Invloed van een statisch magneetveld op inductief gekoppelde spoelen


Frederick E. Terman

Honourable Member

'I'm completely lost here'.
Het lijkt erop dat inmiddels een heel andere vraag beantwoord (of bediscussieerd) wordt, dan die in de startpost. Die vraag was: wat doet een spoel waardoor wisselstroom loopt, als je hem in een aanzienlijk magnetisch gelijkveld brengt.
Ergens is het onderwerp totaal veranderd, maar in de posts van @TS zie ik niet hoe, of waar. Wat mis ik?

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ik wilde antwoorden: op basis daarvan werkt de YIG oscillator, maar wist ook niet meer of dat antwoord nou nog ergens zou passen ;-)

Pe1jku

Mijn excuses voor mijn late reactie en onduidelijke reacties. Ik zal inderdaad even het een en ander ophelderen.

Ik snap dat het op een schoolvraag lijkt, dit is niet het geval. Misschien leek het zo vanwege mijn gebrek aan kennis.

De reden van mijn vraag: Een vriend van mij is werkzaam bij het UMC, waar ze een 7T MRI scanner hebben. Welnu worden er tijdens een MRI scan sensoren op het lichaam van de patiënt geplaatst. Deze sensoren (geen idee of dit ook sensoren genoemd worden) gaan vervolgens met kabels naar een ADC, welke samen met de patiënt in de MRI scanner geplaatst worden. Deze ADC wordt gevoed met voedingskabels, welke afkomstig zijn van voedingen uit een andere ruimte. Nu willen ze deze voeding van de ADC draadloos maken. (vraag me niet waarom). Dit gaan ze doen door middel van inductieve koppeling. Er worden spoelen op de buitenkant van de MRI scanner geplaatst en op de ADC zal ook iets van een ontvanger worden gemaakt.
Ik dacht dat dit niet zou kunnen omdat de magnetische velden elkaar verstoren en de MRI niet meer zal doen wat die moet doen. Maar ik kan dus niet vinden hoe het statische veld van de MRI scanner het wisselveld van de inductieve koppeling verstoort, en andersom.

Ik doe zelf inderdaad de opleiding elektrotechniek, vandaar dat ik op zoek ging naar de oplossing hiervoor, maar ik kan er eigenlijk zeer weinig over vinden. Ik vond het een zeer interessant vraagstuk

Frederick E. Terman

Honourable Member

Ah, gelukkig dus toch nog het onderwerp dat ik dacht :). Dit zou in de startpost beslist bruikbaar geweest zijn, maar in elk geval, nu weten we het ook.
Ik denk dat dan mijn antwoorden ook nog bruikbaar zijn:

1) Een spoel waar wisselstroom doorheen loopt, zal in het magnetisch gelijkveld willen gaan trillen, net zoals de spreekspoel in een gewone luidspreker. Echter, de spoel met de grootste stroom zit hier buiten, en de spoel in de MRI voert een in verhouding kleine stroom. Ook zal de frequentie vrij hoog zijn (tientallen of honderden kHz), zodat de mechanische trilling niet of nauwelijks merkbaar, laat staan hinderlijk, zal ontstaan.

2) De ontvangers in de MRI bestrijken een frequentiegebied (ruwweg 1..300 MHz) dat begint ver bóven die waarop de spoelen werken, en nog hoger doorloopt. Er zal dus geen storing in de beeldvorming ontstaan, zolang tenminste de golfvorm in de 'voedingsspoel' netjes sinusvormig is en geen akelige harmonischen in het bereik van de MRI-ontvangers bevat. Door het grote frequentieverschil zal dat niet te lastig te verwezenlijken zijn.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ha FDEII,

Dit is een heel stuk duidelijker @Frederick E. Terman vroeg zich al af welke kant we heen moesten :D
Volgens mij is jou vraag het verlengde van een ander draadje.

Een kort antwoord nee de RMI genereert een statische magnetische veld dat interfereert niet met een elektromagnetische veld.
Het deeltje wat ( tussen twee haakjes ) verantwoordelijk is voor het EM-veld is een foton en deze heeft geen massa.

De sterkte 7T ( Tesla ) wordt veroorzaakt door permanenten magneten de detector spoelen spelen geen of nauwelijks rol en veroorzaken een EM-veld wat te verwaarlozen is !
Als je behoefte heb aan een langer antwoord dan hoor ik het graag :)

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Klopt! Had dit inderdaad eerder moeten vermelden. Maargoed :D

Bedankt voor de reacties! Als ik het goed begrijp is er dus niet direct interferentie tussen de 2 velden, zolang er dus een mooie strakke sinus gebruikt wordt.

Toch blijf ik dit redelijk specifieke kennis vinden! In de boeken kan ik nergens terugvinden wat voor situatie er ontstaat als je een DC en AC velden met elkaar mixt. Hoe kan men over zulke situaties leren? Uiteraard hoor ik het graag van ervaren rotten uit het vak zoals jullie, maar om jullie voortaan nu met iedere vraag die ik heb rondom magnetisch veld lastig te vallen is ook zoiets. De basisprincipes van magnetisme worden uiteraard wel beschreven in het boek, maar zulke specifieke voorbeelden, zal ik dat in de praktijk moeten ondervinden?

Op 18 oktober 2020 15:30:12 schreef electron920:

Als je behoefte heb aan een langer antwoord dan hoor ik het graag :)

En Henk, ik hoor graag het lange antwoord! Ik probeer zo veel mogelijk van de theorie te begrijpen :)

Ha FDEII,

Ik zal een en ander uitleggen maar zit nu niet op mijn plaats om een goed antwoord te geven maar alvast dit.... je moet jou vraag in een aantal categorieën vertalen/onderscheid maken.
Wat ik bedoelde met betrekking tot jou vraag is het volgende voor het maken van een MRI-scan worden drie soorten elektromagnetische velden gebruikt: een statisch magneetveld, gradiëntveld en een radiofrequente veld.

De laatste twee zijn zoals @Frederick E. Terman al omschreef zeer zwak en zijn eigenlijk alleen binnen in de scanner aanwezig maar dit zijn dynamische velden en kunnen interferentie veroorzaken.
De eerste is heel sterk in jou voorbeeld 7 Tesla maar is een statisch veld 0 Hz en geeft buiten de scanner onder lineaire omstandigheden geen interferentie met een elektromagnetische veld.

Nu moet je hier wel voorzichtig mee zijn er zijn materialen die niet lineair zijn en waar we juist gebruikmaken van de eigenschappen van permanente magneten om het veld te beinvloeden.
Dit komt veel voor in de microgolf techniek.
Ik zal je laatste vraag uitwerken.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Op 18 oktober 2020 20:32:33 schreef FDEII:
wat voor situatie er ontstaat als je een DC en AC velden met elkaar mixt.

Nogal logisch, dat is een specifieke situatie, terwijl de goede vraag is of verschillende magnetische velden elkaar onderling beïnvloeden, en dat doen ze dus niet.

Maar het hele verhaal klinkt wat raar; om te beginnen is het best wel relevant waarom ze die voeding draadloos willen hebben, en blijkbaar moet het ook nog eens over een flinke afstand.

Is een batterij niet de simpele oplossing?

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
vergeten

Golden Member

Op 13 oktober 2020 13:52:41 schreef electron920:
Ha FDEII,

Onder een hoogspanningsmast heb ik nog niet mijn tanden gepoetst :X maar je kunt er zeker wel iets opladen als je de juiste sonde (spoel) gebruikt.
En een RMI er onder plaatsen dat geeft geen goed resultaat interferentie !
Bij de CERN in Geneva zo'n 175 meter onder de grond ontstaat interferentie als de Thales stopt

Als je zelf er onder gaat staan voel je het veld ook je haren op je arm gaan iets overeind staan.
Groet, Henk.

Haren gaan niet overeind staan van een AC spanning wel van DC, en ook niet van een magnetisch veld statisch of niet.

[Bericht gewijzigd door vergeten op 19 oktober 2020 00:01:53 (32%)]

Doorgaans schrijf ik duidelijk wat ik bedoel, toch wordt het wel anders begrepen.

Ha vergeten,

Maar wel van een elektromagnetisch veld O-) dat is dan ook het verschil met de vraag en antwoord van @KlaasZ !
Lees voor de duidelijkheid even op de site van RIVM die hebben dan wel geen fysische uitleg maar wel in Jip en Janneke taal ;)

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Op 18 oktober 2020 14:59:56 schreef FDEII:
Deze sensoren (geen idee of dit ook sensoren genoemd worden) gaan vervolgens met kabels naar een ADC, welke samen met de patiënt in de MRI scanner geplaatst worden. Deze ADC wordt gevoed met voedingskabels, welke afkomstig zijn van voedingen uit een andere ruimte. Nu willen ze deze voeding van de ADC draadloos maken. (vraag me niet waarom). Dit gaan ze doen door middel van inductieve koppeling.

Waarom? :-) In ziekenhuizen (en zeker in de operatiezaal) wil men alles zoveel mogelijk "galvanisch scheiden".

En niet struikelen over los slingerende snoeren misschien.

Op 18 oktober 2020 22:39:56 schreef SparkyGSX:
[...]Nogal logisch, dat is een specifieke situatie, terwijl de goede vraag is of verschillende magnetische velden elkaar onderling beïnvloeden, en dat doen ze dus niet.

Maar het hele verhaal klinkt wat raar; om te beginnen is het best wel relevant waarom ze die voeding draadloos willen hebben, en blijkbaar moet het ook nog eens over een flinke afstand.

Is een batterij niet de simpele oplossing?

Ik heb het voor de zekerheid even gevraagd, maar nee, het hoeft niet over een grote afstand. De spoelen worden tegen de buitenkant van de bore (de tunnel waar de patient in ligt) geplaatst. Vervolgens wordt de ontvanger (de ADC) aan de binnenkant van de bore geplaatst, ongeveer op dezelfde plek als de spoel aan de buitenkant. De afstand zal <4cm zijn.

Het doel is volgens mij zodat er minder kabels van buiten de MRI scanner naar binnen de MRI scanner lopen zodat er in gevallen van nood de patient sneller verwijderd kan worden en er geen rekening gehouden hoeft te worden met de kabels. Als ik me niet vergis gebruikt de ADC een stuk of 5 verschillende voedingen, en er kunnen tot wel 5 van zulke ADC's gebruikt worden. Al met al een hele bos kabels die de machine in lopen.

Ha FDEII,

Vraag en werkt dit al de bore is een kooi van Faraday :?
Je kunt geen storende velden van buiten naar binnen en andersom overbrengen i.v.m. de signaal ruis verhouding !
In die wand zitten volgens mij die speciale spoelen ik noem het maar even open spoel met een capacitieve koppeling/verbinding.

Ik ga vanmiddag even kijken wat ik kan opschrijven maar ik heb gisteren al iets gepost.
De 7 T werkt op een rf frequentie van 298 MHz dat ligt ver weg van de spoelen die je zou willen aanbrengen daar niet van maar of je door de wand heen kom ik denk het niet.
Of er moet een opening in de afscherming gemaakt zijn bij het ontwerp :?

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
joopv

Golden Member

Ik ben nogal verbaast dat deze vraag op dit forum terecht komt. Dit hoort ergens terecht te komen waar men exact weet hoe een MRI werkt en welk effect zo'n inductieve overdracht heeft op de werking van de MRI en omgekeerd.

Dat is - met alle respect - veel te specialistisch om hier te kunnen bespreken. Een MRI is een uiterst gespecialiseerd stuk hightech waarbij extreme magneetvelden gebruikt worden in combinatie met hoogfrekwent en signaalprocessing. Ieder willekeurig stuk elektronica zal beinvloed worden door die velden.

Google maar eens op "MRI en pacemaker"

Enkele dingen die ik zelf zo even kan bedenken:

- Bij de minste beweging in een 7 Tesla veld worden er in geleiders al significante electrische spanning opgewekt.
- Spoelen kunnen geen kernen bevatten - die worden in verzadiging gedrukt, bepaalde kernmaterialen worden misschien zelfs helemaal definitief onbruikbaar.
- Je zal met je overdracht buiten het frekwentiespectrum moeten blijven wat de MRI zelf gebruikt voor zijn eigen doel.

Op 19 oktober 2020 12:24:19 schreef joopv:
Ik ben nogal verbaast dat deze vraag op dit forum terecht komt. Dit hoort ergens terecht te komen waar men exact weet hoe een MRI werkt en welk effect zo'n inductieve overdracht heeft op de werking van de MRI en omgekeerd.

Dat is - met alle respect - veel te specialistisch om hier te kunnen bespreken. Een MRI is een uiterst gespecialiseerd stuk hightech waarbij extreme magneetvelden gebruikt worden in combinatie met hoogfrekwent en signaalprocessing. Ieder willekeurig stuk elektronica zal beinvloed worden door die velden.

Google maar eens op "MRI en pacemaker"

Enkele dingen die ik zelf zo even kan bedenken:

- Bij de minste beweging in een 7 Tesla veld worden er in geleiders al significante electrische spanning opgewekt.
- Spoelen kunnen geen kernen bevatten - die worden in verzadiging gedrukt, bepaalde kernmaterialen worden misschien zelfs helemaal onbruikbaar.
- Je zal met je overdracht buiten het frekwentiespectrum moeten blijven wat de MRI zelf gebruikt voor zijn eigen doel.

Bedankt voor je reactie! Je hebt gelijk, vandaar dat mijn originele vraag ook was hoe 2 verschillende magneetvelden elkaar beinvloeden, en niet hoe een inductief gekoppeld systeem een MRI scanner beinvloed.
Maar omdat vanuit hier de vraag ontstond in wat voor situatie dit belangrijk is, heb ik de situatie geschetst waaruit het vraagstuk is ontstaan.

Exact, 3 goede punten die je maakt.

Op 19 oktober 2020 11:56:46 schreef electron920:
Ha FDEII,

Vraag en werkt dit al de bore is een kooi van Faraday :?
Je kunt geen storende velden van buiten naar binnen en andersom overbrengen i.v.m. de signaal ruis verhouding !
In die wand zitten volgens mij die speciale spoelen ik noem het maar even open spoel met een capacitieve koppeling/verbinding.

Ik ga vanmiddag even kijken wat ik kan opschrijven maar ik heb gisteren al iets gepost.
De 7 T werkt op een rf frequentie van 298 MHz dat ligt ver weg van de spoelen die je zou willen aanbrengen daar niet van maar of je door de wand heen kom ik denk het niet.
Of er moet een opening in de afscherming gemaakt zijn bij het ontwerp :?

Groet,
Henk.

Volgens mij is de bore zelf geen kooi van faraday, hier zitten weliswaar spoelen op. De wand zelf is gewoon van een polyester achtig materiaal, waarin de spoelen zijn verzonken. (ik denk dat het spoelen zijn, het is in ieder geval een soort van rooster van koper met mazen van ongeveer 10 x 10 cm)

Die 298MHz is inderdaad correct.

Volgens mij gaat het ook om een proof of concept, ze willen onderzoeken of het uberhaubt mogelijk is. Volgens mij is het een vervolgstap om het daadwerkelijk op de MRI scanner te monteren en evt aanpassingen te maken aan de bore.

joopv

Golden Member

FET meldde een range van "1-300MHz". Dat is nogal wat anders dan 298MHz

Als jij een stevig magnetisch veld aan gaat leggen van zeg 100kHz om energie te transporteren over enkele centimeters dan zal dat veld toch wel *erg* schoon moeten zijn qua spectrum om er zeker van te zijn dat de feitelijke metingen die de MRI doet niet verstoord worden. Je weet niks over het input circuit van de ontvangers in de MRI - misschien worden ze bij 100kHz al zwaar overstuurd..? En dan maakt het niets uit hoe schoon je zendsignaal is..

Anyway - misschien leest er iemand van Philips Medical mee die hier echt inhoudelijke antwoorden kan geven. En anders zul je je vraag aldaar (of van wie die MRI dan ook is) moeten stellen.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Ho, voorzichtig - ik noemde '1-300 MHz' als frequentiegebied waarin de MRI's gewoonlijk zitten.
Hoe het met deze specifiek zit weet ik niet. Misschien zit hij wel uitsluitend rond de 298 MHz. Inderdaad even kijken wat een kenner daarvan zegt.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ha joopv,

Nou het bereik wat @Frederick E. Terman vermeld is gewoon goed het schept misschien het idee dat de RF frequentie afstembaar is :?
Maar dat is niet het geval de rf frequentie is optimaal gekozen en is mede bepaald door de magnetische veld sterkte om de protonen in de kern te richten deze lokale Larmor frequentie is in relatie met de excitatie van het effectieve magnetische veld in het roterende
referentiekader.
Zo is bijvoorbeeld voor een systeem van 0,5 Tesla 21,3 MHz voor 1 Tesla de RF frequentie 42,6 MHz voor 1,5 Tesla 63,9 MHz voor 3 Tesla 127,8 MHz en voor 7 Tesla 298,2 MHz.

Maar ik verwacht dat dit de vraag van @TS te boven gaat om dit goed uit te leggen heb ik minstens 4 velletjes nodig en zeer complexe wiskunde :o
Wat ik nu wel begrijp is de eerste opmerking van @TS om een tandenborstel lader in een MRI scanner te stoppen Ha Ha... _/-\o_

Ik ben aan het proberen om de twee velden begrijpbaar te maken even kijken hoe ik Maxwell goed kan inzetten.
Even voor @TS die buiten kant is dan wel van polyester maar daarna zit in de wand een metalen frame volgens mij ?
Maar goed dat is de vraag niet en is voor het experiment.....

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Het lijkt mij een compleet waanzinnig idee om elektronica in de MRI magneet te brengen.
Er is een statisch veld maar er is ook een varierend magnetisch veld: de x en y spoelen. Die maken dat kabaal wat je hoort in de MRI.
In alle bedrading wordt dus een spanning opgewekt. Het is niet voor niets dat het alarm wat je in je hand krijgt tijdens de scan pneumatisch is.
Een ballonnetje met een slangetje eraan en ergens ver weg een drukschakelaar.

@TS: Hoeveel vermogen heb je nodig, en is er nog een beperking aan de diameter van de spoelen die je kunt gebruiken?

Ik heb dus een ontwerp liggen dat ongeveer 4W kan overbrengen met spoelen van ~20cm op 2cm afstand (dat was wat ik nodig had, niet perse de grenzen van dit ontwerp), met veel staal en aluminium in de buurt en binnen de spoelen. De oscillator loopt op ~80kHz, en omdat het een resonant tank circuit is, is de stroom heel mooi s inusvomig, met dus een hele lage harmonische verstoring. Bij een reguliere EMC meting was het ding onzichtbaar, maar dat betekend natuurlijk niet dat de MRI er geen last van kan hebben.

@Floppy: die electronica is er blijkbaar al, ze willen alleen van de voedingskabel af, dus eindelijk vind ik dat je argument niet steekhoudend.

Het lijkt me niet zo moeilijk om vast te stellen of die scanner er last van heeft, in ieder geval niet in de verkennende fase; je maakt simpelweg een scan van een statisch object met enige details, brengt vervolgens een prototype van dit systeem aan, herhaalt de scan, en kijkt naar verschillen.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Op 19 oktober 2020 18:18:13 schreef electron920:

Ik ben aan het proberen om de twee velden begrijpbaar te maken even kijken hoe ik Maxwell goed kan inzetten.
Even voor @TS die buiten kant is dan wel van polyester maar daarna zit in de wand een metalen frame volgens mij ?
Maar goed dat is de vraag niet en is voor het experiment.....

Groet,
Henk.

Heel gaaf hoe graag u dit uit wilt leggen aan mij. Ben ik zeer dankbaar voor :D

Ik weet op dit moment ook niet zeker hoe de tunnel er nu precies uit ziet, ik zal eens vragen om een foto oid, maar voor mijn vraag maakt dat inderdaad verder niet perse uit.

Op 20 oktober 2020 00:22:35 schreef SparkyGSX:
@TS: Hoeveel vermogen heb je nodig, en is er nog een beperking aan de diameter van de spoelen die je kunt gebruiken?

@Floppy: die electronica is er blijkbaar al, ze willen alleen van de voedingskabel af, dus eindelijk vind ik dat je argument niet steekhoudend.

Vermogen zou ik niet weten, maar de ADC wordt gevoed met 4 verschillende voedingen, 12V, 3.3 V -5V en nog iets, allemaal met stroom van <1A

De elektronica is er inderdaad al. Het gaat in dit geval om het draadloos voeden ervan

Op 18 oktober 2020 22:39:56 schreef SparkyGSX:
[...]
Is een batterij niet de simpele oplossing?

Aangezien het een onderzoek is wat leid tot een proof of concept, nee, in eerste instantie niet. Tenzij blijkt dat het inductief voeden niet mogelijk is, dan wordt er wellicht naar een batterij gekeken,.

joopv

Golden Member

Op 19 oktober 2020 10:59:40 schreef FDEII:
[...]Ik heb het voor de zekerheid even gevraagd, maar nee, het hoeft niet over een grote afstand. De spoelen worden tegen de buitenkant van de bore (de tunnel waar de patient in ligt) geplaatst. Vervolgens wordt de ontvanger (de ADC) aan de binnenkant van de bore geplaatst, ongeveer op dezelfde plek als de spoel aan de buitenkant. De afstand zal <4cm zijn.

4 cm? Weet je dat zeker? Als ik MRI videootjes bekijk op YT zou ik zeggen dat dat eerder minstens 40cm moet zijn.
Hier is bijvoorbeeld een video. Interessant detail: de patient krijgt een koptelefoon op - ter ontspanning - die werkt via luchtslangetjes.

Er staan tientallen video's op youtube met / over MRI's, kijk zelf eens en bepaal of die 4cm wel klopt.

Je kan ook leren wat er in die bore zit: op zijn minst een supergeleidende spoel (niobium-titanium) en vloeibaar helium, in een vacuüm omhulling. Lijkt me onmogelijk in 4cm te doen, en dan nog - om daar nog magnetische energie dwars doorheen te transporteren... ?

In ieder geval een interessante uitdaging.

Wat dacht je van een lichtbron - zonnecel combinatie? Of een slang met een luchtstroom en een fan+dynamo? Zal minder compatibiliteits issues opleveren met een MRI.

Ha FDEII,

Ik ben op de achtergrond nog bezig maar heb je al iets meer duidelijkheid omtrent de opmerking van @joopv en mijn vraag over de afscherming ?

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.