平顶脉冲磁场连续微调控系统设计

针对现有电容器放电开环控制产生的平顶脉冲磁场稳定度难以满足核磁共振要求这一问题,提出一种平顶磁场闭环连续微调控方案。在脉冲磁体中放置一个补偿线圈,其由蓄电池供电,采用前馈控制加反馈控制的策略,利用IGBT有源区对补偿线圈的磁场进行线性调控,补偿背景磁场的波动,形成高稳定度平顶磁场。为此,设计了IGBT工作于有源区的驱动电路,搭建了原型机进行实验,结果表明,该方法能够将磁场稳定度提升至50×10^(−6),验证了方案的可行性。

一种新型平顶脉冲磁场产生电路

平顶强磁场可广泛的应用于医疗,军工和基础科学实验中。本文提出了一种基于电容器的新型拓扑电路来实现平顶磁场。该电路由多个电容器并联供电,在放电过程中,依次导通,具有脉宽可调、下降沿快等优点。本文分析了该电路的工作原理,并对由于放电过程中磁体电阻变化难以得到准确解析式,提出了一种新的解决办法,并用遗传算法对放电参数进行了优化。

基于双电容器耦合和线性补偿的高稳定度平顶脉冲强磁场调控系统分析与设计

平顶脉冲磁场具备脉冲磁场强度高和稳态磁场稳定度高的双重优势,是现代物理科学研究的重要工具。为满足脉冲场核磁共振、I-V测量等科学实验对平顶脉冲磁场高稳定度的需求,该文提出基于双电容器回路耦合放电和线性补偿的平顶磁场调控方案。为此,理论分析双电容器回路耦合放电过程,建立配置主/辅回路电容电压和放电时序的优化方法,基于IGBT有源区的流控特性,设计线性调节补偿回路和前馈反馈相结合的控制器,研制与主磁体解耦的1 T补偿磁体,对双电容器回路耦合放电产生的背景磁场进行高精度调控,最终实现了强度为45.2 T、持续时间为8 ms以及稳定度为0.02%的平顶脉冲磁场,满足相关固态核磁共振等科学实验需求。

平顶脉冲强磁场技术及其应用

平顶脉冲磁场(FTPMF)是指峰值磁场能持续稳定一段时间的特殊强磁场,兼具脉冲磁场高场强和稳态磁场高稳定度的双重优点,在前沿基础科学研究和工程技术领域中具有重要应用价值。该文根据飞轮储能脉冲发电机、电容器、蓄电池在功率、容量、输出电压等方面的特点,综述了FTPMF的产生及其高精度调控方法,介绍了改善FTPMF的稳定度、平顶时间等参数指标的最新技术进展。分析了FTPMF对改善核磁共振(NMR)性能和在测量材料物性中的关键作用,结合国家脉冲强磁场科学中心工作,给出了铌金属单质^(93)Nb在22T下的NMR测量、自旋二聚体Ba_(3)Mn_(2)O_(8)在64T下的比热测量、以及电荷密度波材料Li_(0.9)Mo_(6)O_(17)在30T下的非线性I-V测量应用情况。最后,对发展FTPMF需要的电源系统协同供电、小型化与模块化、脉冲磁体材料、寿命及其状态监测等技术,以及FTPMF在脉冲场回旋管太赫兹波源上的应用等进行了展望。