螺线管线圈及其制造方法和包括螺线管线圈的磁测量设备技术

本发明专利技术涉及螺线管线圈及其制造方法和包括螺线管线圈的磁测量设备。根据一实施例，一种螺线管线圈可包括多个线圈匝，所述多个线圈匝在所述螺线管线圈的轴线方向上是均匀绕制的。在从所述螺线管线圈的轴线的中心朝向两端的方向上，所述螺线管线圈的直径逐渐减小。优选地，在经过所述螺线管线圈的轴线的横截面中，所述螺线管线圈具有关于所述螺线管线圈的轴线对称的抛物线形状。所述螺线管线圈能够在其内部空间中提供均匀的磁场，从而满足各种磁测量应用的需要。

【技术实现步骤摘要】
螺线管线圈及其制造方法和包括螺线管线圈的磁测量设备
本专利技术总体上涉及磁场测量
，更特别地，涉及一种能产生均匀磁场的螺线管线圈及其制造方法、以及包括该螺线管线圈的磁测量设备。
技术介绍
诸如磁力仪、核磁共振陀螺仪之类的磁测量设备通常包括产生均匀磁场的装置，例如用于抵销环境磁场，或者用于平衡并且由此确定待测磁场。常见的用于产生均匀磁场的装置包括螺线管线圈和赫姆霍兹线圈等。赫姆霍兹线圈包括两个半径为R的同轴圆形线圈，两个线圈之间的轴向距离h设置为与半径R相等，由此在两个线圈的轴向中心位置处产生不均匀程度极小化的磁场，即轴向磁场的二阶倒数为零。然而，赫姆霍兹线圈需要制作骨架以将两个线圈相对固定到预定位置，因此制作工艺复杂，而且较难以小型化。此外，赫姆霍兹线圈产生预定磁场所需的电流大小比螺线管线圈更大，能量效率不高。因此，对于一些体积较小、量程较大的磁测量应用而言，赫姆霍兹线圈不是最佳选择。螺线管线圈绕制简单，可以不使用骨架，而且可以容易地绕制较小的线圈，因此可以广泛应用于各种规格的磁测量设备中。理论上，当螺线管线圈为无限长时，在螺线管线圈内部产生的磁场是均匀的。然而，当螺线管线圈具有有限的长度L时，如图1所示，磁力线11在螺线管10两端发散，导致内部的磁场变得不均匀。因此，如何提高螺线管线圈内部磁场的均匀性，是一个一直被研究的课题。题为“一种不等间距螺线管”的专利技术专利申请201811304808.3公开了一种螺线管线圈，其通过从线圈两端朝向中心逐渐增加相邻线圈之间的间距，来补偿线圈两端的磁场强度，提高磁场均匀性。题为“一种磁力仪测量范围与梯度容限指标测量装置”的专利技术专利申请201910465922.2公开了另一种螺线管线圈，其通过在螺线管线圈的两端位置处在线圈外围附加地绕制多个补偿线圈，来补偿螺线管两端的磁场强度，提高磁场均匀性。然而，这些方法都需要精确地控制线圈绕制过程以将线圈匝绕制在预定位置，施工难度大，绕线时的工艺偏差可能导致实际产生的磁场的均匀度不能达到设计要求。
技术实现思路
本专利技术的一个方面在于提供一种螺线管线圈，其可包括多个线圈匝，所述多个线圈匝在所述螺线管线圈的轴线方向上是均匀绕制的。在从所述螺线管线圈的轴线的中心朝向两端的方向上，所述螺线管线圈的直径逐渐减小。在经过所述螺线管线圈的轴线的横截面中，所述螺线管线圈可具有关于所述螺线管线圈的轴线对称的抛物线形状。所述抛物线形状可满足公式其中L是螺线管线圈的长度，γ是螺线管线圈的长度L与中心位置处的最大直径D之间的比值，x是在所述螺线管线圈的轴线方向上，离所述轴线的中心的距离，a是二次项系数。所述二次项系数a的取值范围可以为优选地，所述二次项系数a的取值约为所述螺线管线圈还可包括骨架，所述骨架可具有中空结构，所述多个线圈匝均匀绕制在所述骨架上。在经过所述螺线管线圈的轴线的横截面中，所述骨架可具有所述抛物线形状。本专利技术的一个方面在于提供一种制造螺线管线圈的方法，包括：制造骨架，在与所述骨架的轴线垂直的横截面中，所述骨架具有圆形形状，在从所述骨架的轴线的中心朝向两端的方向上，所述骨架的直径逐渐减小；以及在所述骨架上绕制多个线圈匝，在沿所述骨架的轴线的方向上，所述多个线圈匝是均匀绕制的。在经过所述轴线的横截面中，所述骨架的外表面可具有关于所述轴线对称的抛物线形状。所述抛物线形状可满足公式其中L是所述骨架的长度，γ是所述骨架的长度L与中心位置处的最大直径D之间的比值，x是在所述骨架的轴线方向上，离所述轴线的中心的距离，a是二次项系数。所述二次项系数a的取值范围可以为优选地，所述二次项系数a的取值约为所述方法还可包括在绕制了所述多个线圈匝之后，去除所述骨架。本专利技术的一个方面在于提供一种磁测量设备，其包括上面描述的任意一种螺线管线圈。附图说明图1示出现有技术的螺线管线圈。图2示出根据本专利技术一示例性实施例的螺线管线圈。图3是示出螺线管线圈的抛物线形状的二次项系数取值范围的曲线图。图4示出根据本专利技术另一示例性实施例的螺线管线圈。图5是示出根据本专利技术一示例性实施例的制造螺线管线圈的方法的流程图。图6示出了根据本专利技术实施例的螺线管线圈与现有技术的螺线管线圈内部空间中磁场均匀度的对比。具体实施方式下面将参照附图描述本专利技术的示例性实施方式。图2示出根据本专利技术一示例性实施例的螺线管线圈100，其包括多个线圈匝110。如图2所示，在从螺线管线圈100的轴线X轴的中心O点朝向两端的方向上，螺线管线圈100的直径逐渐减小。图2示出了在X-Y平面中螺线管线圈100的横截面图，其中X轴是螺线管线圈100的中心轴线，Y轴是经X轴上的螺线管中心O点的垂直轴。在X轴方向上，多个线圈匝110可以是均匀绕制的。虽然图2示出了密集绕制的一层线圈匝110，但是多个线圈匝110也可以均匀间隔开地绕制，或者可以绕制多层线圈匝110。在图2的横截面图中容易看出，螺线管线圈100的直径从中心点O处朝向两端逐渐减小。虽然未示出，但是在与X轴垂直的横截面中，螺线管线圈100可具有圆形形状。螺线管线圈100可具有长度L，对应在X轴上的取值为从-L/2到+L/2。螺线管线圈100在中心O点处具有最大直径D，由此可以确定螺线管线圈100的纵横比γ＝L/D。当朝向两端螺线管线圈100的直径减小时，可以补偿由于在两端由于磁力线发散而引起的不均匀，从而显著提高螺线管线圈100内的磁场均匀性。优选地，在经过X轴的横截面(即X-Y平面)中，如图2所示，螺线管线圈100可以具有关于X轴上下对称的抛物线形状。在图2中，为了清楚地示出该抛物线形状，在线圈匝110的上下两侧示出了与线圈匝110的形状对应的虚线，其仅用于显示线圈匝110的抛物线形状，而非包括在螺线管线圈100中的特定结构。在图2所示的X-Y平面坐标系中，螺线管线圈100的抛物线形状可用如下公式(1)表示：其中，L是螺线管线圈100的长度，γ是螺线管线圈的长度L与中心位置O处的最大直径D之间的比值，x是在螺线管线圈100的X轴线方向上，离中心位置O的距离，a是二次项系数，Y是线圈匝110在Y轴上的位置，即|Y|为x位置处线圈匝110的半径。对于一些磁测量应用而言，螺线管线圈长度L和最大直径D可能是预定的。此时，通过优化二次项系数a的取值，能够调节螺线管线圈100的形状，从而改善螺线管线圈100内部空间中的磁场均匀性。图3示出二次项系数a的优化范围。如图3所示，二次项系数a的取值范围可由下面的公式(2)表示：优选地，二次项系数a的取值可以大约为图4示出根据本专利技术另一示例性实施例的螺线管线圈200，与图2所示的螺线管线圈100类似，螺线管线圈200也可以包括多个线圈匝110，并且在从螺线管线圈200的轴线X轴的中心O点朝向两端的方向上，螺线管线圈200的直径逐渐减小。螺线管线圈200还可以具有螺线管线圈100的其它特征。螺线管线圈200本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺线管线圈，包括多个线圈匝，其中：/n所述多个线圈匝在所述螺线管线圈的轴线方向上是均匀绕制的；/n在从所述螺线管线圈的轴线的中心朝向两端的方向上，所述螺线管线圈的直径逐渐减小。/n

【技术特征摘要】
1.一种螺线管线圈，包括多个线圈匝，其中：
所述多个线圈匝在所述螺线管线圈的轴线方向上是均匀绕制的；
在从所述螺线管线圈的轴线的中心朝向两端的方向上，所述螺线管线圈的直径逐渐减小。


2.如权利要求1所述的螺线管线圈，其中，在经过所述螺线管线圈的轴线的横截面中，所述螺线管线圈具有关于所述螺线管线圈的轴线对称的抛物线形状。


3.如权利要求2所述的螺线管线圈，其中，所述抛物线形状满足如下公式：



其中，L是螺线管线圈的长度，γ是螺线管线圈的长度L与中心位置处的最大直径D之间的比值，x是在所述螺线管线圈的轴线方向上，离所述轴线的中心的距离，a是二次项系数。


4.如权利要求3所述的螺线管线圈，其中，所述二次项系数a的取值范围为：

优选地，所述二次项系数a的取值约为


5.如权利要求2所述的螺线管线圈，还包括骨架，所述骨架具有中空结构，所述多个线圈匝均匀绕制在所述骨架上，在经过所述螺线管线圈的轴线的横截面中，所述骨架具有所述抛物线形...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海生，陆俊，
申请(专利权)人：北京海澳达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11