|
|
Габдрахманов [Восстановленный]. "Проектирование узлов и блоков магнитной системы мртомографа"
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ” (ФГБОУ ВО “КГЭУ”) КУРСОВОЙ ПРОЕКТ На тему “Проектирование узлов и блоков магнитной системы МР-томографа” Выполнил: студент 4 курса
группы ПМД-1-19 Габдрахманов Фаиль Фанилевич Руководитель работы: Профессор кафедры «ПМ» Андреев Н.К.
Цель работы- разработка блоков установки для создания магнитного поля с заданной степенью неоднородности, включающих в себя
- двухсекционный соленоид с заданными размерами, заданным числом витков провода, силой тока в проводе;
- катушку Гельмгольца с заданным количеством витков провода и силой тока в проводе;
- импульсного блока питания для катушки Гельмгольца. Заданная конфигурация блоков является общей для широкого класса современных измерительных установок, таких как спектрометры ядерного магнитного резонанса (ЯМР), ЯМР и квантовые магнитометры, а также системы магнитно-резонансной томографии (МРТ).
Введение
- Магнитно-резонансная томография — способ получения томографических медицинских изображений для исследования внутренних органов и тканей с использованием явления ядерного магнитного резонанса. Способ основан на измерении электромагнитного отклика атомных ядер, находящихся в сильном постоянном магнитном поле, в ответ на возбуждение их определённым сочетанием электромагнитных волн. В МРТ такими ядрами являются ядра атомов водорода, присутствующие в огромном количестве в человеческом теле в составе воды и других веществ
Магнитная система ЯМР-интроскопа
Юстировочные элементы
- Изготовленная магнитная система включает в себя юстировочные элементы. В качестве юстировочных элементов выступают элементы механической регулировки положения и ориентации катушек соленоида с датчиками положения, элементы регулировки тока и датчики тока в собственных катушках соленоида и корректирующих катушках.
- Установка для исследования и юстировки магнитных полей состоит из следующих основных частей: 1) датчиков магнитного поля, 2) персонального компьютера, 3) контроллера для управления юстировочными элементами магнитной системы.
Датчики магнитного поля
- В качестве датчиков магнитного поля используются датчики Холла и датчики ЯМР. Координатный стол – позиционер, снабженный системой измерения и задания положения, служит для точного позиционирования датчиков. Причем на первом этапе юстировки, когда градиенты магнитного поля могут быть еще велики, используются датчики Холла, с помощью которых измеряют значения напряженности поля во всех выбранных точках рабочей области. Точность измерения датчиков Холла позволяет отрегулировать и снизить относительную неоднородность поля до уровня 10-3-10-4. Также для точной юстировки применяются датчики ЯМР.
Персональный компьютер
- хранит программы теоретической модели магнитной системы, по которым рассчитываются значения магнитного поля, градиенты магнитного поля, коэффициенты чувствительности, значения и направления регулировочных воздействий
- через аналого-цифровые преобразователи рассчитывает и хранит значения напряженности магнитного поля по измеренным сигналам датчиков Холла и ЯМР, а также координаты точек, в которых измерялось поле
- хранит программы измерений и импульсных последовательностей ЯМР
- загружает в оперативное запоминающее устройство контроллера (программатора) импульсные последовательности ЯМР
- через цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) и усилительные устройства управляет регулирующими воздействиями
Катушки
- Катушки Гельмгольца (КГ) представляют собой пару круговых обмоток, расстояние плоскостей которых друг от друга равно радиусу катушек 𝑅=𝐻. КГ расположены симметрично относительно центра системы на другом каркасе в области внутри 𝑅<𝑎1 или вне каркаса 𝑅>𝑎2 катушек соленоида (в зависимости от варианта расчета).
Проектирование системы соленоид-катушка Гельмгольца и расчет магнитного поля
Магнитное поле соленоида подсчитывается по формуле:
HZ=HZ1-HZ2
Чертеж секций соленоида
Расчет магнитного поля соленоида конечной толщины
Рассчитали магнитное поле соленоида и поле катушек Гельмгольца при помощи среды программирования MatLab. Получили соответствующие графики магнитных полей.
График Hz
Расчет соленоида, который состоит из двух секций
График Hz.
Расчет поле катушек Гельмгольца
Графики Hz3
Расчёт оптимальной неоднородности поля
- Относительная неоднородность магнитного поля
Таким образом вычислили
оптимальную относительную
неоднородность, значение равно 0,0104%.
Чертеж общего вида каркасов соленоида
Принципиальная схема flyback-преобразователя на основе TDA4605
Ознакомились с работой и строением флайбек - преобразователя на базе TDA4605, при помощи программы Multisim собрали принципиальную электрическую схему. Характеристики преобразователя: питается от сетевого переменного напряжения 220 В частотой 50 Гц, при выходном напряжении 12 В ,он должен обеспечивать на выходе ток 4 А, стабильность тока и напряжения не хуже 10-3.
Преимущества преобразователя
- мгновенное переключение в автономный режим, без перерыва в питании нагрузки;
- постоянная стабилизация напряжения, исключающая трансляцию входных колебаний на выход устройства (выходные характеристики ИБП абсолютно независимы от состояния питающей сети);
- чистая синусоида и максимально приближенное к норме значение выходного;
- широкий диапазон отклонений входного напряжения, нейтрализуемых без перехода на аккумуляторы;
- корректность работы с фазозависимыми нагрузками;
- исключение обратного влияния нагрузки на сеть;
- регулирование входного коэффициента мощности;
- долговечность (в конструкции отсутствуют подверженные механическому износу подвижные элементы).
Вывод
- В процессе выполнения курсового проекта спроектировали систему соленоид - катушка Гельмгольца и рассчитали магнитное поле соленоида и поле Гельмгольца в среде программирования MatLab, получили графики магнитных полей. Разработали принципиальную электрическую схему со спецификацией и печатную плату, а также конструкцию каркасов солениода, изготовили чертежи.
- Изучили элементы преобразователя источника питания. Характеристики преобразователя: питается от сетевого переменного напряжения 220 В частотой 50 Гц, он должен обеспечивать на выходе ток 4 А при выходном напряжении 12 В, стабильность тока и напряжения не хуже 10-3.
- Относительная неоднородность равна 0,0104%.
- Спроектированная система катушек со стабилизированным источником питания может быть применена в низкополевом варианте МР-томографа.
|
|
|
Скачать 0.55 Mb.