本發(fā)明涉及磁共振技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路和方法。

背景技術(shù)：

磁體是磁共振成像(mri，magneticresonanceimaging)系統(tǒng)中的核心部件，為成像提供所需要的磁場(chǎng)環(huán)境。目前，mri系統(tǒng)中的磁體可分為永磁體、常導(dǎo)磁體、超導(dǎo)磁體等類型，超導(dǎo)磁體能夠產(chǎn)生均勻度好、穩(wěn)定性高的磁場(chǎng)。

圖1所示為現(xiàn)有的一種超導(dǎo)磁體的主電路原理圖，包括：磁體線圈10、低溫開關(guān)12、勵(lì)磁電源13、導(dǎo)線14和失超保護(hù)電路(圖未示)。磁體線圈10由9個(gè)單獨(dú)的超導(dǎo)線圈串聯(lián)組成。低溫開關(guān)12是一段包含加熱器的超導(dǎo)線，當(dāng)給加熱器接通電源后，低溫開關(guān)12中的超導(dǎo)線因溫度升高呈高阻狀態(tài)，低溫開關(guān)12斷開，當(dāng)撤去加熱器的電源后，低溫開關(guān)12恢復(fù)到超導(dǎo)狀態(tài)，低溫開關(guān)12閉合。低溫開關(guān)12并聯(lián)于磁體線圈10的兩端，與磁體線圈10一起密封于裝有液氦的液氦罐內(nèi)。勵(lì)磁電源13為低電壓大電流的直流輸出電源，當(dāng)磁體勵(lì)磁時(shí)，處于室溫中的勵(lì)磁電源13通過導(dǎo)線14向磁體線圈10提供均勻變化的電源電流。勵(lì)磁開始前，需要斷開低溫開關(guān)12，即給低溫開關(guān)12中的加熱器接通電源。在勵(lì)磁電源13向磁體線圈提供均勻變化的電源電流過程中，電源電流流過磁體線圈10，只有極小的電源電流流過低溫開關(guān)12。當(dāng)電源電流均勻變化到磁體所需要的預(yù)定電流時(shí)，閉合低溫開關(guān)12，即撤去低溫開關(guān)12中的加熱器的電源，低溫開關(guān)12的溫度冷卻到液氦溫度，此時(shí)低溫開關(guān)12變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)。低溫開關(guān)12閉合后，電源電流由勵(lì)磁電源13流向低溫開關(guān)12，勵(lì)磁電源13提供的電源電流由預(yù)定電流向零均勻減小，流過低溫開關(guān)12的電流由零向預(yù)定電流均勻增大，此時(shí)，流經(jīng)低溫開關(guān)12中的電流的增加量剛好等于勵(lì)磁電源13提供的電源電流的減少量。當(dāng)勵(lì)磁電源13提供的電源電流均勻變化到零時(shí)，也即流過低溫開關(guān)12的電流均勻變化到預(yù)定電流時(shí)，拆除導(dǎo)線14。此時(shí)，在磁體線圈10和低溫開關(guān)12之間閉環(huán)運(yùn)行的電流維持在預(yù)定值。

在電源電流從零向預(yù)定電流增加的過程中，當(dāng)電源電流增加到一個(gè)較大的電流(例如500a)時(shí)，如果電源電流由于某種原因被突然中斷，在缺少開關(guān)保護(hù)措施的情況下，磁體線圈10中的電流只能流過低溫開關(guān)12。此時(shí)低溫開關(guān)12處于斷開狀態(tài)，其電阻值約為30ω，電流耗散在低溫開關(guān)12上的熱量將燒毀低溫開關(guān)12。為保護(hù)低溫開關(guān)12，大多數(shù)超導(dǎo)磁體的主電路還包括開關(guān)保護(hù)單元11。開關(guān)保護(hù)單元11包括串聯(lián)的三對(duì)整流二極管：整流二極管對(duì)11a、整流二極管對(duì)11b和整流二極管對(duì)11c，每對(duì)整流二極管包括兩個(gè)整流二極管，一個(gè)整流二極管的陽極端與另一個(gè)整流二極管的陰極端連接。開關(guān)保護(hù)單元11和低溫開關(guān)12一樣并聯(lián)于磁體線圈10的兩端，與磁體線圈10一起密封于裝有液氦的液氦罐內(nèi)。電源電流被突然中斷時(shí)，由于開關(guān)保護(hù)單元11的存在，低溫開關(guān)12兩端的壓降一旦超過開關(guān)保護(hù)單元11導(dǎo)通的閾值電壓，開關(guān)保護(hù)單元11導(dǎo)通，絕大部分電流會(huì)流過開關(guān)保護(hù)單元11，只有極少量電流流過低溫開關(guān)12，這樣避免了低溫開關(guān)12被燒毀。因此，開關(guān)保護(hù)單元11對(duì)低溫開關(guān)12起保護(hù)作用。在正常的勵(lì)磁過程中，開關(guān)保護(hù)單元11必須處于非導(dǎo)通狀態(tài)，所以開關(guān)保護(hù)單元11導(dǎo)通的閾值電壓要適當(dāng)高于磁體線圈10的感應(yīng)電壓，其中，其中，是磁體線圈10的電感，是磁體線圈10中電流的變化率，“-”表示感應(yīng)電壓的正負(fù)方向與勵(lì)磁電源13的輸出電壓正負(fù)方向相反。勵(lì)磁電源13的輸出電壓為磁體線圈10上的感應(yīng)電壓與導(dǎo)線14上的壓降之和。通常地，勵(lì)磁電源13的輸出電壓為10v，導(dǎo)線14上的壓降為1v至2v，感應(yīng)電壓為8v至9v。

超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)維持很長(zhǎng)一段時(shí)間后，由于存在補(bǔ)加液氦、設(shè)備維修或者磁場(chǎng)衰減后重新對(duì)磁體勵(lì)磁等情況，需要人為地對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行降場(chǎng)。對(duì)超導(dǎo)磁體降場(chǎng)就是把磁體線圈10內(nèi)的電流完全降為零，同時(shí)避免降場(chǎng)過程中磁體線圈10和低溫開關(guān)12產(chǎn)生失超。如果在降場(chǎng)過程中磁體線圈10出現(xiàn)失超，將會(huì)引起液氦的大量揮發(fā)，造成成本浪費(fèi)?，F(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)磁體的降場(chǎng)是依靠大功率電源內(nèi)部自身的負(fù)載電阻消耗磁體線圈10的電流來完成的。以圖1所示的超導(dǎo)磁體主電路為例，在對(duì)磁體降場(chǎng)時(shí)，將磁體線圈10通過導(dǎo)線14與勵(lì)磁電源13連接，當(dāng)勵(lì)磁電源13的電源電流從零向上均勻變化至預(yù)定電流后，斷開低溫開關(guān)12，此時(shí)低溫開關(guān)12中的電流幾乎為零，電流在磁體線圈10和勵(lì)磁電源13之間流動(dòng)，利用勵(lì)磁電源13內(nèi)部自身的負(fù)載電阻消耗磁體線圈10中的電流，使電流從預(yù)定電流向下均勻變化至零，從而完成降場(chǎng)。

然而，由于磁體線圈10的電感l(wèi)很大，勵(lì)磁電源13內(nèi)部自身的負(fù)載電阻很小，不足以消耗掉磁體線圈10中的電流，以至于電源電流無法從預(yù)定值向下均勻變化至零，也就無法完成對(duì)超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的是由于磁體線圈電感很大所造成的利用大功率電源內(nèi)部自身的負(fù)載電阻無法給超導(dǎo)磁體降場(chǎng)的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路，包括：磁體線圈，包括多個(gè)串聯(lián)的超導(dǎo)線圈；低溫開關(guān)，并聯(lián)于所述磁體線圈的兩端；還包括：卸能裝置，并聯(lián)于所述磁體線圈的兩端，所述卸能裝置導(dǎo)通的閾值電壓低于所述磁體線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓；監(jiān)測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)是否已對(duì)所述超導(dǎo)磁體完成降場(chǎng)。

可選的，還包括并聯(lián)于所述磁體線圈兩端的開關(guān)保護(hù)單元，所述開關(guān)保護(hù)單元導(dǎo)通的閾值電壓高于所述磁體線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。

可選的，所述監(jiān)測(cè)單元包括第一電流監(jiān)測(cè)儀。

可選的，所述監(jiān)測(cè)單元包括第一電壓監(jiān)測(cè)儀。

可選的，所述監(jiān)測(cè)單元包括磁強(qiáng)計(jì)。

可選的，所述超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路還包括第二電流監(jiān)測(cè)儀以及串聯(lián)的勵(lì)磁電源和第一控制開關(guān)，所述串聯(lián)的勵(lì)磁電源和第一控制開關(guān)并聯(lián)于所述磁體線圈的兩端，所述第二電流監(jiān)測(cè)儀用于監(jiān)測(cè)流過所述勵(lì)磁電源的電流。

可選的，所述開關(guān)保護(hù)單元包括串聯(lián)的第一數(shù)量的整流二極管對(duì)，所述整流二極管對(duì)包括兩個(gè)整流二極管，一個(gè)整流二極管的陽極端與另一個(gè)整流二極管的陰極端連接，所述整流二極管為硅整流二極管。

可選的，所述卸能裝置包括串聯(lián)的第二數(shù)量的所述整流二極管對(duì)。

可選的，所述卸能裝置包括：第一二極管組件，包括第三數(shù)量的所述整流二極管對(duì)、第四數(shù)量的金屬模型對(duì)、金屬墊板和外套絕緣套管的金屬橫梁，所述金屬墊板置于所述整流二極管對(duì)及所述金屬模型對(duì)之間，以串聯(lián)所有整流二極管對(duì)和金屬模型對(duì)，所述金屬橫梁用于緊固所述金屬墊板，所述整流二極管使用圓盤狀封裝，所述金屬模型對(duì)的外形尺寸與所述整流二極管對(duì)相同；第二二極管組件，包括第五數(shù)量的所述整流二極管對(duì)、第六數(shù)量的所述金屬模型對(duì)、所述金屬墊板和所述金屬橫梁，所述第二二極管組件的結(jié)構(gòu)與所述第一二極管組件的結(jié)構(gòu)相同，所述第三數(shù)量與所述第五數(shù)量之和為所述第二數(shù)量，所述第三數(shù)量與所述第四數(shù)量之和等于所述第五數(shù)量與所述第六數(shù)量之和；襯托板，用于固定堆疊放置的所述第一二極管組件和所述第二二極管組件；拉桿，通過螺帽固定于所述襯托板的四周；連接板，用于串聯(lián)堆疊放置的所述第一二極管組件和所述第二二極管組件；絕緣板，置于堆疊放置的所述第一二極管組件和所述第二二極管組件之間，隔離所述第一二極管組件和所述第二二極管組件；第一接線端和第二接線端，通過金屬板分別與所述串聯(lián)的第二數(shù)量的所述整流二極管對(duì)的兩端連接。

可選的，所述卸能裝置包括并聯(lián)的兩組電阻和整流二極管組，每組電阻和整流二極管組包括串聯(lián)的第七數(shù)量的電阻和第八數(shù)量的整流二極管，并聯(lián)時(shí)一組電阻和整流二極管組中二極管的陽極端與另一組電阻和整流二極管組中二極管的陰極端連接。

可選的，所述卸能裝置包括第二控制開關(guān)和第九數(shù)量的電阻，所述第二控制開關(guān)與所述第九數(shù)量的電阻串聯(lián)。

為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行降場(chǎng)的方法，包括：對(duì)卸能裝置進(jìn)行預(yù)冷，所述卸能裝置導(dǎo)通的閾值電壓低于磁體線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，所述磁體線圈包括多個(gè)串聯(lián)的超導(dǎo)線圈；通過帶有接頭的導(dǎo)線將所述卸能裝置并聯(lián)于所述磁體線圈的兩端；安裝監(jiān)測(cè)單元；斷開低溫開關(guān)，所述低溫開關(guān)并聯(lián)于所述磁體線圈的兩端；觀察所述監(jiān)測(cè)單元，判斷降場(chǎng)是否完成。

為解決上述問題，本發(fā)明還提供了另外一種對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行降場(chǎng)的方法，包括：對(duì)卸能裝置進(jìn)行預(yù)冷，所述卸能裝置導(dǎo)通的閾值電壓低于磁體線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，所述磁體線圈包括多個(gè)串聯(lián)的超導(dǎo)線圈；通過帶有接頭的導(dǎo)線將串聯(lián)的勵(lì)磁電源和第一控制開關(guān)并聯(lián)于所述磁體線圈的兩端；通過帶有接頭的導(dǎo)線將所述卸能裝置并聯(lián)于所述串聯(lián)的勵(lì)磁電源和第一控制開關(guān)的兩端；安裝監(jiān)測(cè)單元和第二電流監(jiān)測(cè)儀；閉合所述第一控制開關(guān)；觀察所述第二電流監(jiān)測(cè)儀，當(dāng)流過低溫開關(guān)的電流為零時(shí)，斷開所述低溫開關(guān)，所述低溫開關(guān)并聯(lián)于所述磁體線圈的兩端；斷開所述第一控制開關(guān)；觀察所述監(jiān)測(cè)單元，判斷降場(chǎng)是否完成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案提供的超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路和方法，通過控制卸能裝置兩端的導(dǎo)通電壓小于磁體線圈的感應(yīng)電壓，在降場(chǎng)時(shí)使磁體線圈中的電流消耗在卸能裝置上，能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)，同時(shí)在降場(chǎng)過程中不會(huì)引發(fā)磁體線圈的失超。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的一種超導(dǎo)磁體的主電路原理圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一的超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路原理圖；

圖3a是本發(fā)明實(shí)施例的卸能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3b是本發(fā)明實(shí)施例的卸能裝置的第一二極管組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3c是本發(fā)明實(shí)施例的卸能裝置的第二二極管組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例一的對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行降場(chǎng)的方法流程示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例二的超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路原理圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例二的對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行降場(chǎng)的方法流程示意圖；

圖7a是本發(fā)明實(shí)施例的卸能裝置一種結(jié)構(gòu)的電路原理圖。

圖7b是本發(fā)明實(shí)施例的卸能裝置另一種結(jié)構(gòu)的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

正如背景技術(shù)中所描述的，對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行不引發(fā)磁體線圈失超的人為降場(chǎng)是一項(xiàng)技術(shù)難題，現(xiàn)有技術(shù)通過勵(lì)磁電源內(nèi)部自身的負(fù)載電阻消耗磁體線圈中的電流進(jìn)行降場(chǎng)。但由于勵(lì)磁電源內(nèi)部自身的負(fù)載電阻很小，磁體線圈的電感很大，負(fù)載電阻不足以消耗掉磁體線圈中的電流，也就無法完成對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行降場(chǎng)。本發(fā)明技術(shù)方案提供了一種超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路，通過控制超導(dǎo)磁體電路中卸能裝置導(dǎo)通的閾值電壓小于磁體線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，使磁體線圈中的電流消耗在卸能裝置上，能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)，同時(shí)不會(huì)引發(fā)磁體線圈失超。

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路進(jìn)行詳細(xì)的說明。參照?qǐng)D2所示，本發(fā)明實(shí)施例一的降場(chǎng)電路原理圖，包括：磁體線圈10、低溫開關(guān)12、卸能裝置20和監(jiān)測(cè)單元21。為在勵(lì)磁過程中保護(hù)低溫開關(guān)12，所述降場(chǎng)電路還包括開關(guān)保護(hù)單元11。需要說明的是，在其他實(shí)施例中，所述降場(chǎng)電路也可以不包括開關(guān)保護(hù)單元。

所述磁體線圈10包括多個(gè)串聯(lián)的超導(dǎo)線圈，例如圖2所示為9個(gè)。所述開關(guān)保護(hù)單元11導(dǎo)通的閾值電壓高于所述磁體線圈10產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，在本實(shí)施例中，所述開關(guān)保護(hù)單元11包括串聯(lián)的多個(gè)整流二極管對(duì)，所述整流二極管對(duì)包括兩個(gè)整流二極管，一個(gè)整流二極管的陽極端與另一個(gè)整流二極管的陰極端連接，所述整流二極管為硅整流二極管。如圖2所示，本實(shí)施例中，所述開關(guān)保護(hù)單元11包括3個(gè)所述整流二極管對(duì)。所述低溫開關(guān)12是一段包含加熱器的超導(dǎo)線，當(dāng)給加熱器接通電源后，所述低溫開關(guān)12中的超導(dǎo)線因溫度升高呈高阻狀態(tài)，所述低溫開關(guān)12斷開，當(dāng)撤去加熱器的電源后，所述低溫開關(guān)12恢復(fù)到超導(dǎo)狀態(tài)，所述低溫開關(guān)12閉合。所述開關(guān)保護(hù)單元11和所述低溫開關(guān)12都并聯(lián)在所述磁體線圈10的兩端，與所述磁體線圈10一起密封于裝有液氦的液氦罐內(nèi)。所述卸能裝置20導(dǎo)通的閾值電壓低于所述磁體線圈10產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，在本實(shí)施例中，所述卸能裝置20包括串聯(lián)的多個(gè)整流二極管對(duì)，所述多個(gè)整流二極管對(duì)與所述開關(guān)保護(hù)單元11中的整流二極管對(duì)的電氣連接方式與整流二極管的型號(hào)相同。如圖2所示，在本實(shí)施例中，所述卸能裝置20包括4個(gè)所述整流二極管對(duì)。

在本實(shí)施例中，還給出了卸能裝置20的一種結(jié)構(gòu)，如圖3a右側(cè)圖所示。所述卸能裝置20包括第一二極管組件(圖3b所示)、第二二極管組件(圖3c所示)、連接板31、襯托板32、拉桿33、絕緣板(圖未示出)、第一接線端a和第二接線端b。為清楚地表示所述卸能裝置20的結(jié)構(gòu)，圖3a左側(cè)圖示出了所述第一二極管組件和所述第二二極管組件堆疊放置形成的二極管組件30放置的方式。

所述第一二極管組件包括多個(gè)所述整流二極管對(duì)、多個(gè)金屬模型對(duì)、金屬墊板和外套絕緣套管的金屬橫梁，所述金屬墊板置于所述整流二極管對(duì)及所述金屬模型對(duì)之間，以串聯(lián)所有整流二極管對(duì)和金屬模型對(duì)，所述金屬橫梁用于緊固所述金屬墊板，所述整流二極管以圓盤狀封裝，所述金屬模型對(duì)的外形尺寸與所述整流二極管對(duì)相同，能夠起到導(dǎo)電和散熱的作用。所述第二二極管組件的結(jié)構(gòu)與所述第一二極管組件的結(jié)構(gòu)相同，只是所述整流二極管對(duì)和所述金屬模型對(duì)的數(shù)量可能存在差異。所述第一二極管組件與所述第二二極管組件的結(jié)構(gòu)對(duì)稱，即所述第一二極管組件中所述整流二極管對(duì)和所述金屬模型對(duì)的數(shù)量和與所述第二二極管組件中所述整流二極管對(duì)和所述金屬模型對(duì)的數(shù)量和相等。

圖3b所示為本發(fā)明實(shí)施例的卸能裝置20的第一二極管組件的結(jié)構(gòu)示意圖，包括3對(duì)以圓盤狀封裝的整流二極管，第一對(duì)整流二極管包括整流二極管d1和整流二極管d4，第二對(duì)整流二極管包括整流二極管d2和整流二極管d5，第三對(duì)整流二極管包括整流二極管d3和整流二極管d6。每對(duì)整流二極管之間通過金屬墊板串聯(lián)在一起，即所述第一對(duì)整流二極管和所述第二對(duì)整流二極管通過金屬墊板m31串聯(lián)，所述第二對(duì)整流二極管和所述第三對(duì)整流二極管通過金屬墊板m32串聯(lián)，串聯(lián)后的整流二極管對(duì)兩端分別連接金屬板m1和金屬板m6。串聯(lián)后的每對(duì)整流二極管中，一個(gè)整流二極管的陽極端與另一個(gè)整流二極管的陰極端連接。所述第一二極管組件還包括外套絕緣套管m8的金屬橫梁m7，所述金屬橫梁m7用于緊固所述金屬墊板和所述金屬板。在本實(shí)施例中，所述金屬墊板包括鋁板和無氧銅圓盤對(duì)，所述無氧銅圓盤對(duì)夾于所述鋁板之間，即所述金屬墊板m31包括鋁板m2、鋁板m3以及位于鋁板m2和鋁板m3之間的無氧銅圓盤對(duì)，所述金屬墊板m32包括鋁板m4、鋁板m5以及位于鋁板m4和鋁板m5之間的無氧銅圓盤對(duì)。所述金屬板m1和所述金屬板m6也為鋁板。所述金屬墊板和所述金屬板用于導(dǎo)通所述3對(duì)整流二極管，并在所述整流二極管工作時(shí)起散熱作用。需要說明的是，所述無氧銅圓盤對(duì)和所述鋁板與其他金屬材料相比，導(dǎo)電能力強(qiáng)，散熱效果好，是本發(fā)明方案的優(yōu)選實(shí)施方式。在其他實(shí)施例中，所述金屬墊板和所述金屬板也可以由不銹鋼代替，或者由其他導(dǎo)通電阻小的金屬代替。所述絕緣套管m8是塑料管，在所述金屬橫梁m7和所述金屬墊板之間起電氣絕緣的作用，防止所述整流二極管對(duì)之間通過所述金屬橫梁m7短路。

圖3c所示為本發(fā)明實(shí)施例的卸能裝置20的第二二極管組件的結(jié)構(gòu)示意圖，所述第二二極管組件與所述第一二極管組件的結(jié)構(gòu)相同，只是所述第二二極管組件只有一對(duì)使用圓盤狀封裝的整流二極管，即整流二極管d7和整流二極管d8，另兩對(duì)整流二極管的位置使用了兩個(gè)金屬模型對(duì)代替，即金屬模型m9和金屬模型m12，金屬模型m10和金屬模型m11。所述金屬模型為無氧銅圓盤，具有很好地導(dǎo)電和散熱作用。需要說明的是，在本實(shí)施例中，所述整流二極管對(duì)的數(shù)量是4，所述第一二極管組件包括3個(gè)所述整流二極管對(duì)，所述第二二極管組件包括1個(gè)所述整流二極管對(duì)和兩個(gè)金屬模型對(duì)，在其他實(shí)施例中，也可以有其他分配方式，比如，所述第一二極管組件和所述第二二極管組件均包括兩個(gè)所述整流二極管對(duì)和一個(gè)所述金屬模型對(duì)。

圖3a右側(cè)圖所示為將所述第一二極管組件和所述第二二極管組件串聯(lián)堆疊組合后的卸能裝置20的結(jié)構(gòu)圖。所述第一二極管組件和所述第二二極管組件通過所述連接板31串聯(lián)在一起，形成串聯(lián)的四對(duì)整流二極管，堆疊安裝于所述襯托板32上，所述襯托板32的四周具有通過螺帽緊固的拉桿33。在堆疊放置的所述第一二極管組件和所述第二二極管組件之間具有絕緣板，用于隔離所述第一二極管組件和所述第二二極管組件。所述卸能裝置20的兩端還具有第一接線端a和第二接線端b，通過金屬板分別與串聯(lián)的4個(gè)所述整流二極管對(duì)的兩端連接。在本實(shí)施例中，所述連接板31為無氧銅板，所述襯托板32和所述絕緣板為具有一定厚度的環(huán)氧樹脂板，所述拉桿33為不銹鋼拉桿。為保證電氣絕緣，在安裝時(shí)，所述拉桿33與所述第一二極管組件和所述第二二極管組件之間具有一定的距離，相鄰處用絕緣膠帶纏繞。

所述卸能裝置20采用上述兩個(gè)整流二極管組件堆疊串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，能夠有效地節(jié)省放置空間，方便移動(dòng)。尤其是所述整流二極管采用圓盤狀封裝，所述襯托板四周的拉桿設(shè)計(jì)，使所述卸能裝置20能夠方便進(jìn)出裝有液氮的杜瓦桶內(nèi)。

在對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行降場(chǎng)時(shí)，所述卸能裝置20位于充滿液氮的環(huán)境中并通過帶有接頭的導(dǎo)線22并聯(lián)于所述磁體線圈10的兩端。在本實(shí)施例中，所述卸能裝置20與所述開關(guān)保護(hù)單元11中的整流二極管均為同種型號(hào)規(guī)格的硅整流二極管，所述硅整流二極管在室溫下導(dǎo)通的閾值電壓約為0.47v，在液氮溫度下導(dǎo)通的閾值電壓約為1v，在液氦溫度下導(dǎo)通的閾值電壓約為6.9v，因此，密封于液氦罐內(nèi)的所述開關(guān)保護(hù)單元11導(dǎo)通的閾值電壓約為20v，位于充滿液氮環(huán)境中的所述卸能裝置20導(dǎo)通的閾值電壓約為4v。在本實(shí)施例中，所述磁體線圈10在勵(lì)磁過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓如背景技術(shù)中所闡述的，約為8v至9v，因此，所述開關(guān)保護(hù)單元11導(dǎo)通的閾值電壓大于所述磁體線圈10產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，所述卸能裝置20導(dǎo)通的閾值電壓小于所述磁體線圈10產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。由于所述開關(guān)保護(hù)單元11和所述卸能裝置20中串聯(lián)的所述整流二極管對(duì)，一個(gè)整流二極管的陽極端與另一個(gè)整流二極管的陰極端連接，此種結(jié)構(gòu)決定了對(duì)所述開關(guān)保護(hù)單元11和所述卸能裝置20施加的電壓無方向限制。所述帶有接頭的導(dǎo)線22為無氧銅線纜，所述接頭為安德森接頭，可實(shí)現(xiàn)快速插拔。

所述監(jiān)測(cè)單元21包括第一電流監(jiān)測(cè)儀，所述第一電流監(jiān)測(cè)儀可以為鉗形電流表，在降場(chǎng)時(shí)鉗住所述帶有接頭的導(dǎo)線22，即能監(jiān)測(cè)流過所述卸能裝置20的電流。需要說明的是，所述電流監(jiān)測(cè)儀也可以是其他類型的能夠測(cè)量電流的儀器，例如電流表，在降場(chǎng)時(shí)將電流表串聯(lián)于所述帶有接頭的導(dǎo)線22之間即可。

基于上述超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路，本發(fā)明實(shí)施方式還提供了對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行降場(chǎng)的方法，如圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例一的對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行降場(chǎng)的方法流程示意圖，包括：

步驟s41：對(duì)卸能裝置進(jìn)行預(yù)冷，所述卸能裝置導(dǎo)通的閾值電壓低于磁體線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，所述磁體線圈包括多個(gè)串聯(lián)的超導(dǎo)線圈；

步驟s42：通過帶有接頭的導(dǎo)線將所述卸能裝置并聯(lián)于所述磁體線圈的兩端；

步驟s43：安裝監(jiān)測(cè)單元；

步驟s44：斷開低溫開關(guān)，所述低溫開關(guān)并聯(lián)于所述磁體線圈的兩端；

步驟s45：觀察所述監(jiān)測(cè)單元，判斷降場(chǎng)是否完成。

為更好地對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例一進(jìn)行理解，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路工作原理進(jìn)行說明。

超導(dǎo)磁體在進(jìn)入持久模式后，電流在所述磁體線圈10和所述低溫開關(guān)12之間閉環(huán)運(yùn)行。此時(shí)對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行降場(chǎng)，首先，執(zhí)行步驟s41，對(duì)所述卸能裝置20進(jìn)行預(yù)冷。具體地，將所述卸能裝置20的所述第一接線端a和所述第二接線端b分別連接帶有接頭的導(dǎo)線22，所述導(dǎo)線22為無氧銅線纜，所述接頭為安德森接頭。連接好所述帶有接頭的導(dǎo)線22后，通過所述拉桿33將所述卸能裝置20置于盛有液氮的杜瓦桶內(nèi)，在接觸液氮之前將所述卸能裝置20停留在液氮液面上一段時(shí)間，然后慢慢浸入液氮內(nèi)，直到液氮液面完全淹沒所述卸能裝置20中的所述整流二極管對(duì)。

執(zhí)行步驟s42，通過帶有接頭的導(dǎo)線22將所述卸能裝置20并聯(lián)于所述磁體線圈10的兩端。

執(zhí)行步驟s43，安裝監(jiān)測(cè)單元21。具體地，所述監(jiān)測(cè)單元21為第一電流監(jiān)測(cè)儀，所述第一電流監(jiān)測(cè)儀可以為鉗形電流表，鉗住所述帶有接頭的導(dǎo)線22即能監(jiān)測(cè)流過所述卸能裝置20的電流。若所述第一電流監(jiān)測(cè)儀是電流表，則將電流表串聯(lián)于所述帶有接頭的導(dǎo)線22之間即可。

執(zhí)行步驟s44，斷開低溫開關(guān)12。具體地，接通所述低溫開關(guān)12中加熱器的電源，所述低溫開關(guān)12即處于斷開狀態(tài)。所述低溫開關(guān)12的突然斷開使所述磁體線圈10的兩端產(chǎn)生一個(gè)瞬間上升的電壓，所述瞬間上升的電壓首先會(huì)越過所述卸能裝置20導(dǎo)通的閾值電壓，使所述卸能裝置20處于導(dǎo)通狀態(tài)，此后，所述磁體線圈10兩端的電壓維持在所述卸能裝置20導(dǎo)通的閾值電壓左右，電流在所述磁體線圈10和所述卸能裝置20之間閉環(huán)運(yùn)行。需要說明的是，由于所述開關(guān)保護(hù)單元11導(dǎo)通的閾值電壓高于所述卸能裝置20導(dǎo)通的閾值電壓，所述開關(guān)保護(hù)單元11不會(huì)導(dǎo)通，磁體線圈10的電流只能通過所述卸能裝置20。

執(zhí)行步驟s45，觀察所述監(jiān)測(cè)單元21，判斷是否完成降場(chǎng)。所述卸能裝置20相當(dāng)于一個(gè)大的負(fù)載，所述磁體線圈10中的電流通過所述卸能裝置20中的二極管得到消耗，所述卸能裝置20的卸載功耗即為所述卸能裝置20導(dǎo)通的閾值電壓與所述磁體線圈10中電流的乘積，隨著所述磁體線圈10中電流的不斷減小，所述卸載功耗也不斷減小。具體地，在本實(shí)施例中，觀察所述第一電流監(jiān)測(cè)儀的電流讀數(shù)，若所述第一電流監(jiān)測(cè)儀的讀數(shù)降至零，表示所述磁體線圈10中的電流已被所述卸能裝置20消耗完，則對(duì)超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)完成，整個(gè)過程持續(xù)的時(shí)間約為三十分鐘。

在本實(shí)施例中，選擇流過所述卸能裝置20的電流作為判斷是否已完成降場(chǎng)的被監(jiān)測(cè)的物理量，在其他實(shí)施例中，也可選擇所述卸能裝置20兩端的電壓或者所述超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度作為被監(jiān)測(cè)的物理量。若選擇所述卸能裝置20兩端的電壓作為判斷是否已完成降場(chǎng)的被監(jiān)測(cè)的物理量，則所述監(jiān)測(cè)單元21包括第一電壓監(jiān)測(cè)儀，所述第一電壓監(jiān)測(cè)儀為可以測(cè)量電壓的儀器，例如數(shù)字萬用表，在降場(chǎng)過程中，將所述數(shù)字萬用表并聯(lián)于所述卸能裝置20的兩端，當(dāng)所述數(shù)字萬用表的讀數(shù)為零時(shí)，則表示降場(chǎng)完成；若選擇所述超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度作為判斷是否已完成降場(chǎng)的被監(jiān)測(cè)的物理量，則所述監(jiān)測(cè)單元21為可以測(cè)量磁場(chǎng)的儀表，例如磁強(qiáng)計(jì)，在降場(chǎng)過程中，將所述磁強(qiáng)計(jì)安裝于所述超導(dǎo)磁體高斯線附近，當(dāng)所述磁強(qiáng)計(jì)監(jiān)測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁體勵(lì)磁前的磁場(chǎng)強(qiáng)度一樣時(shí)，則表示降場(chǎng)完成。

需要說明的是，在降場(chǎng)過程中，所述卸能裝置20消耗電流會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，因此，需要持續(xù)地向杜瓦桶內(nèi)補(bǔ)加液氮，以使所述卸能裝置20始終處于液氮液面以下，防止由于缺乏液氮造成熱量堆積而損壞所述卸能裝置20。

請(qǐng)參見圖5所示的本發(fā)明實(shí)施例二的超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路原理圖，包括：磁體線圈10、低溫開關(guān)12、卸能裝置20、監(jiān)測(cè)單元21、勵(lì)磁電源13、第一控制開關(guān)40和第二電流監(jiān)測(cè)儀41。與實(shí)施例一相同，為在勵(lì)磁過程中保護(hù)低溫開關(guān)12，所述降場(chǎng)電路還包括開關(guān)保護(hù)單元11。需要說明的是，在其他實(shí)施例中，所述降場(chǎng)電路也可以不包括開關(guān)保護(hù)單元。

其中，所述磁體線圈10、低溫開關(guān)12、開關(guān)保護(hù)單元11、卸能裝置20和監(jiān)測(cè)單元21與實(shí)施例一中的結(jié)構(gòu)相同，具體可以參見實(shí)施例一中對(duì)其的描述，此處不再贅述。所述勵(lì)磁電源13為低電壓大電流的直流輸出電源，所述第一控制開關(guān)40和勵(lì)磁電源13串聯(lián)后通過帶有接頭的導(dǎo)線42并聯(lián)于所述磁體線圈10的兩端。在本實(shí)施例中，所述第一控制開關(guān)40為繼電器開關(guān)，能夠保證在切斷大電流時(shí)動(dòng)作迅速、拉弧短，所述第一控制開關(guān)40可以是手動(dòng)繼電器開關(guān)，也可以是電磁繼電器開關(guān)。

對(duì)于本發(fā)明實(shí)施例二的超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路，本發(fā)明技術(shù)方案還提供一種對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行降場(chǎng)的方法，如圖6所示為本發(fā)明實(shí)施例二的對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行降場(chǎng)的方法流程示意圖，包括：

s61：對(duì)卸能裝置進(jìn)行預(yù)冷，所述卸能裝置導(dǎo)通的閾值電壓低于磁體線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，所述磁體線圈包括多個(gè)串聯(lián)的超導(dǎo)線圈；

s62：通過帶有接頭的導(dǎo)線將串聯(lián)的勵(lì)磁電源和第一控制開關(guān)并聯(lián)于所述磁體線圈的兩端；

s63：通過帶有接頭的導(dǎo)線將所述卸能裝置并聯(lián)于所述串聯(lián)的勵(lì)磁電源和第一控制開關(guān)的兩端；

s64：安裝監(jiān)測(cè)單元和第二電流監(jiān)測(cè)儀；

s65：閉合所述第一控制開關(guān)；

s66：觀察所述第二電流監(jiān)測(cè)儀，當(dāng)流過低溫開關(guān)的電流為零時(shí)，斷開所述低溫開關(guān)，所述低溫開關(guān)并聯(lián)于所述磁體線圈的兩端；

s67：斷開所述第一控制開關(guān)；

s68：觀察監(jiān)測(cè)單元，判斷降場(chǎng)是否完成。

為更好地對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例二進(jìn)行理解，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路工作原理進(jìn)行說明。

執(zhí)行步驟s61，對(duì)所述卸能裝置20進(jìn)行預(yù)冷。具體地，對(duì)所述卸能裝置20的預(yù)冷與實(shí)施例一中操作相同，在此不再贅述。

執(zhí)行步驟s62，通過帶有接頭的導(dǎo)線42將串聯(lián)的勵(lì)磁電源13和所述第一控制開關(guān)40并聯(lián)于所述磁體線圈10的兩端。所述帶有接頭的導(dǎo)線42與實(shí)施例一中的帶有接頭的導(dǎo)線22相同，為無氧銅線纜，所述接頭為安德森接頭。

執(zhí)行步驟s63，通過帶有接頭的導(dǎo)線22將所述卸能裝置20并聯(lián)于所述串聯(lián)的勵(lì)磁電源13和第一控制開關(guān)40的兩端。

執(zhí)行步驟s64，安裝監(jiān)測(cè)單元21和第二電流監(jiān)測(cè)儀41。具體地，所述監(jiān)測(cè)單元21與實(shí)施例一中相同，為第一電流監(jiān)測(cè)儀，所述第一電流監(jiān)測(cè)儀和所述第二電流監(jiān)測(cè)儀41可以為鉗形電流表，將所述第一電流監(jiān)測(cè)儀鉗住所述導(dǎo)線22，將所述第二電流監(jiān)測(cè)儀41鉗住所述導(dǎo)線42。若所述第一電流監(jiān)測(cè)儀和所述第二電流監(jiān)測(cè)儀41是電流表，則將所述第一電流監(jiān)測(cè)儀串聯(lián)于所述導(dǎo)線22之間，將所述第二電流監(jiān)測(cè)儀41串聯(lián)于所述導(dǎo)線42之間。

執(zhí)行步驟s65，閉合所述第一控制開關(guān)40。所述第一控制開關(guān)40閉合后，流過所述勵(lì)磁電源13的電流從零到預(yù)定電流均勻變化，所述預(yù)定電流為超導(dǎo)磁體降場(chǎng)前所述磁體線圈10中的電流。在所述勵(lì)磁電源13的電流均勻變化的過程中，電流由低溫開關(guān)12流向勵(lì)磁電源13，流過低溫開關(guān)12的電流由預(yù)定電流向零均勻減小，此時(shí)，流經(jīng)低溫開關(guān)12中的電流的減少量剛好等于流過勵(lì)磁電源13中的電流的增加量。所述磁體線圈10中的電流并沒有發(fā)生變化，因此，所述磁體線圈10兩端的電壓為零，所述卸能裝置20并不會(huì)導(dǎo)通。

執(zhí)行步驟s66，觀察所述第二電流監(jiān)測(cè)儀41，當(dāng)流過低溫開關(guān)12的電流為零時(shí)，斷開所述低溫開關(guān)12，所述低溫開關(guān)12并聯(lián)于所述磁體線圈的兩端。具體地，通過所述第二電流監(jiān)測(cè)儀41監(jiān)測(cè)流過所述勵(lì)磁電源13的電流，當(dāng)流過所述勵(lì)磁電源13的電流為所述預(yù)定電流時(shí)，流過所述低溫開關(guān)12的電流即已降為零，此時(shí)，通過接通所述低溫開關(guān)12中加熱器的電源使低溫開關(guān)12處于斷開狀態(tài)。所述低溫開關(guān)12斷開后，電流在所述磁體線圈10和勵(lì)磁電源13組成的閉合回路中運(yùn)行。

執(zhí)行步驟s67，斷開所述第一控制開關(guān)40。所述第一控制開關(guān)40的突然斷開會(huì)使所述磁體線圈10的兩端產(chǎn)生一個(gè)瞬間上升的電壓，所述瞬間上升的電壓首先會(huì)越過所述卸能裝置20的導(dǎo)通閾值電壓，使所述卸能裝置20處于導(dǎo)通狀態(tài)，此后，所述磁體線圈10兩端的電壓維持在所述卸能裝置20導(dǎo)通的閾值電壓左右，電流在所述磁體線圈10和所述卸能裝置20之間閉環(huán)運(yùn)行。需要說明的是，由于所述開關(guān)保護(hù)單元11導(dǎo)通的閾值電壓高于所述卸能裝置20導(dǎo)通的閾值電壓，所述開關(guān)保護(hù)單元11不會(huì)導(dǎo)通，磁體線圈10的電流只能通過所述卸能裝置20。

執(zhí)行步驟s68，觀察監(jiān)測(cè)單元21，判斷降場(chǎng)是否完成。具體地，判斷降場(chǎng)完成的方法與實(shí)施例一中步驟s45相同，在此不再贅述。

與實(shí)施例一相比，本發(fā)明技術(shù)方案提供的實(shí)施例二在斷開所述低溫開關(guān)12之前，通過連接所述勵(lì)磁電源13將流過所述低溫開關(guān)12的電流降為零后再斷開所述低溫控制開關(guān)12，這樣避免了突然斷開所述低溫開關(guān)12時(shí)對(duì)所述低溫開關(guān)12造成的不利影響。

在本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施例一和實(shí)施例二中，所述卸能裝置20包括4對(duì)串聯(lián)的整流二極管，在其他實(shí)施例中，可以改變所述串聯(lián)的整流二極管的數(shù)量，在降場(chǎng)時(shí)，通過改變所述卸能裝置20所處的溫度環(huán)境，可控制所述卸能裝置20導(dǎo)通的閾值電壓。例如，在降場(chǎng)時(shí)，處于室溫風(fēng)冷環(huán)境中的所述卸能裝置20可包括串聯(lián)的10對(duì)所述整流二極管，則此時(shí)所述卸能裝置20導(dǎo)通的閾值電壓約為4.7v左右，滿足所述卸能裝置20導(dǎo)通的閾值電壓低于所述磁體線圈10產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的要求。

需要說明的是，本發(fā)明所述的卸能裝置還可以是其他結(jié)構(gòu)的負(fù)載電路，只要滿足在降場(chǎng)時(shí)所述卸能裝置導(dǎo)通的閾值電壓低于所述磁體線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓即可。

圖7a所示為本發(fā)明實(shí)施例的卸能裝置一種結(jié)構(gòu)的電路原理圖，包括并聯(lián)的兩組電阻和整流二極管組，每組電阻和整流二極管組包括串聯(lián)的一定數(shù)量的電阻和一定數(shù)量的整流二極管，并聯(lián)時(shí)一組電阻和整流二極管組中二極管的陽極端與另一組電阻和整流二極管組中二極管的陰極端連接，即兩組二極管的連接方向相反。降場(chǎng)時(shí)，所述卸能裝置處于液氮溫區(qū)或室溫風(fēng)冷環(huán)境中。

圖7b所示為本發(fā)明實(shí)施例的卸能裝置另一種結(jié)構(gòu)的電路原理圖，包括第二控制開關(guān)71和一定數(shù)量的電阻72，所述第二控制開關(guān)71與所述一定數(shù)量的電阻72串聯(lián)。使用圖7b所示的卸能裝置的降場(chǎng)電路還包括第二電壓監(jiān)測(cè)儀73，所述第二電壓監(jiān)測(cè)儀73并聯(lián)于所述卸能裝置的兩端。在降場(chǎng)時(shí)，當(dāng)所述磁體線圈斷開的瞬間，通過所述第二控制開關(guān)71的迅速閉合將所述卸能裝置導(dǎo)通。例如在實(shí)施例一中，所述卸能裝置20使用圖7b所示的電路結(jié)構(gòu)，在對(duì)超導(dǎo)磁體降場(chǎng)時(shí)，斷開所述低溫開關(guān)12后，迅速閉合所述第二控制開關(guān)71。又例如在實(shí)施例二中，所述卸能裝置20使用圖7b所示的電路結(jié)構(gòu)，在對(duì)超導(dǎo)磁體降場(chǎng)時(shí)，斷開所述第一控制開關(guān)40后，迅速閉合所述第二控制開關(guān)71。在降場(chǎng)過程中，需要通過所述第二電壓監(jiān)測(cè)儀73監(jiān)測(cè)所述卸能裝置兩端的電壓，防止所述磁體線圈兩端的電壓高于所述開關(guān)保護(hù)單元導(dǎo)通的閾值電壓，使所述開關(guān)保護(hù)單元導(dǎo)通致使磁體線圈失超。降場(chǎng)時(shí)，所述卸能裝置處于室溫風(fēng)冷環(huán)境中。

綜上所述，本發(fā)明技術(shù)方案提供的超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)電路和方法，通過控制降場(chǎng)電路中的卸能裝置導(dǎo)通的閾值電壓低于磁體線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，將磁體線圈中的電流消耗在所述卸能裝置上，在不引發(fā)磁體線圈失超的情況下，能夠快速有效地完成對(duì)超導(dǎo)磁體的降場(chǎng)。

本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。