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MgB_2超导接收线圈的研究

作　者: 杨刚
导　师: 白质明
学　校: 东北大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 超导接收线圈 Q值数据采集系统 G-M制冷机 Ansoft HFSS 磁共振成像
分类号: O482.531
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

接收线圈是磁共振成像的重要部件,而接收线圈的品质因数则是决定磁共振成像质量的关键因素。经过多年的技术改进,铜接收线圈形状已经尽可能的得到了优化。限制其损耗进一步降低的是铜的电阻导致的损耗。考虑到超导材料的传输电流损耗远小于铜,从而可以进一步降低接收线圈的损耗,提高品质因数。本文主要就MgB2超导接收线圈在G-M制冷机环境中降温过程及Q值做了理论分析、实验研究以及计算机模拟仿真计算。利用G-M制冷机、扫频仪和LabVIEW软件平台构建了一套样品测试系统；运用PCI采集卡和单片机相结合构建了样品温度采集单元用LabVIEW软件实现数据处理单元；研究了一套恒温装置,解决了受制冷机功率的限制以及材料本身导热差、形状特殊、体积较大等因素而导致的样品温度降低困难和样品表面温度分布不均匀的问题；测量了MgB2超导线圈Q值随温度变化的曲线；并制作了与超导接收线圈相同尺寸的铜线圈作对比。另外建立合适的模型采用Ansoft HFSS 10.0仿真软件对研究的MgB2超导线圈超导态Q值和相同尺寸的铜线圈Q值进行了模拟计算,结果表明其Q值倍数关系与实验结果相符合,同时也得出接头电阻的存在严重影响谐振回路性能。理论分析和实验研究均表明,超导接收线圈的Q值较现有的铜线圈的Q值有很大的提高。本文的研究为超导接收线圈的Q值提高的进一步研究提供了理论和实验依据。

全文目录

中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-22
  1.1 超导体的发展史及研究现状  10-16
    1.1.1 超导体的发展历程  10-12
    1.1.2 超导体的临界参数  12-14
    1.1.3 超导材料的应用及发展前景  14-16
  1.2 MgB_2超导材料的电工应用前景分析  16
  1.3 超导接收线圈在磁共振系统中的应用研究现状  16-19
    1.3.1 磁共振成像原理及背景知识  16-17
    1.3.2 磁共振成像设备组成  17-19
    1.3.3 超导接收线圈的研究  19
  1.4 本文主要研究内容及意义  19-22
第2章超导接收线圈的理论基础  22-42
  2.1 射频电路基础  22-28
    2.1.1 频带宽度表示法  22-23
    2.1.2 分贝表示法  23-24
    2.1.3 射频电路的阻抗匹配  24-25
    2.1.4 LRC串联谐振电路特性  25-26
    2.1.5 散射参数  26-27
    2.1.6 信噪比  27-28
  2.2 射频传输理论  28-30
    2.2.1 趋肤效应  28
    2.2.2 阻抗匹配及同轴线的特性阻抗  28-29
    2.2.3 超导材料的交流损耗  29-30
  2.3 品质因数  30-33
    2.3.1 储能与耗能  30-32
    2.3.2 频率的选择  32-33
  2.4 磁共振接收线圈工作原理  33-36
  2.5 低温物理实验技术  36-42
    2.5.1 材料的物理性质  37-38
    2.5.2 传热  38-42
第3章 MgB_2超导接收线圈Q值测试系统的设计  42-62
  3.1 实验仪器简介  42-48
    3.1.1 G-M制冷机  42-47
    3.1.2 RF宽带扫频仪  47-48
  3.2 测试装置的设计  48-55
    3.2.1 系统的硬件组成  48-50
    3.2.2 LabVIEW软件介绍  50-52
    3.2.3 温度测试系统的软件设计  52-55
  3.3 系统设计中遇到的关键问题及解决方案  55-60
    3.3.1 自制热电偶  55
    3.3.2 接头焊接问题  55-56
    3.3.3 扫频电路的焊接与调试  56-57
    3.3.4 系统传热和恒温器制作  57-60
  3.4 本章小结  60-62
第4章 MgB_2超导接收线圈的实验研究  62-74
  4.1 超导接收线圈Q值的研究  62-63
  4.2 谐振回路的制作与研究  63-64
  4.3 MgB_2超导线圈Q值的测量  64-72
    4.3.1 MgB_2超导线圈超导性能的测试  64-67
    4.3.2 MgB_2超导线圈Q值的测量  67-71
    4.3.3 对比谐振回路的制作  71-72
    4.3.4 小结  72
  4.4 本章小结  72-74
第5章超导谐振回路仿真研究  74-80
  5.1 Ansoft HFSS介绍  74
  5.2 建立仿真模型和分析方法  74-77
    5.2.1 建立模型  74-75
    5.2.2 模型参数设置  75-76
    5.2.3 设置求解项  76-77
  5.3 结果分析  77-79
  5.4 本章小结  79-80
第6章主要结论  80-82
参考文献  82-86
致谢  86-88
攻读学位期间发表的论文  88-90
简历  90

MgB_2超导接收线圈的研究

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