一种交变磁场发生装置制造方法及图纸

技术编号:16637819 阅读:96 留言:0更新日期:2017-11-26 00:56
本实用新型专利技术公开了一种交变磁场发生装置,包括两极电磁铁,螺线管线圈,第一磁场探测线圈,第二磁场探测线圈,两相同步电流源,控制单元和相位检测器;两极电磁铁包括电磁铁铁轭,第一电磁铁线圈和第二电磁铁线圈;第一磁场探测线圈放置于螺线管线圈内壁上,且轴线在X轴上;第二磁场探测线圈放置于螺线管线圈的中心;控制单元的相位信息输入端与相位检测器连接,第一感应电压输入端与第一磁场探测线圈连接,第二感应电压输入端与第二磁场探测线圈连接,输出端与两相同步电流源的控制端连接;控制单元输出用于调节两相同步电流源中A相和B相的电流相位和幅值大小的控制信号。

An alternating magnetic field generator

The utility model discloses a magnetic field generating device, including the poles of the electromagnet solenoid coil, the magnetic field, the first detection coil, second coil magnetic field detection, synchronous current source, a control unit and a phase detector; poles of the electromagnet comprises an electromagnet iron yoke, the first solenoid coil and second solenoid coil; the first magnetic detection coil placed on the inner wall of the solenoid coil on axis and the X axis; the second magnetic field detection coil placed on the solenoid coil center; phase information input and the phase detector is connected with the control unit, the first induction voltage input terminal and the first magnetic detection coil connection, second input and second magnetic induction voltage detecting coil connection, control output and two-phase synchronous current source the control unit is connected; output is used to adjust the two-phase synchronous current source in A phase and B phase Control signal of current phase and amplitude magnitude.

【技术实现步骤摘要】
一种交变磁场发生装置
本技术属于生物医药
,更具体地,涉及一种交变磁场发生装置。
技术介绍
生物电磁学是一门新兴的交叉学科,通过生物磁学研究,可以获得有关生物大分子、细胞、组织和器官结构与功能关系的信息,了解生命活动中物质输运、能量转换和信息传递过程中生物磁性的表现和作用。磁性纳米粒子凭借表面积与体积比大、易于进行生物功能化、光学对比性能好、可用外加磁场控制等优点,成为了现代电磁医学技术的主要载体。利用外加磁场控制磁纳米粒子载体运动,是现在电磁医学技术的主要动力方式。例如:磁转染中通过外加磁场控制磁纳米粒子载体携带DNA进行基因转染;床边检测中通过外加磁场控制磁纳米粒子进行微混合、分析物捕获、标记、清洗等。因此,各种磁场作用形式下的磁纳米粒子团聚、解聚、靶向等运动行为也成为了研究热点,特别是旋转磁场和振荡磁场作用下磁纳米粒子的团聚和解聚行为是研究难点。在磁流体中,磁性纳米粒子在均匀磁场作用下会沿磁场呈链状分布;磁性纳米粒子在振荡磁场作用下呈链状分布,并且磁性纳米粒子链的方向沿磁场振荡方向周期性变化;磁性纳米粒子在旋转磁场作用下,单个粒子有自旋转现象,成链粒子的粒子链跟随旋转磁场旋转。研究不同磁场作用形式,不同磁场作用强度下磁性纳米粒子的动力学行为,对磁性纳米粒子在生物医药
的应用具有十分重要的意义。目前旋转磁场发生装置主要有亥姆霍兹线圈、多极电磁铁、旋转永磁体等。中国专利CN102820118B“一种旋转磁场发生系统及其旋转磁场实现方法”公开了一种采用三组两两正交的亥姆霍兹线圈产生空间旋转磁场的装置,通过微控制器控制三路直流电源分别给三组亥姆霍兹线圈通以不同大小的直流电流,即可产生任意轴向的旋转磁场。该装置采用直流供电的方式,对电源要求低,但是从理论上来说其产生的磁场并不是连续旋转的磁场。中国专利CN102195369B“一种旋转磁场电磁halbach阵列与控制方法”公开了一种采用电磁线圈组成halbach阵列产生旋转磁场的装置,该装置原理类似交流电机,使用电磁halbach阵列组成空间相位差为120°的三相对称绕组,然后通三相对称交流电流形成旋转磁场,通过halbach陈列排布方式在一定程度上提高了工作区域的磁场强度,但是该装置的线圈绕制和空间排布较为复杂,有一定的设计开发难度。这些采用亥姆霍兹线圈的磁场装置磁场强度较低,一般最高只有十几毫特斯拉,限制了这类装置的广泛应用。利用多极电磁铁产生旋转磁场,由于磁路间耦合难以控制和量化,其设计优化复杂,在工作区域内保证一定的磁场强度和均匀度难度较大。此外,目前利用电动机带动永磁体旋转的方式产生旋转磁场的报道并不鲜见,但是利用永磁体产生磁场的磁场发生装置,其磁场强度大小不可调节。在磁性纳米粒子行为操控研究中,需要磁场强度范围达到上百毫特斯拉,目前虽然没有对磁场均匀度提出明确要求,但是为了避免磁场梯度力的影响,磁场均匀度越高将会越有利于磁纳米粒子行为的研究。综上所述,亥姆霍兹线圈形式的磁场发生装置虽然具有较高的磁场均匀度,但是在磁场强度上很难满足磁纳米粒子行为研究的要求;通过合理的设计多极磁铁在磁场强度上虽然可以满足要求,但是多极磁铁的磁场均匀度难以保证,除此之外多极电磁铁的优化设计也较为复杂。永磁体形式的磁场发生装置,由于其磁场轻度大小不可调节,因此不适用于磁纳米粒子行为的研究。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷,本技术的目的在于提供一种交变磁场发生装置,旨在解决目前亥姆霍兹线圈类型交变磁场发生装置磁场强度低和多级电磁铁类型交变磁场发生装置设计复杂且磁场均匀度低的问题。本技术提供了一种交变磁场发生装置,包括:两极电磁铁,螺线管线圈,第一磁场探测线圈,第二磁场探测线圈,两相同步电流源,控制单元和相位检测器;两极电磁铁包括:电磁铁铁轭,第一电磁铁线圈和第二电磁铁线圈,电磁铁铁轭的长边平行于X轴且短边平行于Z轴设置;第一电磁铁线圈和第二电磁铁线圈分别绕制在电磁铁铁轭的两个磁极上,且其位置关于YZ平面对称;螺线管线圈的轴线垂直于两极电磁铁平面,且螺线管线圈放置于两极电磁铁磁路的气隙中;第一磁场探测线圈放置于所述螺线管线圈内壁上,其轴线位于X轴上;所述第二磁场探测线圈放置于所述螺线管线圈的中心部位,其轴线位于Y轴上;两相同步电流源中A相输出依次经过相位检测器,第二电磁铁线圈和第一电磁铁线圈形成第一回路,第一回路用于给第二电磁铁线圈和第一电磁铁线圈提供第一电流;两相同步电流源中B相输出依次经过相位检测器和螺线管线圈形成第二回路,第二回路用于给螺线管线圈提供第二电流;其中第一电流与第二电流相位相差90度;控制单元的相位信息输入端与所述相位检测器连接,控制单元的第一感应电压输入端与第一磁场探测线圈连接,控制单元的第二感应电压输入端与第二磁场探测线圈连接,控制单元的输出端与两相同步电流源的控制端连接;控制单元用于根据相位检测器获取的电流相位差、第一磁场探测线圈获得的第一感应电压和第二磁场探测线圈获得的第二感应电压进行处理获得用于调节两相同步电流源中A相和B相的电流相位和幅值大小的控制信号;其中,坐标系是标准的右手空间直角坐标系,电磁铁铁轭气隙的中心作为原点,电磁铁铁轭的长边方向作为X轴方向,螺线管线圈的中轴线作为Y轴,电磁铁铁轭的短边方向作为Z轴方向。更进一步地,螺线管线圈的中心位于坐标系的原点处,螺线管线圈的中轴线位于坐标系的Y轴上。更进一步地,电磁铁铁轭为C字型结构。更进一步地,电磁铁铁轭由硅钢加工而成,所述电磁铁铁轭长度为200mm,宽度为100mm,截面积为20×20mm2;气隙宽度为30mm。更进一步地,第一电磁铁线圈和所述第二电磁铁线圈均采用截面积为1mm2的铜线绕在电磁铁铁轭的磁极上,所述第一电磁铁线圈和所述第二电磁铁线圈的厚度为10mm,长度为60mm。更进一步地,螺线管线圈采用截面积为1mm2的铜线绕制,其高度为60mm,外径30mm,内径为10mm;所述第一磁场探测线圈和所述第二磁场探测线圈采用外径为0.05mm漆包线单匝绕制,其直径为10mm。本技术中提供的基于上述的交变磁场发生装置的交变磁场产生方法,包括下述步骤:通过控制单元设定磁场频率f和磁场幅值B1,控制两相同步电流源输出频率为f的A相和B相正弦电流,A相和B相正弦电流经过相位检测器后,由相位检测器对A相和B相正弦电流的相位进行判断,并将结果反馈给控制单元,控制单元根据相位检测器的检测结果对两相同步电流源发出相位调节指令,使A相和B相正弦电流相位差为90度;两相同步电流源的A相输出对第一电磁铁线圈与第二电磁铁线圈的串联提供电流激励,在气隙中产生X轴方向,大小正弦变化的磁场;两相同步电流源的B相输出对螺线管线圈提供电流激励,在螺线管线圈内产生Y轴方向,大小正弦变化的磁场;第一磁场探测线圈和第二磁场探测线圈分别对X轴方向磁场和Y轴方向磁场的幅值进行检测,并将检测结果反馈给控制单元,控制单元对两相同步电源发出指令调节A相和B相电流使磁场幅值保持在设定的磁场幅值B1,从而在XY平面内产生旋转磁场。更进一步地,当A相输出正弦电流相位超前B相输出正弦电流90度时,在螺线管线圈中心XY平面内产生顺时针旋转的圆形旋转磁场;当B相输出正弦电流相位超前A相输出正弦电流90度时本文档来自技高网
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一种交变磁场发生装置

【技术保护点】
一种交变磁场发生装置,其特征在于,包括:两极电磁铁,螺线管线圈,第一磁场探测线圈,第二磁场探测线圈,两相同步电流源,控制单元和相位检测器;所述两极电磁铁包括:电磁铁铁轭,第一电磁铁线圈和第二电磁铁线圈,所述电磁铁铁轭的长边平行于X轴且短边平行于Z轴设置;所述第一电磁铁线圈和所述第二电磁铁线圈分别绕制在电磁铁铁轭的两个磁极上,且其位置关于YZ平面对称;所述螺线管线圈的轴线垂直于两极电磁铁平面,且所述螺线管线圈放置于两极电磁铁磁路的气隙中,螺线管线圈中心和气隙中心重合;所述第一磁场探测线圈放置于所述螺线管线圈内壁上,其轴线位于X轴上;所述第二磁场探测线圈放置于所述螺线管线圈的中心部位,其轴线位于Y轴上;所述两相同步电流源中A相输出依次经过相位检测器,第二电磁铁线圈和第一电磁铁线圈形成第一回路,第一回路用于给第二电磁铁线圈和第一电磁铁线圈提供第一电流;两相同步电流源中B相输出依次经过相位检测器和螺线管线圈形成第二回路,第二回路用于给螺线管线圈提供第二电流;其中第一电流与第二电流相位相差90度;所述控制单元的相位信息输入端与所述相位检测器连接,控制单元的第一感应电压输入端与第一磁场探测线圈连接,控制单元的第二感应电压输入端与第二磁场探测线圈连接,控制单元的输出端与两相同步电流源的控制端连接;控制单元用于根据相位检测器获取的电流相位差、第一磁场探测线圈获得的第一感应电压和第二磁场探测线圈获得的第二感应电压进行处理获得用于调节两相同步电流源中A相和B相的电流相位和幅值大小的控制信号;其中,坐标系是标准的右手空间直角坐标系,电磁铁铁轭气隙的中心作为原点,电磁铁铁轭的长边方向作为X轴方向,螺线管线圈的中轴线作为Y轴,电磁铁铁轭的短边方向作为Z轴方向。...

【技术特征摘要】
1.一种交变磁场发生装置,其特征在于,包括:两极电磁铁,螺线管线圈,第一磁场探测线圈,第二磁场探测线圈,两相同步电流源,控制单元和相位检测器;所述两极电磁铁包括:电磁铁铁轭,第一电磁铁线圈和第二电磁铁线圈,所述电磁铁铁轭的长边平行于X轴且短边平行于Z轴设置;所述第一电磁铁线圈和所述第二电磁铁线圈分别绕制在电磁铁铁轭的两个磁极上,且其位置关于YZ平面对称;所述螺线管线圈的轴线垂直于两极电磁铁平面,且所述螺线管线圈放置于两极电磁铁磁路的气隙中,螺线管线圈中心和气隙中心重合;所述第一磁场探测线圈放置于所述螺线管线圈内壁上,其轴线位于X轴上;所述第二磁场探测线圈放置于所述螺线管线圈的中心部位,其轴线位于Y轴上;所述两相同步电流源中A相输出依次经过相位检测器,第二电磁铁线圈和第一电磁铁线圈形成第一回路,第一回路用于给第二电磁铁线圈和第一电磁铁线圈提供第一电流;两相同步电流源中B相输出依次经过相位检测器和螺线管线圈形成第二回路,第二回路用于给螺线管线圈提供第二电流;其中第一电流与第二电流相位相差90度;所述控制单元的相位信息输入端与所述相位检测器连接,控制单元的第一感应电压输入端与第一磁场探测线圈连接,控制单元的第二感应电压输入端与第二磁场探测线圈连接,控制单元的输出端与两相同步电流源的控制端连接;控制单元用于根据相位检测器获取的电流相位差、第一磁场探...

【专利技术属性】
技术研发人员:韩小涛张绍哲曹全梁胡啸宇王桢李亮
申请(专利权)人:华中科技大学
类型:新型
国别省市:湖北,42

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