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摘 要 工业核磁共振分析仪中的磁体系统仍然以钕铁硼的永磁体为主。钕铁硼材料对温度非常敏感，中心磁场强度为1.4T的永磁体系统，当温度变化千分之一摄氏度，即1m℃时，磁场强度变化约为1ppm。实际应用时，必须使永磁体稳定于某一设定温度，从而获得稳定的恒定磁场。
关键词 磁体系统；有源匀场；温度控制
中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）16-0106-02
在工业核磁共振永磁体系统的调试过程中，都会进行电磁线圈补偿的方式调节磁体的均匀度，但是补偿线圈电流的突然变化会使得磁体温度突然失衡，必须等待温度稳定后才能继续测试，针对这一情况，寻找另一种温控方法或解决温度突然失衡的办法成为了工作重点，是提高磁體系统调试效率的前提。
1 系统组成
系统结构示意图如图1所示。
本磁体系统由磁体部分、温控部分、匀场部分组成。磁体部分由磁钢9、极靴7、磁轭4以及保温材料3构成；温控部分由传感器5、温控器1和加热器8构成；匀场部分由匀场控制单元2和匀场补偿线圈6构成。
在系统的设计中，为获得更好的匀场效果，有源匀场补偿线圈的导线会设计得细而密，通常一个补偿线圈的直流阻抗为9～32Ω。当补偿线圈接入0.2A的电流时，相应通道的会产生功率为0.36～1.28W的发热功率。在本系统中，由铂电阻来采集温度数据，采用16位脉宽调制的方式调节加热功率。
2 系统实现
将系统上电后，温控部分首先将磁体加热使温度稳定在设定值，本系统为温度设定值为41.8℃，稳定过程大约需要7h，稳定后温度波动大约0.4m℃。
将其中的一个匀场补偿线圈通入0.2A电流，其线圈电阻为27.23Ω，发热功率约为1.1W，此刻温度传感器并未检测到匀场补偿线圈的发热量，温控器仍旧按照传感器的采集数据计算PWM的输出。然而短暂的稳定后传感器采集到了磁体的逐渐升温，温控器开始调整输出值。如图2所示，温度上升了约6.5m℃，磁体温度才开始出现下调趋势，造成了巨大的温度波动，大约经历270min后才回到设定值趋于平稳。
为了解决在调试匀场电流时对磁体造成的温度波动，将匀场调试时补偿线圈的发热功率提前抵消，将温控部分与匀场部分采用数据线连接，由匀场控制单元将线圈的发热功率通知给温度控制器，使温度控制器及时的减少相应的输出功率，以求得对磁体的加热能量稳定。计算线圈的发热功率由匀场控制单元完成，利用对每路线圈电阻查表的方式计算出加热功率。按照以上思路，修改了匀场和温控部分的软件，将两个部分联机通讯，在匀场补偿电流施加于补偿线圈的时候温控器相应的减少PWM输出的占空比，使发热功率维持补偿线圈加载电流前的状态。经过测试，磁体温度首先会有一部分跌落，约为1.5m℃，然后进入调整状态，约70min后达到稳定，如图3所示。
同样是对27.23Ω的线圈中施加了0.2A的电流，匀场和温控部分联机后比联机前的温度波动小了5m℃，稳定时间缩短了3小时20分钟，大大减少了温度稳定的等待时间，提高了工作效率。但是在补偿电流施加于线圈的同时磁体温度并不是恒定，而是出现了小的跌落，并没有像预期计算的维持稳定，在分析了磁体系统的结构和计算后，确定了出现此现象的原因，因为匀场补偿线圈的发热一部分传递给了磁体，另一部分发散到空气中，而两机联机通讯后温控器是直接减少了线圈计算的发热功率，没有考虑到空气对线圈的散热能力，造成了PWM输出占空比过度减小。
由于磁体结构的特殊性，空气对补偿线圈的热量传导计算结果与实际的传导能力相差较大，采用试凑法调整匀场补偿线圈对磁体加热的功率衰减系数，当温控器输出衰减量为线圈发热量的78%的时候，补偿线圈的温度对磁体影响较小，27.23Ω的补偿线圈施加0.2A电流，磁体的温度波动仅为0.66m℃，且稳定时间仅用了约10min，而且0.66m℃的温度波动在系统调试过程中是允许的，没有对输出结果造成较大影响。
3 结论
工业核磁共振永磁体系统在有源匀场调试的同时及时将调整信息反馈给温控器，令温控器提前对输出值作出相应改变，大大减小了温度的跳变幅度和缩短了温度稳定时间，解决了永磁体系统温控突然失衡的现象。将有源匀场补偿线圈对磁体的加热系数代入到系统中，基本可以实现调试过程零等待，温度的波动幅度在进一步调试过程中能够降得更低。
参考文献
[1]杨博，李宛洲.基于单片机的新型多路数据采集系统[J].仪表技术与传感器，2006（11）：45-46.
[2]高国焱，余文休.自动控制原理[M].广州：华南理工大学出版社，1999.
[3]陶永华.新型PID控制及其应用[M].北京：机械工业出版社，1998.
[4]腾青芳.非线性与神经网络控制方法在控制系统中的应用[J].电气传动自动化，2003，25（2）：28-30.
[5]梁国伟，李长武，王芳.多点热式气体质量流量测试方法实验研究[J].传感技术学报，2005，18（4）：785-789.
[6]梁国伟，蔡武昌.流量测量技术与仪表[M].北京：机械工业出版社，2002.
关键词 磁体系统；有源匀场；温度控制
中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）16-0106-02
在工业核磁共振永磁体系统的调试过程中，都会进行电磁线圈补偿的方式调节磁体的均匀度，但是补偿线圈电流的突然变化会使得磁体温度突然失衡，必须等待温度稳定后才能继续测试，针对这一情况，寻找另一种温控方法或解决温度突然失衡的办法成为了工作重点，是提高磁體系统调试效率的前提。
1 系统组成
系统结构示意图如图1所示。
本磁体系统由磁体部分、温控部分、匀场部分组成。磁体部分由磁钢9、极靴7、磁轭4以及保温材料3构成；温控部分由传感器5、温控器1和加热器8构成；匀场部分由匀场控制单元2和匀场补偿线圈6构成。
在系统的设计中，为获得更好的匀场效果，有源匀场补偿线圈的导线会设计得细而密，通常一个补偿线圈的直流阻抗为9～32Ω。当补偿线圈接入0.2A的电流时，相应通道的会产生功率为0.36～1.28W的发热功率。在本系统中，由铂电阻来采集温度数据，采用16位脉宽调制的方式调节加热功率。
2 系统实现
将系统上电后，温控部分首先将磁体加热使温度稳定在设定值，本系统为温度设定值为41.8℃，稳定过程大约需要7h，稳定后温度波动大约0.4m℃。
将其中的一个匀场补偿线圈通入0.2A电流，其线圈电阻为27.23Ω，发热功率约为1.1W，此刻温度传感器并未检测到匀场补偿线圈的发热量，温控器仍旧按照传感器的采集数据计算PWM的输出。然而短暂的稳定后传感器采集到了磁体的逐渐升温，温控器开始调整输出值。如图2所示，温度上升了约6.5m℃，磁体温度才开始出现下调趋势，造成了巨大的温度波动，大约经历270min后才回到设定值趋于平稳。
为了解决在调试匀场电流时对磁体造成的温度波动，将匀场调试时补偿线圈的发热功率提前抵消，将温控部分与匀场部分采用数据线连接，由匀场控制单元将线圈的发热功率通知给温度控制器，使温度控制器及时的减少相应的输出功率，以求得对磁体的加热能量稳定。计算线圈的发热功率由匀场控制单元完成，利用对每路线圈电阻查表的方式计算出加热功率。按照以上思路，修改了匀场和温控部分的软件，将两个部分联机通讯，在匀场补偿电流施加于补偿线圈的时候温控器相应的减少PWM输出的占空比，使发热功率维持补偿线圈加载电流前的状态。经过测试，磁体温度首先会有一部分跌落，约为1.5m℃，然后进入调整状态，约70min后达到稳定，如图3所示。
同样是对27.23Ω的线圈中施加了0.2A的电流，匀场和温控部分联机后比联机前的温度波动小了5m℃，稳定时间缩短了3小时20分钟，大大减少了温度稳定的等待时间，提高了工作效率。但是在补偿电流施加于线圈的同时磁体温度并不是恒定，而是出现了小的跌落，并没有像预期计算的维持稳定，在分析了磁体系统的结构和计算后，确定了出现此现象的原因，因为匀场补偿线圈的发热一部分传递给了磁体，另一部分发散到空气中，而两机联机通讯后温控器是直接减少了线圈计算的发热功率，没有考虑到空气对线圈的散热能力，造成了PWM输出占空比过度减小。
由于磁体结构的特殊性，空气对补偿线圈的热量传导计算结果与实际的传导能力相差较大，采用试凑法调整匀场补偿线圈对磁体加热的功率衰减系数，当温控器输出衰减量为线圈发热量的78%的时候，补偿线圈的温度对磁体影响较小，27.23Ω的补偿线圈施加0.2A电流，磁体的温度波动仅为0.66m℃，且稳定时间仅用了约10min，而且0.66m℃的温度波动在系统调试过程中是允许的，没有对输出结果造成较大影响。
3 结论
工业核磁共振永磁体系统在有源匀场调试的同时及时将调整信息反馈给温控器，令温控器提前对输出值作出相应改变，大大减小了温度的跳变幅度和缩短了温度稳定时间，解决了永磁体系统温控突然失衡的现象。将有源匀场补偿线圈对磁体的加热系数代入到系统中，基本可以实现调试过程零等待，温度的波动幅度在进一步调试过程中能够降得更低。
参考文献
[1]杨博，李宛洲.基于单片机的新型多路数据采集系统[J].仪表技术与传感器，2006（11）：45-46.
[2]高国焱，余文休.自动控制原理[M].广州：华南理工大学出版社，1999.
[3]陶永华.新型PID控制及其应用[M].北京：机械工业出版社，1998.
[4]腾青芳.非线性与神经网络控制方法在控制系统中的应用[J].电气传动自动化，2003，25（2）：28-30.
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[6]梁国伟，蔡武昌.流量测量技术与仪表[M].北京：机械工业出版社，2002.