專利名稱：用于控制多個加熱元件的開關電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于控制多個加熱元件的開關電路。本發(fā)明特別涉及用于容納超導電磁線圈的低溫恒溫器中、例如被用于例如核磁共振(NMR)或磁共振成像(MRI)系統(tǒng)、粒子加速器、蓄能器、X射線源和半導體蝕刻中的開關電路。
背景技術：
這種低溫冷卻的超導系統(tǒng)典型地包括多個加熱器，這些加熱器被設置用于將超導元件的特定部分加熱到它們的臨界溫度之上，使它們返回到正常的有阻力狀態(tài)。當不再需要所產生的磁場時，這種加熱器可以被用于斷開超導線圈中的電流。這可以應用于系統(tǒng)的主磁場線圈或應用于較小的勻場線圈，該勻場線圈用于提高整個磁場的均勻性。這種加熱器也被用于響應于系統(tǒng)的一部分的無意淬火而啟動某些線圈的淬火。這種操作用于擴展在淬火過程中能量耗散的分布并幫助避免對超導線圈的損害。這種加熱器也可以被用于開關電路，該開關電路用于消除外部場干擾、通量抽吸、和系統(tǒng)壓力和氣流的控制。
圖1示出用于低溫系統(tǒng)的傳統(tǒng)開關電路。在低溫恒溫器11中設置有多個低溫開關10。每一個低溫學開關10包括熱連接至超導元件14的相應部分的電阻加熱器12。電阻加熱器12可以是由Cu-Ni合金線制成的線圈?？刂葡到y(tǒng)20控制開關裝置22，以便將電流從源24施加到一個或多個電阻加熱器12上。如圖1的例子中所示，通過一個相應的專用導體26和一個公共導體28將所施加的電流提供給每一個加熱器12。盡管每一個加熱器配備有兩個專用導體的布置也是可能的，但這種布置確保每一個加熱器的獨立控制，同時將被引入到低溫系統(tǒng)中的導線的數(shù)量減少到最小值。甚至可以通過低溫恒溫器11的主體來提供公共導體28，從而更進一步減少所需的導線的數(shù)量。
在例如圖1中所示的傳統(tǒng)系統(tǒng)中，通過在控制系統(tǒng)20的控制下的開關裝置22將電流、典型地DC電流施加到所選擇的電阻加熱器12上。必須逐一地控制每一個加熱器12以便僅在需要時工作。
用于給加熱器供電的這種導體26、28的安裝引起某些困難。導線提供熱量流入低溫系統(tǒng)的路徑?？赡茈y以實現(xiàn)環(huán)繞每一個導線的充分氣密的密封以防止冷凍劑的泄漏或污染氣體的流入。導體本身的安裝表示在低溫冷卻系統(tǒng)的制造方面增加的復雜性。
發(fā)明內容
本發(fā)明致力于已知系統(tǒng)的至少一些缺陷，并因此提供如在所附的權利要求中所限定的設備和/或方法。
從僅借助例子、結合附圖所給出的本發(fā)明的某些實施例的以下描述中，本發(fā)明的上面的和另外的目的、特征和優(yōu)點將變得更顯而易見，其中圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術的用于控制低溫冷卻系統(tǒng)中的多個加熱器的裝置；圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例的用于控制低溫冷卻系統(tǒng)中的多個加熱器的裝置。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明，一對公共導體34被用于控制低溫系統(tǒng)中的多個加熱器。圖2示出本發(fā)明的一個實施例。如所示的，每一個電阻加熱器12與電感器30和電容器32串聯(lián)連接，并且該串聯(lián)組合被連接在兩個公共導體34之間。電阻加熱器12、電感器30和電容器32的每一個串聯(lián)組合形成調諧電路36。電感器30和/或電容器32的值在每一個相應的調諧電路36中都是不同的。
在圖2中所示的本發(fā)明的實施例中，每一個調諧電路都是調諧LCR電路?？刂葡到y(tǒng)20控制頻率發(fā)生器38，該頻率發(fā)生器提供信號給放大器40。放大器40放大由頻率發(fā)生器38提供給它的信號，并橫跨每一個調諧串聯(lián)LCR電路施加放大信號。
每一個調諧串聯(lián)LCR電路在不同頻率處諧振。例如，可將各個調諧串聯(lián)LCR電路設置成在f、10f、100f、1000f等的頻率處諧振，其中f是額定頻率。對于每一個隨后的調諧串聯(lián)LCR電路來說，這可以通過增加電感器的值或減小電容器的值或兩者來設置。利用該例子，鄰近于每一個相應的調諧串聯(lián)LCR電路示出相應的諧振頻率。
通過操作控制系統(tǒng)20以使頻率發(fā)生器38產生頻率為f的信號，該信號將通過放大器40被放大并被施加到公共導體34上，相應的加熱器12-0被激活。包括電阻加熱器12-0的調諧串聯(lián)LCR電路被調諧到頻率f。由于施加到公共導體34上的信號處于該頻率，所以相應的調諧串聯(lián)LCR電路諧振，激活加熱器12-0，并加熱超導線圈的相應的鄰近部分14。剩余的調諧串聯(lián)LCR電路沒有被調諧到該頻率，并且它們不諧振，因此不激活相關的加熱器12。
類似地，如果操作控制系統(tǒng)20以使頻率發(fā)生器38產生頻率為1000f的信號，該信號將通過放大器40被放大并被施加到公共導體34上，相應的加熱器12-3將被激活，從而加熱超導線圈的相應的鄰近部分14。剩余的調諧串聯(lián)LCR電路沒有被調諧到該頻率，并且它們不諧振，因此不激活相關的加熱器12。
因此，可以通過適當?shù)乜刂剖┘拥焦矊w34上的信號的頻率來選擇性地接通加熱器12中的任何一個。優(yōu)選地，將頻率發(fā)生器38和放大器40設置成可以產生具有多個頻率的信號并將這些信號施加到公共導體34上。例如，如果施加到公共導體34上的信號由頻率10f和100f構成，則將激活加熱器12-1和12-2，每一個加熱器加熱超導線圈的相應的鄰近部分14，同時加熱器12-0和12-3保持未激活。
所采用的頻率的實際范圍可以便利地來選擇，并且可以通過電容器和電感器的可用值來限定。典型地，激活頻率將在10Hz至100kHz的范圍內。然而，應避免在50-60Hz周圍的頻率，以防止來自干線電源的干擾。在利用RF場的系統(tǒng)中，也應避免在RF場的頻率附近的頻率。頻率應被盡可能遠地分離，以減小被設計用于其他加熱器的信號部分地激活加熱器的可能性。
在本發(fā)明的某些實施例中，加熱器可以由電阻線、例如Cu-Ni合金線制成的電感線圈構成。以這種方式，每一個調諧串聯(lián)LCR電路的電阻加熱器12和電感器30被組合成單個電感電阻加熱元件。
雖然圖2的實施例示出引入到低溫恒溫器中至串聯(lián)調諧LCR電路的兩個公共導體34，但低溫恒溫器11的主體可被用作公共導體之一，從而意味著僅僅單個導體需要被設置到低溫恒溫器中，仍提供對多個加熱器的控制。
必須謹慎地選擇用于調諧電路中的元件30、32、12，以確保它們能夠在所需的溫度下工作。例如，在利用液態(tài)氦冷卻的低溫恒溫器中，這些元件必須能夠在4K的溫度下可靠地工作。導線纏繞的電感器和固體電介質電容器應能夠實現(xiàn)這樣的工作。這些元件也必須具有質量好的殼體。例如，如果電容器殼體允許液態(tài)氦滲入，則當暴露于較高溫度之下時、例如當為了維修而排干低溫恒溫器時、或當在使用中電容器加熱時它可能爆炸。
如所示那樣的簡單的調諧串聯(lián)LCR電路可能需要5倍或10倍因子的頻率分離，以便實現(xiàn)加熱元件之間的充分的區(qū)別。其他濾波器裝置可以被采用，并且可以允許較小的頻率分離因數(shù)。然而，濾波器應由簡單的無源元件構成。
在典型的超導磁體裝置中，可以設置多至12個加熱器。在現(xiàn)有技術系統(tǒng)中，這些系統(tǒng)將典型地需要進入低溫恒溫器中的13或24條控制導線，以允許加熱器可靠地工作。根據(jù)本發(fā)明，這可以被減小至用于等價操作的兩條或甚至一條導線。本發(fā)明以新穎的方式利用頻率尋址來控制低溫冷卻系統(tǒng)中的加熱器，減小需要被設置用于控制加熱器的導線的數(shù)量，從而減小系統(tǒng)組件的復雜性并減少通過控制導線的熱量流入。雖然已經參照有限數(shù)量的具體實施例描述了本發(fā)明，但本領域的技術人員應認識到，在如所附的權利要求中所闡述的本發(fā)明的范圍內可以進行多種修改和改變。
權利要求
1.一種開關電路，包括多個加熱元件(12)，每一個加熱元件作為調諧電路(36)的一部分被連接，調諧電路被分別調諧到不同的頻率并被并聯(lián)連接在兩個公共導體(34)之間，該電路此外包括用于在兩個公共導體之間施加一個或多個頻率的振蕩信號電壓的裝置(20，38，40)，每一個頻率對應于調諧電路之一的調諧頻率。
2.根據(jù)權利要求1的開關電路，其中每一個調諧電路包括與電容器(32)和電感器(30)串聯(lián)的電阻加熱元件(12)。
3.根據(jù)權利要求1的開關電路，其中每一個調諧電路包括由電阻線制成的電感線圈形式的、與電容器(32)串聯(lián)連接的電阻電感加熱元件(12)。
4.根據(jù)任一前述權利要求的開關電路，其中用于施加振蕩電壓的裝置包括被設置用于控制頻率發(fā)生器(38)以產生一個或多個頻率的信號的控制系統(tǒng)(20)。
5.根據(jù)權利要求4的開關電路，其中用于施加振蕩電壓的裝置此外包括被設置用于接收來自頻率發(fā)生器的一個或多個頻率的信號以放大所述信號并在公共導體之間施加這樣的放大信號的放大器。
6.一種低溫恒溫器(11)，該低溫恒溫器容納超導元件和多個加熱器，所述加熱器中的至少一些加熱器各自熱連接至超導元件(14)的相應部分，所述加熱器構成根據(jù)任一前述權利要求的開關電路的一部分，其中調諧電路位于該低溫恒溫器中，而用于施加信號電壓的裝置被設置在該低溫恒溫器的外部。
7.根據(jù)權利要求6的低溫恒溫器，其中公共導體之一由低溫恒溫器的主體構成。
8.基本上如附圖的圖2中所說明的和/或所示的開關電路或低溫恒溫器。
全文摘要
一種開關電路包括多個加熱元件(12)，每一個加熱元件作為調諧電路(36)的一部分被連接，該調諧電路被分別調諧到不同的頻率，并且被并聯(lián)連接在兩個公共導體(34)之間，該電路此外包括用于在兩個公共導體之間施加一個或多個頻率的振蕩信號電壓的裝置(20，38，40)，每一個頻率對應于調諧電路之一的調諧頻率。
文檔編號H01F6/02GK1967739SQ20061014329
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月3日 優(yōu)先權日2005年11月4日
發(fā)明者A·M·湯馬斯 申請人:西門子磁體技術有限公司