微型核磁共振检测装置的关键技术研究.pdf

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1、隶．初大·粤博士毕业论文万方数据微型核磁共振检测装置的关键技术研究本论文获国家自然基金项目(51175083)、江苏省产学研联合创新基金——前瞻性联合研究项目(BY2011135)、东南大学重大科研引导基金和东南大学优秀博士论文基金(YBJJll34)等资助。万方数据RESEARCHONAM烈IATUREMAGNETICRESONANCEAPPARATUSADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityBYLURong-shengSupervisedbyPr

2、of．YIHongSchoolofMechanicalEngineeringSoutheastUniversityAugust2014万方数据东南大学毕业论文独创性声明本人声明所呈交的毕业论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：：幽日期

3、：乙“华．fz．∑ZD东南大学毕业论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交毕业论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：鼍叁垂￡导师签名：1、l勺万方数据摘要核磁共振技术具有无损直接检测、检测参数多样

4、化和检测信息丰富等特征优势，已经成为医学、生命科学、工业和食品等众多领域的一种重要检测手段。但是庞大的体积以及高昂的制造和维护成本，限制了核磁共振技术在便携式和即时检测等方面的应用推广。微型核磁共振检测装置具有便携性和低成本性，以及在显微检测和即时检测方面的优势，已成为近期国内外学者研究和开发的热点。本文在回顾微型核磁共振检测装置国内外研究的现状和存在问题的基础上，基于微型核磁共振检测装置的技术需求和核磁共振原理，设计了微型核磁共振检测装置的总体结构，并分析了装置研究中涉及的一些关键技术问题；重

5、点研究了微型核磁共振检测装置所涉及的微型永磁体磁路和微型螺线管核磁共振探头等重要功能模块；最后，在上述研究成果的基础上，融合商用核磁共振电子控制系统制作了微型核磁共振检测装置并开展了其性能测试与应用研究。论文研究取得了下列创新性成果：(1)在分析微型永磁体磁路技术需求的基础上，基于永磁体磁路设计理论并将磁路折射定理引入到微型永磁体磁路的结构优化中，提出了一种新型的具有单匀场环的微型永磁体磁路结构，并建立了其磁场强度与温度变化的关系模型。对设计的微型永磁体磁路展开了对比计算，计算结果表明，相比无匀

6、场环和双匀场环磁路结构，单匀场环磁路结构具有更好的磁学性能。根据理论分析结果，加工制造了微型永磁体磁路，并搭建了其性能测试平台开展实验研究。从理论和实验两个方面研究了微型永磁体磁路产生的磁感应强度与温度变化之间的关系，发现了一种线性数学关系模型。(2)基于改进后的NSGAII算法，对匀场板厚度凡、永磁体高度硒、永磁体长度三、永磁体宽度彳w等影响微型永磁体磁路性能的关键几何参数进行了优化，在此基础上制备了具有优越磁场均匀度性能的微型永磁体磁路并对其开展了实验测试研究。研究了微型永磁体磁路性能对设计

7、参数的敏感性，从而获得了匀场板厚度Pw、永磁体高度两、永磁体长度三、永磁体宽度彳w等影响磁路性能的关键几何参数。基于人工神经网络理论构建了微型永磁体磁路性能优化目标函数，通过引入优化目标权重因子改进了传统的具有精英保留策略的非支配排序多目标遗传算法-NSGAII算法，并利用改进后的算法对微型永磁体磁路的关键几何参数进行了优化。对比改进前后的NSGAII算法优化结果，改进后的磁路算法优先保留了磁场均匀度和磁路重量较小的解，与预期结果相吻合，同时其获得的Pareto解的优化结果也与对应的有限元计算结

8、果非常接近，有效地证明了该算法的优化结果的准确性。基于优化后的参数，制作了微型永磁体磁路并对其开展了实验测试，实验测得工作区域磁感应强度处于0．66205～0．66235T之间，磁场不均匀度约为450×l一。优化后，微型永磁体磁路的整体尺寸为129．8×54．3×113．2mm3，磁路工作间隙的尺寸为12×54．3×66．6rain3。其中磁路的永磁体尺寸由优化前的80×25×60mm3减少到优化后的55．3×20×66．6mm3，体积减少了39％，而这样的永磁体尺寸也更易于加工制造。(3)在研