jī)硅膠或塑料22形成，也可以是鍍覆的硅鋼合金微粒23。所述抗渦流方法比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，簡單易行，并不必改變原結(jié)構(gòu)設(shè)計，而且成本較低。
文檔編號H01F1/00GK1117591SQ9410957
公開日1996年2月28日 申請日期1994年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月20日
發(fā)明者李士才, 張義文 申請人:中國科健股份有限公司