用于控制多个加热元件的开关电路 |
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| 申请号 | CN200610143291.5 | 申请日 | 2006-11-03 | 公开(公告)号 | CN1967739B | 公开(公告)日 | 2012-04-18 |
| 申请人 | 英国西门子公司; | 发明人 | A·M·汤马斯; | ||||
| 摘要 | 一种 开关 电路 包括多个加热元件(12)，每一个加热元件作为 调谐电路 (36)的一部分被连接，该调谐电路被分别调谐到不同的 频率 ，并且被并联连接在两个公共导体(34)之间，该电路此外包括用于在两个公共导体之间施加一个或多个频率的振荡 信号 电压 的装置(20，38，40)，每一个频率对应于调谐电路之一的调谐频率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种开关电路，包括多个加热元件(12)，每一个加热元件作为调谐电路(36)的一部分被连接，多个调谐电路被分别调谐到不同的频率并被并联连接在两个公共导体(34)之间，该电路此外包括用于在两个公共导体之间施加一个或多个频率下的振荡信号电压的装置(20，38，40)，每一个频率对应于所述多个调谐电路之一的调谐频率。 |
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| 说明书全文 | 用于控制多个加热元件的开关电路技术领域[0001] 本发明涉及用于控制多个加热元件的开关电路。本发明特别涉及用于容纳超导电磁线圈的低温恒温器中、例如被用于例如核磁共振(NMR)或磁共振成像(MRI)系统、粒子加速器、蓄能器、X射线源和半导体蚀刻中的开关电路。 背景技术[0002] 这种低温冷却的超导系统典型地包括多个加热器，这些加热器被设置用于将超导元件的特定部分加热到它们的临界温度之上，使它们返回到正常的有阻力状态。当不再需要所产生的磁场时，这种加热器可以被用于断开超导线圈中的电流。这可以应用于系统的主磁场线圈或应用于较小的匀场线圈，该匀场线圈用于提高整个磁场的均匀性。这种加热器也被用于响应于系统的一部分的无意淬火而启动某些线圈的淬火。这种操作用于扩展在淬火过程中能量耗散的分布并帮助避免对超导线圈的损害。这种加热器也可以被用于开关电路，该开关电路用于消除外部场干扰、通量抽吸、和系统压力和气流的控制。 [0003] 图1示出用于低温系统的传统开关电路。在低温恒温器11中设置有多个低温开关10。每一个低温学开关10包括热连接至超导元件14的相应部分的电阻加热器12。电阻加热器12可以是由Cu-Ni合金线制成的线圈。控制系统20控制开关装置22，以便将电流从源24施加到一个或多个电阻加热器12上。如图1的例子中所示，通过一个相应的专用导体26和一个公共导体28将所施加的电流提供给每一个加热器12。尽管每一个加热器配备有两个专用导体的布置也是可能的，但这种布置确保每一个加热器的独立控制，同时将被引入到低温系统中的导线的数量减少到最小值。甚至可以通过低温恒温器11的主体来提供公共导体28，从而更进一步减少所需的导线的数量。 [0004] 在例如图1中所示的传统系统中，通过在控制系统20的控制下的开关装置22将电流、典型地DC电流施加到所选择的电阻加热器12上。必须逐一地控制每一个加热器12以便仅在需要时工作。 [0005] 用于给加热器供电的这种导体26、28的安装引起某些困难。导线提供热量流入低温系统的路径。可能难以实现环绕每一个导线的充分气密的密封以防止冷冻剂的泄漏或污染气体的流入。导体本身的安装表示在低温冷却系统的制造方面增加的复杂性。 发明内容[0007] 从仅借助例子、结合附图所给出的本发明的某些实施例的以下描述中，本发明的上面的和另外的目的、特征和优点将变得更显而易见，其中： [0008] 图1示出根据现有技术的用于控制低温冷却系统中的多个加热器的装置； [0009] 图2示出根据本发明实施例的用于控制低温冷却系统中的多个加热器的装置。 具体实施方式[0010] 根据本发明，一对公共导体34被用于控制低温系统中的多个加热器。图2示出本发明的一个实施例。如所示的，每一个电阻加热器12与电感器30和电容器32串联连接，并且该串联组合被连接在两个公共导体34之间。电阻加热器12、电感器30和电容器32的每一个串联组合形成调谐电路36。电感器30和/或电容器32的值在每一个相应的调谐电路36中都是不同的。 [0011] 在图2中所示的本发明的实施例中，每一个调谐电路都是调谐LCR电路。控制系统20控制频率发生器38，该频率发生器提供信号给放大器40。放大器40放大由频率发生器38提供给它的信号，并横跨每一个调谐串联LCR电路施加放大信号。 [0012] 每一个调谐串联LCR电路在不同频率处谐振。例如，可将各个调谐串联LCR电路设置成在f、10f、100f、1000f等的频率处谐振，其中f是额定频率。对于每一个随后的调谐串联LCR电路来说，这可以通过增加电感器的值或减小电容器的值或两者来设置。利用该例子，邻近于每一个相应的调谐串联LCR电路示出相应的谐振频率。 [0013] 通过操作控制系统20以使频率发生器38产生频率为f的信号，该信号将通过放大器40被放大并被施加到公共导体34上，相应的加热器12-0被激活。包括电阻加热器12-0的调谐串联LCR电路被调谐到频率f。由于施加到公共导体34上的信号处于该频率，所以相应的调谐串联LCR电路谐振，激活加热器12-0，并加热超导线圈的相应的邻近部分 14。剩余的调谐串联LCR电路没有被调谐到该频率，并且它们不谐振，因此不激活相关的加热器12。 [0014] 类似地，如果操作控制系统20以使频率发生器38产生频率为1000f的信号，该信号将通过放大器40被放大并被施加到公共导体34上，相应的加热器12-3将被激活，从而加热超导线圈的相应的邻近部分14。剩余的调谐串联LCR电路没有被调谐到该频率，并且它们不谐振，因此不激活相关的加热器12。 [0015] 因此，可以通过适当地控制施加到公共导体34上的信号的频率来选择性地接通加热器12中的任何一个。优选地，将频率发生器38和放大器40设置成可以产生具有多个频率的信号并将这些信号施加到公共导体34上。例如，如果施加到公共导体34上的信号由频率10f和100f构成，则将激活加热器12-1和12-2，每一个加热器加热超导线圈的相应的邻近部分14，同时加热器12-0和12-3保持未激活。 [0016] 所采用的频率的实际范围可以便利地来选择，并且可以通过电容器和电感器的可用值来限定。典型地，激活频率将在10Hz至100kHz的范围内。然而，应避免在50-60Hz周围的频率，以防止来自干线电源的干扰。在利用RF场的系统中，也应避免在RF场的频率附近的频率。频率应被尽可能远地分离，以减小被设计用于其他加热器的信号部分地激活加热器的可能性。 [0017] 在本发明的某些实施例中，加热器可以由电阻线、例如Cu-Ni合金线制成的电感线圈构成。以这种方式，每一个调谐串联LCR电路的电阻加热器12和电感器30被组合成单个电感电阻加热元件。 [0018] 虽然图2的实施例示出引入到低温恒温器中至串联调谐LCR电路的两个公共导体34，但低温恒温器11的主体可被用作公共导体之一，从而意味着仅仅单个导体需要被设置到低温恒温器中，仍提供对多个加热器的控制。 [0019] 必须谨慎地选择用于调谐电路中的元件30、32、12，以确保它们能够在所需的温度下工作。例如，在利用液态氦冷却的低温恒温器中，这些元件必须能够在4K的温度下可靠地工作。导线缠绕的电感器和固体电介质电容器应能够实现这样的工作。这些元件也必须具有质量好的壳体。例如，如果电容器壳体允许液态氦渗入，则当暴露于较高温度之下时、例如当为了维修而排干低温恒温器时、或当在使用中电容器加热时它可能爆炸。 [0020] 如所示那样的简单的调谐串联LCR电路可能需要5倍或10倍因子的频率分离，以便实现加热元件之间的充分的区别。其他滤波器装置可以被采用，并且可以允许较小的频率分离因数。然而，滤波器应由简单的无源元件构成。 [0021] 在典型的超导磁体装置中，可以设置多至12个加热器。在现有技术系统中，这些系统将典型地需要进入低温恒温器中的13或24条控制导线，以允许加热器可靠地工作。根据本发明，这可以被减小至用于等价操作的两条或甚至一条导线。本发明以新颖的方式利用频率寻址来控制低温冷却系统中的加热器，减小需要被设置用于控制加热器的导线的数量，从而减小系统组件的复杂性并减少通过控制导线的热量流入。虽然已经参照有限数量的具体实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应认识到，在如所附的权利要求中所阐述的本发明的范围内可以进行多种修改和改变。 |
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