Sistema de medición, control y compensación activa para ciclado de campo magnético en aplicaciones de resonancia magnética nuclear

• Autores: Guillermo Omar Forte
• Directores de la Tesis: Esteban Anoardo (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Nacional de Córdoba (UNC) ( Argentina ) en 2013
• Idioma: español
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: hdl.handle.net
• Resumen
  • español

    En esta tesis se analizan aspectos de la instrumentación asociada a la técnica de Re- sonancia Magnética Nuclear (RMN) con Ciclado Rápido de Campo Magnético (FFC, por sus siglas en ingles), los que afectan directamente la calidad de las mediciones realizadas. Se implementó un método para la corrección estática de la dependencia es- pacial del campo magnético generado por el electroimán principal del sistema, dentro de un volumen determinado. Para ello, se utilizó un conjunto de bobinas auxiliares correctoras de campo, y se aplicó un análisis estadístico de la señal misma de RMN. Se estudió e implementó un sistema de compensación dinámico de campos magnéticos y cancelación de perturbaciones magnéticas externas, realizado mediante la aplicación de técnicas estándares de control. Este sistema fue combinado con un controlador específi- camente diseñado para la cancelación de perturbaciones periódicas mono-armónicas, siendo también extensible a mayor cantidad de componentes en frecuencia. Finalmente, se propuso una estrategia de control capaz de conmutar rápidamente entre diferentes valores de intensidad de corriente eléctrica en una carga inductiva, y permanecer en un valor final de estado estacionario con muy pequeño error. Este controlador aprovecha la circunstancia de que, en la técnica de FFC, el cambio de intensidad de corriente presenta características repetitivas. Se adoptaron y combinaron exitosamente méto- dos utilizados normalmente en sistemas mecánicos, introduciendo modificaciones que mejoraron el desempeño de lo hasta ahora utilizado en tecnología FFC. Todos los desa- rrollos fueron estudiados haciendo uso de simulaciones computacionales, siendo luego verificados experimentalmente utilizando sistemas diseñados y construidos a tal fin.

  • português

    Esta tese evolui aspectos da instrumentacão associada ao técnica da Ressonância Magnética Nuclear (RMN) com ciclagem rápido do campo magnético (FFC, por sua sigla em Inglês), que afectam directamente a qualidade das medições feitas. Foi imple- mentado um método para a correcção da dependência espacial do campo magnético estático gerado pelo sistema magnético principal dentro de um volume determinado.

    Para isso, foi utilizado um conjunto de enrolamentos auxiliar de correcção do campo, e foi aplicado uma análise estatística ao sinal de RMN. Foi estudada e implementada uma sistema da compensação dinâmica dos campos magnéticos e cancelamento das pertur- bações magnéticas externas, realizado por meio da aplicação das técnicas padronizadas do control. Este sistema foi combinado com um controlador original, projetado espe- cificamente para o cancelamento das perturbações periódicas mono-harmônicas, sendo também extensível a uma maior quantidade das componentes da freqüência. Por fim, foi proposta uma estratégia de controle capaz de alternar rapidamente entre diferentes valores de corrente elétrica em uma carga indutiva, e permanecer em um valor final do estado estacionário com erro muito pequeno. Este controlador usa o facto de que, na técnica da FFC, a alteração da intensidade do corrente tem características repe- titivas. Foram adoptados e combinados com sucesso metodos normalmente utilizados em sistemas mecânicos, introduzindo modificações que melhoraram o desempenho da tecnologia da FFC usada até agora. Todas as investigações foram feitas usando simu- lações do computador, sendo então verificado experimentalmente através das sistemas projetados e construídos para esta finalidade.

  • English

    This thesis evolves aspects of the Fast Field Cycling (FFC) Nuclear Magnetic Re- sonance (NMR) associated instrumentation that directly affect the quality of the mea- surements. A method is presented for the static correction of the spatial dependency of the magnetic field generated by the main magnet within a given volume. For this purpose, a set of magnetic field auxiliary correcting coils were used, and a statistical analysis was applied to the NMR signal. Dynamic magnetic field compensation and external magnetic disturbances rejection systems were studied and implemented using standard control techniques. These systems were combined with a controller, which was specifically designed for the cancellation of mono-harmonic periodic disturbances, being also extensible to a higher quantity of frequency components. Finally, a control strategy is proposed for the fast switching between different values of the electric cu- rrent intensity in an inductive load, while keeping a very small final steady state error after the transient. This controller uses the fact that, in the FFC technique, the change of current intensity has repetitive characteristics. Methods normally used in mechani- cal systems were adopted and successfully combined, introducing changes that improve the performance of the technology so far used in FFC. All developments were studied by computer simulations, being then experimentally verified using systems especially designed and built for this purpose.