邊緣場(chǎng)成像中多功能調(diào)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

施建龍,薛文東,馮吳俊,陳　忠,孫惠軍,洪永強(qiáng)*

(1.廈門(mén)大學(xué)航空航天學(xué)院，2.廈門(mén)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,福建廈門(mén)361005)

邊緣場(chǎng)成像中多功能調(diào)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

施建龍1,薛文東1,馮吳俊1,陳忠2,孫惠軍2,洪永強(qiáng)1*

(1.廈門(mén)大學(xué)航空航天學(xué)院，2.廈門(mén)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,福建廈門(mén)361005)

摘要：在邊緣場(chǎng)成像實(shí)驗(yàn)中,支撐樣品運(yùn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)缺少調(diào)節(jié)環(huán)節(jié),運(yùn)動(dòng)形式單一,樣品外圍共振線圈采用固定化形式,無(wú)法滿(mǎn)足超強(qiáng)磁場(chǎng)周邊不規(guī)則梯度場(chǎng)變化的要求．本文在前期研究基礎(chǔ)上提出了一種多功能調(diào)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立調(diào)節(jié)樣品以及共振線圈姿態(tài)和位置的功能．在一維邊緣場(chǎng)成像中保證樣品和共振線圈的中心軸線可同時(shí)與梯度場(chǎng)中磁場(chǎng)方向平行,并且實(shí)現(xiàn)了成像過(guò)程中樣品沿著磁場(chǎng)方向升降的方式;在三維邊緣場(chǎng)魔角旋轉(zhuǎn)成像過(guò)程中,可以保證樣品和共振線圈均與磁場(chǎng)方向呈魔角角度,并且在樣品旋轉(zhuǎn)成像時(shí)一旦出現(xiàn)回波信號(hào)不好或者無(wú)回波的情況,還可以實(shí)現(xiàn)樣品的實(shí)時(shí)性暫停和回轉(zhuǎn)，以重新獲取樣品在該位置的信號(hào)．更重要的是該機(jī)械結(jié)構(gòu)在三維成像過(guò)程中增加了樣品的升降功能,可以在更高梯度場(chǎng)中獲取樣品更精細(xì)的圖像．

關(guān)鍵詞：邊緣場(chǎng)成像;機(jī)械結(jié)構(gòu);多功能調(diào)節(jié);樣品升降

邊緣場(chǎng)成像區(qū)別于傳統(tǒng)磁共振成像，它利用傳統(tǒng)超強(qiáng)磁場(chǎng)周邊的超高梯度場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了固體材料的磁共振成像[1]．其不僅克服了固體材料弛豫時(shí)間短的問(wèn)題,也因?yàn)闇p少了人工梯度場(chǎng)的使用,大大降低了成像成本．1988年Samoilenko等[2]利用傳統(tǒng)超強(qiáng)磁場(chǎng)周邊的梯度場(chǎng)中的“敏感層面”第一次得到了固體材料的磁共振譜圖．

近年來(lái),邊緣場(chǎng)成像在生物、化學(xué)、材料等學(xué)科中應(yīng)用廣泛，2007年Nunes等在固體邊緣場(chǎng)成像中獲取了冰核質(zhì)子的一維邊緣場(chǎng)磁共振譜圖，使得邊緣場(chǎng)成像進(jìn)一步體現(xiàn)出在固體材料成像中的優(yōu)勢(shì)．2012年,Tang等[4]將一維邊緣場(chǎng)成像應(yīng)用到化學(xué)固體鋰電池充放電的過(guò)程中,得到了固體鋰電池充放電的整個(gè)過(guò)程圖像,并進(jìn)行了化學(xué)分析．

但是,綜合大量邊緣場(chǎng)成像文獻(xiàn)以及本課題組近幾年所研究邊緣場(chǎng)成像的應(yīng)用發(fā)現(xiàn):邊緣場(chǎng)成像中支撐樣品運(yùn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式單一并且固定,缺乏許多調(diào)節(jié)功能,無(wú)法滿(mǎn)足天然梯度場(chǎng)的不規(guī)則性.因此本文在查閱大量文獻(xiàn)以及進(jìn)行一維邊緣場(chǎng)成像實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上,設(shè)計(jì)了一種多功能調(diào)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)以解決一維和三維邊緣場(chǎng)成像中樣品運(yùn)動(dòng)形式單一、共振線圈固定化結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的成像質(zhì)量問(wèn)題．

1邊緣場(chǎng)成像機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析

超強(qiáng)磁場(chǎng)周邊的超強(qiáng)梯度場(chǎng)并不均勻,其磁場(chǎng)方向必然不會(huì)都是與Z軸平行的．van Landeghem等通過(guò)樣品定位的方式描繪了傳統(tǒng)磁共振超強(qiáng)磁場(chǎng)邊緣的超強(qiáng)梯度場(chǎng)的等強(qiáng)度線,其描繪的圖像精度可以達(dá)到微米級(jí),圖1是傳統(tǒng)磁體邊緣場(chǎng)圖,很顯然,超強(qiáng)梯度場(chǎng)中磁場(chǎng)方向是雜亂的．

圖1　超強(qiáng)磁場(chǎng)邊緣的超強(qiáng)梯度場(chǎng)方向Fig.1The direction of the gradient at the fringe of the super-conducting magnet

在一維邊緣場(chǎng)成像中,需要使樣品以微米級(jí)步進(jìn)[6]通過(guò)梯度場(chǎng)中相應(yīng)固體材料的“敏感層面”,因此需要樣品和共振線圈的中心軸與磁場(chǎng)方向平行才能保證成像過(guò)程中不會(huì)發(fā)生樣品在“敏感層面”的偏移現(xiàn)象．然而梯度場(chǎng)中磁場(chǎng)方向的不確定性使得這兩者在磁場(chǎng)中需要以微米級(jí)運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行成像前的姿態(tài)調(diào)整．目前,許多文獻(xiàn)都提出通過(guò)樣品手動(dòng)水平調(diào)節(jié)(水平調(diào)節(jié)是指相對(duì)于梯度場(chǎng)中外磁體磁場(chǎng)(B0)方向)的方式來(lái)規(guī)避磁場(chǎng)方向不定的問(wèn)題,而共振線圈依舊被固定化為與Z軸方向平行.圖2所示為現(xiàn)存一維邊緣場(chǎng)成像中固定共振線圈,僅有樣品水平調(diào)節(jié)(圖2(a))和豎直升降運(yùn)動(dòng)(圖2(b))的方式．很顯然圖2(b)在成像過(guò)程中由于只有樣品如圖2(a)所示的手動(dòng)水平調(diào)節(jié)且只能豎直升降的方式會(huì)產(chǎn)生樣品待激發(fā)層在“敏感層面”的漂移現(xiàn)象．

圖2　現(xiàn)存樣品水平調(diào)節(jié)和升降運(yùn)動(dòng)Fig.2The existed sample level tuning and lifting motion in one-dimension stray field image(ID STRAFI)

在三維邊緣場(chǎng)成像領(lǐng)域,通常采用魔角旋轉(zhuǎn)(magic angle spinning,MAS)使得樣品到一定角度產(chǎn)生不同維度的梯度場(chǎng)[8]方式解決人工梯度場(chǎng)難度大且成本高的問(wèn)題,當(dāng)然這樣便增加了樣品在邊緣梯度場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)難度和復(fù)雜度．加上超強(qiáng)磁場(chǎng)邊緣的梯度場(chǎng)磁場(chǎng)方向的不確定性,機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)變得非常困難．圖3所示為現(xiàn)今三維邊緣場(chǎng)成像固定化MAS運(yùn)動(dòng)方式,樣品和共振線圈在梯度場(chǎng)中固定與Z軸成魔角角度(54.74°),僅有成像過(guò)程中樣品高速不可暫停和回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)方式[9](現(xiàn)今文獻(xiàn)提到的自旋速率只能達(dá)到1 Hz[10-12])．并且由于梯度場(chǎng)激發(fā)層面大小因素,樣品不能在魔角方向上進(jìn)行升降,成像時(shí)或者犧牲分辨率選擇在低梯度場(chǎng)成像[13],或者只能刻意使用微米級(jí)的樣品.

圖3　現(xiàn)存的固定化MAS方式Fig.3The existed 3D STRAFI-MAS

一維和三維的邊緣場(chǎng)成像樣品和共振線圈運(yùn)動(dòng)所需要的可調(diào)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)一直是邊緣場(chǎng)高分辨率成像的瓶頸．

2方案設(shè)計(jì)

上述邊緣場(chǎng)成像機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析了現(xiàn)存的一維和三維邊緣場(chǎng)成像運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的缺陷．理想化的一維邊緣場(chǎng)成像如圖4所示,共振線圈和樣品在邊緣梯度場(chǎng)中同步調(diào)節(jié)以保證兩者中心軸與磁場(chǎng)B0方向平行重合,兩者之間在水平方向不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)(相對(duì)磁場(chǎng)B0方向水平),同時(shí)在成像過(guò)程中樣品步進(jìn)方向要沿著磁場(chǎng)B0方向以防止樣品待激發(fā)層相對(duì)“敏感層面”發(fā)生偏移．

圖4　一維邊緣場(chǎng)期望的水平調(diào)節(jié)方式Fig.4The expected sample level tuning in 1D STRAFI

期望的三維邊緣場(chǎng)成像如圖5所示．樣品和共振線圈不是固定與Z軸呈魔角54.74°,而是相對(duì)磁場(chǎng)B0方向可調(diào),并且旋轉(zhuǎn)過(guò)程中可以實(shí)時(shí)性暫停甚至回轉(zhuǎn)，以保證信號(hào)質(zhì)量,同時(shí)引入一維邊緣場(chǎng)成像中樣品沿磁場(chǎng)B0方向的升降運(yùn)動(dòng),使得三維邊緣場(chǎng)成像也可以在更高的梯度場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)整個(gè)樣品的三維成像．

圖5　本文所期望達(dá)到的三維邊緣場(chǎng)成像樣品在梯度場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方式Fig.5The expected sample motion in the gradient in 3D STRAFI-MAS

3實(shí)驗(yàn)方法

本文實(shí)驗(yàn)磁體平臺(tái)是BRUKE 500 MHz超強(qiáng)磁體,中心磁場(chǎng)達(dá)到11.7 T,本文提出的三維邊緣場(chǎng)MAS的實(shí)驗(yàn):1) 通過(guò)一維高精度線性升降平臺(tái)定位三維成像探頭至“敏感層面”(該層面通過(guò)升降平臺(tái)綁定高斯計(jì)來(lái)確定,當(dāng)確定升降高度后將平臺(tái)攜帶的高斯計(jì)換成三維成像探頭);2) 通過(guò)探頭內(nèi)部的精細(xì)機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)樣品和共振線圈的姿態(tài)來(lái)調(diào)整與“敏感層面”磁場(chǎng)B0方向之間的夾角為54.75°；3) 共振線圈激勵(lì)樣品接收回波信號(hào),當(dāng)多次接收回波信號(hào)后,并且信號(hào)達(dá)到要求時(shí),再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)一定微小角度進(jìn)行激勵(lì)和接收,等到旋轉(zhuǎn)1圈后,將樣品上升一定微小角度,重復(fù)上述動(dòng)作,直到完成整個(gè)樣品的激發(fā)和信號(hào)回收．

（1）金融服務(wù)與城鎮(zhèn)化進(jìn)程不相匹配。社會(huì)主義的國(guó)家性質(zhì)與當(dāng)前的基本國(guó)情決定了需要有效整合社會(huì)資本與資源保障民生。貴陽(yáng)市城鎮(zhèn)化發(fā)展過(guò)程中，需要將教育、醫(yī)療、衛(wèi)生、失業(yè)、養(yǎng)老等基礎(chǔ)保障項(xiàng)目列為重點(diǎn)，構(gòu)建規(guī)范性的城鎮(zhèn)住房保障體系，容納更多的城鎮(zhèn)人口。但在實(shí)際過(guò)程中因政策解讀與操作不到位、資金資源分配失衡等問(wèn)題，不能有效解決貴陽(yáng)市城鎮(zhèn)化過(guò)程中出現(xiàn)的民生問(wèn)題。

4機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

圖6所示為本文設(shè)計(jì)的用以實(shí)現(xiàn)上述實(shí)驗(yàn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖,該結(jié)構(gòu)分為3部分:升降平臺(tái)、成像探頭和控制系統(tǒng)．

圖6　整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖Fig.6The overall mechanical structure design sketch

4.1升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)與控制

由于磁體邊緣的磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)和梯度強(qiáng)度均難獲取,因此本文設(shè)計(jì)了高精度升降平臺(tái)：電機(jī)Panasonic AC SERVO MOTOR Model No.MHMJ022G1U，驅(qū)動(dòng)器Panasonic AC SERVO DRIVE Model No.MADKT1507E以及光柵尺M(jìn)icro-E 1500,升降平臺(tái)設(shè)計(jì)如圖7所示．

圖7　升降平臺(tái)Fig.7The lifting platform

該平臺(tái)大部分部件采用無(wú)磁鋁合金材料實(shí)現(xiàn),交流伺服電機(jī)通過(guò)1根鋁棒延伸到磁體5高斯線外,另一端連接1個(gè)蝸輪蝸桿大減速器至絲杠和自主設(shè)計(jì)研磨的導(dǎo)軌塊(兩者采用黃銅研磨制作)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動(dòng)．

升降臺(tái)中絲杠導(dǎo)軌所用黃銅材料并沒(méi)有軸承鋼的強(qiáng)度,為保證導(dǎo)軌的精度,黃銅的相對(duì)軟性限制了行程在200 mm以?xún)?nèi)．由于超強(qiáng)磁場(chǎng)的邊緣需要滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)所需的梯度場(chǎng)集中在其周邊350 mm以?xún)?nèi),因此本文設(shè)計(jì)的平臺(tái)通過(guò)增加二級(jí)手動(dòng)升降地腳的方式來(lái)補(bǔ)足．

4.2成像探頭的設(shè)計(jì)與控制

成像探頭結(jié)構(gòu)內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)的精細(xì)化、精巧化是本文機(jī)械運(yùn)動(dòng)的核心．本文實(shí)驗(yàn)用BRUKE磁體內(nèi)腔為直徑89 mm的通道,本文設(shè)計(jì)的整個(gè)探頭結(jié)構(gòu)圓柱腔體部分外徑不超過(guò)73 mm,高度不超過(guò)550 mm,并且保證放入探頭的樣品直徑能達(dá)到15 mm,如圖8所示．

圖8　探頭透視圖Fig.8The perspective view of the probe

直流電機(jī)容器內(nèi)安裝有4個(gè)直流伺服電機(jī)作為4種驅(qū)動(dòng)力,并由連接桿連接探頭頭部的機(jī)械結(jié)構(gòu),4個(gè)電機(jī)由可編程多軸控制器(PMAC，Delta Tau Data Systems,Inc.)控制．傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖9所示,4種分離的直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)力被通過(guò)圈套圈的形式用斜齒圓柱齒輪整合到一起,圈與圈之間采用陶瓷軸承固定,每個(gè)圈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立,最外圍旋轉(zhuǎn)圈軸承由固定的圓柱環(huán)支架固定,該支架也是同軸線和調(diào)諧電容支撐架．

圖9　動(dòng)力傳遞結(jié)構(gòu)的剖視圖Fig.9The section view of the transmission structure

圖10所示為探頭內(nèi)部運(yùn)動(dòng)核心整體的視圖(為了表述清晰,去掉外殼),該核心為共振線圈和樣品腔的活動(dòng)結(jié)構(gòu)．由圖10可以看出圖9所示整合的電機(jī)驅(qū)動(dòng)力被分離為單獨(dú)、不同的運(yùn)動(dòng),分別為X軸運(yùn)動(dòng)、Y軸運(yùn)動(dòng)、樣品旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和樣品升降運(yùn)動(dòng)．

如圖10,核心部分采用錐齒輪結(jié)構(gòu),在空間限制以及考慮負(fù)載非常小的前提下,盡可能地增大分度圓直徑并減小齒輪的模數(shù)來(lái)擴(kuò)大錐齒輪的齒數(shù),以保證運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性．底部標(biāo)示為Y軸旋轉(zhuǎn)為整個(gè)探頭頭部(圖10所示探頭頭部整體)可以繞豎直方向雙向旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力,此處定義為Y軸旋轉(zhuǎn);標(biāo)示為X軸旋轉(zhuǎn)為通過(guò)底部第1層錐齒輪(從下往上第1層,以下同)沿左邊傳遞動(dòng)力可以使得樣品腔繞水平軸旋轉(zhuǎn),此處定義為X軸旋轉(zhuǎn)，如圖11所示;標(biāo)示為樣品線性運(yùn)動(dòng)為通過(guò)底部第2層錐齒輪沿右邊外側(cè)傳遞動(dòng)力到如圖12所示的蝸輪蝸桿方向轉(zhuǎn)換器，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為升降運(yùn)動(dòng),直接連接樣品并帶動(dòng)樣品升降(蝸輪蝸桿方向轉(zhuǎn)換器頭部為自由旋轉(zhuǎn)平臺(tái),這個(gè)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可保證樣品在被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不影響升降運(yùn)動(dòng)),此處定義為樣品線性運(yùn)動(dòng)，如圖13所示;標(biāo)示為樣品旋轉(zhuǎn)為底部第3層錐齒輪沿右邊內(nèi)側(cè)傳遞動(dòng)力到頭部使得樣品腔能夠繞樣品腔中心軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),此處定義為樣品旋轉(zhuǎn)，如圖14所示;樣品腔、共振線圈以及渦輪蝸桿方向轉(zhuǎn)換器被固定在X軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的平臺(tái)上,受X軸旋轉(zhuǎn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)．以上各個(gè)運(yùn)動(dòng)不相互干涉,可同時(shí)運(yùn)動(dòng)也可單獨(dú)運(yùn)動(dòng),最終功能都是作用到樣品和共振線圈,對(duì)這兩者進(jìn)行姿態(tài)和位置的調(diào)整．

圖10　頭部整體三維視圖Fig.10the head internal detail view of the probe

圖11　X軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖Fig.11X-axis motion sketch

圖12　微型蝸輪蝸桿方向轉(zhuǎn)換器Fig.12The micro turbine worm direction convertor

圖13　樣品升降運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖Fig.13Sample lifting motion sketch

圖14　樣品旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖Fig.14Sample rotation motion sketch

三維邊緣場(chǎng)MAS成像實(shí)驗(yàn)在該機(jī)械結(jié)構(gòu)下運(yùn)動(dòng)順序?yàn)?首先是梯度場(chǎng)的尋找,通過(guò)升降平臺(tái)綁定高斯計(jì),尋找磁體邊緣場(chǎng)適合的梯度場(chǎng),記錄升降高度,替換高斯計(jì)為探頭,并且升降探頭中樣品和共振線圈位置到高斯計(jì)尋找到的高度,此時(shí)控制Y軸旋轉(zhuǎn)電機(jī),旋轉(zhuǎn)探頭,間斷發(fā)射射頻信號(hào)以接收回波信號(hào)，判定最終位置；繼而控制X軸旋轉(zhuǎn)電機(jī),旋轉(zhuǎn)到與Z軸呈魔角,控制樣品旋轉(zhuǎn)電機(jī)使得樣品緩慢旋轉(zhuǎn)；同時(shí)發(fā)射射頻信號(hào),接收回波,判斷信號(hào)優(yōu)劣,在這過(guò)程中,微調(diào)X軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)使角度在與Z軸呈魔角附近微調(diào)尋找最佳回波信號(hào)位置,完成成像先決條件——水平調(diào)整環(huán)節(jié).需要注意的是最佳測(cè)量位置的定位行進(jìn)緩慢,但由于PMAC具有可編程性能,因此降低了操作難度,在選取好平面以及角度后,保持平臺(tái)高度，鎖住X-Y軸電機(jī)(探頭運(yùn)動(dòng)終端采用微型鋁制氣缸摩擦鎖死功能)，并記錄平臺(tái)高度信號(hào)和X-Y軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)參數(shù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)．實(shí)驗(yàn)時(shí)結(jié)合共振線圈射頻發(fā)射回收來(lái)控制樣品旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn),同時(shí)在采集高梯度場(chǎng)下樣品激發(fā)區(qū)的所有數(shù)據(jù)后,控制線性升降電機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行升降，使樣品的其他部位進(jìn)入待激發(fā)區(qū)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟,完成整個(gè)樣品成像．

5結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)很好地解決了現(xiàn)存一維和三維邊緣場(chǎng)成像中還沒(méi)有妥善解決的幾個(gè)問(wèn)題:1) 運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)將傳統(tǒng)的水平調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)分成了X軸和Y軸2種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),不僅使水平調(diào)節(jié)變得更加方便,而且使樣品和線圈同時(shí)調(diào)節(jié)保證了與B0的高度平行性,更重要的是:這種方式的水平調(diào)節(jié)可以保證三維邊緣場(chǎng)成像中B0和共振線圈之間的魔角能夠準(zhǔn)確地達(dá)到54.74°;2) 該機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化了MAS速率，使其低于0.1 Hz,通過(guò)控制高精度微米級(jí)運(yùn)動(dòng)的直流伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn),同時(shí)當(dāng)接收信號(hào)不好時(shí)也可以做到實(shí)時(shí)暫停旋轉(zhuǎn)甚至回轉(zhuǎn)在樣品原位置重復(fù)發(fā)射信號(hào);3) 該結(jié)構(gòu)結(jié)合了一維邊緣場(chǎng)成像中的樣品升降運(yùn)動(dòng)到三維邊緣場(chǎng)成像中,當(dāng)所選擇的邊緣場(chǎng)激發(fā)層面不足以覆蓋整個(gè)樣品的時(shí)候,可以通過(guò)樣品升降使得需要被測(cè)樣品部分進(jìn)入到激發(fā)層面中去,這樣便可以選擇更高的梯度場(chǎng)測(cè)量更長(zhǎng)的樣品．

致謝感謝福建省高端裝備制造協(xié)同中心、半導(dǎo)體光電材料及其高效轉(zhuǎn)換器協(xié)同創(chuàng)新中心對(duì)本文研究的幫助．

參考文獻(xiàn)：

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Multi-functional Adjustable Mechanical StructureDesigning in Stray Field Imaging

SHI Jianlong1,XUE Wendong1,FENG Wujun1,CHEN Zhong2,SUN Huijun2,HONG Yongqiang1*

(1.School of Aerospace Engineering,Xiamen University,2．College of Physical Science and Technology,Xiamen University,Xiamen 361005,China)

Abstract:In stray field imaging (STRAFI) experiments,mechanical structures which support the sample motion lack the adjustable function．In addition,the form of the sample motion is single,and the resonance coil is immobilized．These shortcomings cannot satisfy the direction of the irregular gradient at the fringe of the superconducting magnet．This paper proposes a multi-functional adjustable mechanical structure based on the research of the STRAFI．This mechanism involves the function to adjust the posture and the position of the sample as well as the resonance coil in STRAFI．It can guarantee the sample and resonance coil to be parallel to the direction of the magnet,and enables the sample to be lifted along the magnet direction when doing one-dimension (1D) STRAFI．In three-dimension (3D) STRAFI magic angle spinning (MAS),the adjustable function can ensure the magic angle between the direction of the magnet and the center of the sample and resonance coil．The mechanism can also achieve the real-time susceptive and tuning back when the echo is poor or even is absent in STRAFI-MAS．Furthermore,this mechanism integrates the lifting function into the 3D STRAFI-MAS,which can measure finer samples in higher-gradient fields in STRAFI.

Key words:stray field image;mechanical structure;multi-functional adjustable;sample lifting

doi：10.6043/j.issn.0438-0479.2016.03.024

收稿日期：2016-01-05錄用日期：2016-02-24

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(21327001)

*通信作者：hongyq@xmu.edu.cn

中圖分類(lèi)號(hào):TH 122

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：0438-0479(2016)03-0445-06

引文格式：施建龍,薛文東,馮吳俊，等.邊緣場(chǎng)成像中多功能調(diào)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).廈門(mén)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016,55(3)：445-450.

Citation：SHI J L,XUE W D,FENG W J,et al．Multi-functional Adjustable Mechanical Structure Designing in Stray Field Imaging.Journal of Xiamen University(Natural Science)，2016,55(3)：445-450．(in Chinese)