Halbach MRI Manyetik Bileşen Tasarım Konsepti ve Manyetik Alan Optimizasyon Analizi

14 Temmuz 2025

MRI manyetik bileşenlerinin tasarımında, manyetik alan yoğunluğu ve homojenliği kritik performans göstergeleridir. Teorik analiz ve simülasyon modellemesi yoluyla, manyetik alan performansını etkileyen temel faktörler aşağıdaki gibi özetlenebilir:

1. Mıknatıslanma Desen Tasarımı

Bu bileşen, alternatif bir NS mıknatıslanma düzeni benimser (bkz. Şekil 1). Bu düzen, geleneksel Halbach yapısına kıyasla biraz daha düşük bir yüzey manyetik alanı sağlasa da, alan düzgünlüğü ve kontrolü için faydalı olan daha yumuşak manyetik alan geçişleri sunar. 12 segmentli bir mıknatıs yapısı kullanılmıştır (Şekil 2), bu hem simülasyon sonuçları hem de literatür referanslarıyla doğrulanmıştır. Gelecekteki çalışmalar, bunu gerçek testler aracılığıyla 16 segmentli bir yapıyla karşılaştıracaktır.

2. Mıknatıs Boyut Tasarımı: İç ve Dış Çap

Mıknatısların iç ve dış çapları manyetik alan şiddetini önemli ölçüde etkiler:

A daha küçük iç çapbir sonuç verir daha yüksek manyetik alanve ayarlama için anahtar parametredir.
Sırasında dış çapı artırmakBaşlangıçta manyetik alanı iyileştirse bile belli bir noktadan sonra faydası azalır, aşırı büyüklük ise malzeme israfına yol açar.

Bu nedenle, yaygın mıknatıs en boy oranı kılavuzunu takip etmeniz önerilir: uzunluk/çap > 0,5, tercihen > 0,7Performans ve maliyet arasında denge kurmak.

3. Mıknatıs Yükseklik Etkisi

Mıknatısın yüksekliği hem alan yoğunluğunu hem de düzgünlüğünü etkiler. Üretim kısıtlamaları nedeniyle, tek başına mıknatıslar istenen yüksekliğe ulaşamaz, bu nedenle bölümlü yığın yapısı Tasarımı güçlendirmek için kullanılır.

4. Mıknatıs Performansı ve Stabilitesi

Çalışma ortamı göz önüne alındığında, mıknatısların kararlı bir termal direnç göstermesi gerekir. Bu tasarım, aşağıdaki özelliklere sahip mıknatıslar kullanır: 100°C uzun vadede güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlamak.

5. Manyetik Sapma Açısı Kontrolü

Mıknatıslanma açısındaki (manyetik sapma açısı) sapma, alan düzgünlüğünü etkiler. Çoğu mıknatıs, yüksek hassasiyet gerektiren bir açıyla yüklenir. Üretim sürecini optimize ediyoruz. kabul edilebilir sınırlar içinde açısal sapmayı kontrol edin.

6. Dairesel Mıknatıs Dizilerinde Montaj Boşluğu Yönetimi

Her manyetik halka katmanı, daire şeklinde düzenlenmiş 12 mıknatıs segmentinden oluşur. Bu bağlantıların hassasiyeti, manyetik alanı doğrudan etkiler. Birikimli hatayı azaltmak için:

Biz negatif ve pozitif toleranslı mıknatısları eşleştirindaha iyi hizalama için.
Biz sıkı bir şekilde kontrol ediyoruz açısal sapmaher parçanın montaj hatalarını en aza indirmek.

7. Yığın Düzlüğü Kontrolü

Üst üste yerleştirilmiş mıknatıs halkalarındaki eşit olmayan uç yüzeyler, montaj boşlukları oluşturur ve manyetik alan homojenliğini bozar. Manyetik halkaların her iki uç yüzeyini işlemek için taşlama makineleri kullanarak şunları sağlıyoruz:

Düz yüzeyler;
Paralel uç yüzeyleri;
Sıkı istifleme entegrasyonu.

8. Kurulum Açısı ve Merkez Eksen Hizalaması

Alanı istikrarsızlaştırabilecek yönsel hizalama hatalarını önlemek için manyetik halkalar arasında hassas hizalama gereklidir:

Dış halkalar şu şekilde tasarlanmıştır: önceden ayarlanmış konumlandırma pim delikleritutarlı montaj açılarını sağlamak için.

The merkez eksen alan dağılımısimüle edilir (bkz. Şekil 3) ve bir 40 mm kenar boşluğuTasarımda manyetik alan dalgalanmalarını korumak için ayrılmıştır hedef SR bölgesi (20 mm) en azından.

Referans Literatürü ve Genişleme Planları
Referans Dergisi: Uygulamalı Fizik Dergisi, Cilt 104, 013910, 2008
Makale Başlığı: Halbach silindir tasarımının optimizasyonu ve iyileştirilmesi
Yazarlar: R. Bjørk, CRH Bahl, A. Smith, N. Pryds
DOI: 10.1063/1.2952537

Teorik ve Ölçülen Değerler (Birim: T / Gauss)

Bölge	Teorik Değer	Ölçülen Değer	Hata Aralığı
SR10	0,4954T, ±20Gs	0,4853T, ±46Gs	İyi kontrol ediliyor, iyileştirme için ufak bir alan var
SR1	0,4956T, ±0,2Gs (≈40ppm)	0,4853T, ±3Gs (≈618ppm)	Merkez kararlılığının daha fazla iyileştirilmesi gerekiyor

Patentler ve Simülasyon Sonuçları
Bu tasarıma ilgili tasarımlar eşlik ediyor patent başvurularıve tam manyetik alan simülasyonu ve 3B yapısal modelleme tamamlandı. Son adım ise fiziksel prototip montajı ve doğrulaması.

MRI manyetik bileşen Ar-Ge'miz, simülasyon yeteneklerimiz veya manyetik alan optimizasyon hizmetlerimiz hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, daha fazla tartışma için bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin!

PAYLAŞMAK: