一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法技术

本发明专利技术提供了一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法：绕制线圈的圆盘被等分为偶数个过圆心的扇形区域，顺时针排列为扇形区域1至扇形区域N；每匝线圈被分成N‑1个分数子匝，每个分数子匝缠绕一个扇形区域，相邻两个扇形区域的分数子匝的缠绕方向相反，扇形区域N空出；扇形区域1至N‑1缠绕分数子匝的子匝系数比值为

An asymmetric fractional turn winding method for measuring alternating magnetic field

【技术实现步骤摘要】
一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法
本专利技术涉及测量
，特别涉及一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法。
技术介绍
随着科学技术的飞速发展,当今科学计算可视化的研究内容为重点研究三维矢量场的测量。目前非均匀三维矢量场测量的方法为将矢量场转化为标量或张量进行输出，而矢量场的方位信息很难准确的表示出来，导致对非均匀三维矢量场的评估不准确。同三维标量场相比,非均匀三维矢量场的测量更具挑战性。与此同时，非均匀三维矢量场的测量仪器设备发展还不完善，因此研发非均匀三维矢量场的探测仪器及成像技术已成为研究趋势。在地质勘探领域中，随着技术的发展，传统的勘探方法不能满足对地质勘探的需要，地质勘探中的前探测技术的应用越来越广泛。一类前方探测的传感器可超前探测地层信息，能实现对超前地层的评价，但由于目前的前探测传感器对地层边界的探测性能不好，当仪器在地层内移动时，由于背景信号的干扰，不能准确接收地层边界的反射信号，在地质导向和地层评价方面出现严重的误判，不能有效探测地层边界的位置和大小。因此需要研发一种能实现远距离探测地层界面距离、方位的天线结构。因此，现有技术中迫切地需要一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法，该方法涉及矢量磁场的测量领域，也用于地质勘探领域快速求解层界面的方向及距离等方面。
技术实现思路
（一）专利技术目的为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，本专利技术提供了一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法，能够实现空间中磁场的测量处理；能够用于矢量磁场的测量领域，以及用于地质勘探领域快速求解层界面的方向及距离等方面。（二）技术方案作为本专利技术的第一方面，本专利技术公开了一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法，包括：绕制线圈的圆盘被等分为偶数个过圆心的扇形区域，且顺时针排列为所述扇形区域1至所述扇形区域N；N≥4；基于所述扇形区域，每匝线圈被分成N-1个分数子匝，每个所述分数子匝缠绕一个所述扇形区域，相邻两个所述扇形区域的所述分数子匝的缠绕方向相反，此时，所述扇形区域N空出；基于所述分数子匝，所述扇形区域1至N-1缠绕所述分数子匝的子匝系数比值满足：且其中，N为扇形区域个数；Ji为所述扇形区域i所对应的子匝系数；基于所述分数子匝，每个所述分数子匝包含周向圆弧部分和径向直线部分，所述周向圆弧部分缠绕扇形区域圆周部分，所述径向直线部分缠绕所述扇形区域过圆心的径向切面部分；基于上述缠绕方法缠绕的不对称分数匝线圈，通过旋转线圈依据感应电动势的大小和旋转角度来判断磁场的大小和方向。一种可能的实施方式中，在缠绕多组线圈的情况下，所述扇形区域1至N-1的所述分数子匝缠绕导线的间距之比为所述扇形区域1至N-1缠绕的所述子匝系数的倒数之比。一种可能的实施方式中，规定所述扇形区域N/2的缠绕方向为正向，并且所述正向是顺时针或逆时针方向。对于任意所述扇形区域i，其缠绕方向为；其中，所述方向为-1表示与所述扇形区域N/2的缠绕方向相反，所述方向为1表示与所述扇形区域N/2的缠绕方向相同，缠绕方式结果表现为所述相邻两个所述扇形区域的所述分数子匝的缠绕方向相反。一种可能的实施方式中，对于缠绕M匝的线圈，其各个所述扇形区域缠绕方式为单独一次性缠绕法。一种可能的实施方式中，所述单独一次性缠绕法即为对于任意的所述扇形区域i，其缠绕分数子匝数为，其中M为放大倍数，通过所述扇形区域的所述径向直线部分和所述周向圆弧部分走线实现一次性缠绕完成。一种可能的实施方式中，所述扇形区域N/2所对应的所述子匝系数所占的权重大于其他所述扇形区域的所述子匝系数所占的权重。一种可能的实施方式中，基于所述不对称分数匝线圈，通过旋转线圈依据感应电动势的大小和旋转角度来判断磁场的大小和方向，具体为：步骤1：将所述不对称分数匝线圈置于所述磁场中，将所述线圈所在位置的磁场近似看作是个方向相同场强大小不同的矢量场；步骤2：旋转所述线圈一周，依据所述线圈的所述感应电动势的幅值判断所述矢量场的场强大小；步骤3：依据所述线圈的所述旋转角度及所述感应电动势的幅值变化判断所述矢量场的方向。一种可能的实施方式中，在步骤2中，所述不对称分数匝线圈在旋转过程中形成多个峰值。一种可能的实施方式中，在步骤2中，由于所述扇形区域N/2所对应的所述子匝系数权重最大，其产生的所述感应电动势贡献最大，若所述峰值最大，则表示所述扇形区域N/2所在位置所述场强最大，若所述峰值最小，则表示所述扇形区域N/2所在位置所述场强最小；其余峰值介于最大值和最小值之间，对应的为所述扇形区域N/2所在位置的所述场强处于最大值和最小值之间。一种可能的实施方式中，在步骤3中，通过步骤2给出的旋转过程中每个位置所对应的所述场强大小绘制电力线，从而依据所述电力线的方向得到所述磁场的方向。（三）有益效果本专利技术提供的一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法，与现有技术相比，依据所述的缠绕方法得到的线圈模型可实现对磁场的测量，进而采用多个线圈模型实现三维矢量磁场的测量，并实现复杂三维矢量磁场的成像；在地质勘探领域，可以有效消除发射线圈的直耦电动势，使得接收线圈接收的信号全部来自层界面的反射波，并通过接收信号的幅值和相角有效识别层界面的位置；依据缠绕线圈的不对称模型，通过转动线圈依据感应电动势的峰值变化实现对层界面方位的测量；随着层界面距离变远，层界面反射信号变弱，由于发射线圈的直耦信号完全消除，接收线圈仅能有效接收到层界面反射的信号，以此实现接收线圈远距离探测地层界面位置及判断层界面的方位信息，使得在复杂地层中能够完成地质导向和地层评价的任务。附图说明以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本专利技术，而不能理解为对本专利技术的保护范围的限制。图1是本专利技术提供的一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法的流程图。图2是本专利技术提供的一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法的不对称分数匝线圈（N=4）缠绕完成的模型的结构示意图。图3是本专利技术提供的一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法的不对称分数匝线圈（N=6）缠绕完成的模型的结构示意图。图4是本专利技术提供的一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法的磁场大小和方向的原理图。图5是本专利技术提供的一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法的电力线图。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法，其特征在于，包括：/n绕制线圈的圆盘被等分为偶数个过圆心的扇形区域，且顺时针排列为所述扇形区域1至所述扇形区域N；N≥4；/n基于所述扇形区域，每匝线圈被分成N-1个分数子匝，每个所述分数子匝缠绕一个所述扇形区域，相邻两个所述扇形区域的所述分数子匝的缠绕方向相反，此时，所述扇形区域N空出；/n基于所述分数子匝，所述扇形区域1至N-1缠绕所述分数子匝的子匝系数比值满足：/n

【技术特征摘要】
1.一种测量交变磁场的不对称分数匝线圈缠绕方法，其特征在于，包括：
绕制线圈的圆盘被等分为偶数个过圆心的扇形区域，且顺时针排列为所述扇形区域1至所述扇形区域N；N≥4；
基于所述扇形区域，每匝线圈被分成N-1个分数子匝，每个所述分数子匝缠绕一个所述扇形区域，相邻两个所述扇形区域的所述分数子匝的缠绕方向相反，此时，所述扇形区域N空出；
基于所述分数子匝，所述扇形区域1至N-1缠绕所述分数子匝的子匝系数比值满足：

且
其中，N为扇形区域个数；Ji为所述扇形区域i所对应的子匝系数；
基于所述分数子匝，每个所述分数子匝包含周向圆弧部分和径向直线部分，所述周向圆弧部分缠绕扇形区域圆周部分，所述径向直线部分缠绕所述扇形区域过圆心的径向切面部分；
基于上述缠绕方法缠绕的不对称分数匝线圈，通过旋转线圈依据感应电动势的大小和旋转角度来判断磁场的大小和方向。


2.根据权利要求1所述的不对称分数匝线圈缠绕方法,其特征在于，在缠绕多组线圈的情况下，所述扇形区域1至N-1的所述分数子匝缠绕导线的间距之比为所述扇形区域1至N-1缠绕的所述子匝系数的倒数之比。


3.根据权利要求1所述的不对称分数匝线圈缠绕方法，其特征在于，规定所述扇形区域N/2的缠绕方向为正向，并且所述正向是顺时针或逆时针方向；对于任意所述扇形区域i，其缠绕方向为；其中，所述方向为-1表示与所述扇形区域N/2的缠绕方向相反，所述方向为1表示与所述扇形区域N/2的缠绕方向相同，缠绕方式结果表现为所述相邻两个所述扇形区域的所述分数子匝的缠绕方向相反。


4.根据权利要求1所述的不对称分数匝线圈缠绕方法，其特征在于，对于缠绕M匝的线圈，其各个所述扇形区域缠绕方式为单独一次性缠绕法。


5.根据权利要求4所述的不对称分数匝线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐章宏，许月晨，王芬，
申请(专利权)人：北京唯智佳辰科技发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11