一种磁场纹波测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种磁场纹波测量方法及装置，其包括：感应探头和后继电子学系统；所述感应探头放置于待测磁场中，其采用具有中间抽头的感应线圈，且所述中间抽头两侧的感应线圈缠绕方向一致，当以所述中间抽头为测量基准时，待测磁场的纹波产生的感应电动势在所述感应线圈两端大小相等、极性相反，构成差分信号通过所述感应探头的差分信号端输出到所述后继电子学系统；所述后继电子学系统用于对所述差分信号进行差分放大、积分处理后得到与待测磁场纹波频率无关、正比于纹波幅度的输出信号。本发明专利技术可以广泛应用于各类大型磁场设备(如粒子加速器系统中的电磁铁)磁场纹波的测量领域。加速器系统中的电磁铁)磁场纹波的测量领域。加速器系统中的电磁铁)磁场纹波的测量领域。

A method and device for measuring magnetic field ripple

The invention relates to a magnetic field ripple measurement method and device, which comprises: an induction probe and a subsequent electronics system; The induction probe is placed in the magnetic field to be measured, which adopts an induction coil with an intermediate tap, and the winding direction of the induction coils on both sides of the intermediate tap is consistent. When the intermediate tap is taken as the measurement benchmark, the induced electromotive force generated by the ripple of the magnetic field to be measured is equal in size and opposite in polarity at both ends of the induction coil, forming a differential signal, which is output to the subsequent electronics system through the differential signal end of the induction probe; The subsequent electronics system is used to perform differential amplification and integral processing on the differential signal to obtain an output signal independent of the ripple frequency of the magnetic field to be measured and proportional to the ripple amplitude. The invention can be widely used in the field of magnetic field ripple measurement of various large magnetic field equipment (such as electromagnet in particle accelerator system). Electromagnet in accelerator system) magnetic field ripple measurement field. Electromagnet in accelerator system) magnetic field ripple measurement field< br/>

【技术实现步骤摘要】
一种磁场纹波测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种高精度磁场纹波测量方法及装置，可以应用于各类大型磁场设备(如粒子加速器系统中的电磁铁)磁场纹波的测量，属于磁场测量


技术介绍

[0002]对于大型加速器装置，例如欧洲的大型强子对撞机、德国重离子研究中心的重离子加速器、兰州重离子加速器、以及正在建设中的强流重离子加速器等，束流轨道的稳定性是这些装置运行水平的重要指标。在影响束流轨道稳定性的诸多因素中，磁场纹波的影响尤为突出。磁场纹波会引起束流轨道抖动，从而影响依托于其的加速器装置的实验精度。
[0003]通常，电磁铁产生的稳恒磁场，总是难以避免地包含一系列频率的纹波成份。可用随时间变化的磁感应强度B(t)表征：其中B0是磁感应强度的稳定值，也是平均值；ω是纹波的某一频率，a
ω
是该频率纹波的幅度，是该频率纹波的相位，t是时间。一般说来，电磁铁磁场纹波的频率从一赫兹以下到几十千赫兹，而且，低频成份幅度较大，对束流轨道的影响也最为显著。对磁场纹波进行测量，提取其幅值、频谱和相位信息，是抑制磁场纹波、提高束流轨道稳定性的先决条件。
[0004]目前，测量磁场参数的方法主要有霍尔效应法、核磁共振法、感应线圈法等。
[0005]霍尔效应法和核磁共振法可以直接获得磁感应强度。然而，此类方法速度慢，只能给出一段时间内(零点几秒到几秒)磁场的平均值。虽然可以给出磁场在长时间下的缓慢漂移，但无法给出快速变化的磁场纹波。
[0006]感应线圈法的物理基础是楞次定律，获得的是变化磁场激发的电动势，对应的是磁感应强度随时间的变化率，即而不是磁场纹波本身。该方法测量结果与磁场纹波的频率相关，对幅度相同、频率不同的纹波，其输出幅度是不同的。对于包含多种复杂未知频率成份、或随时间变化的多种未知频率成份的纹波，该方法的测量结果不直观，不易分析处理，且因其对高频成份过分敏感、对低频成份不灵敏，往往损失低频成份或扭曲其波形。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种磁场纹波测量方法及装置，该方法测量得到的是磁场纹波，即实时磁感应强度值与平均值之差，且测量结果与磁场纹波频率无关，对幅度相同、频率不同的纹波，输出幅度是相同。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种磁场纹波测量装置，其包括：
[0010]感应探头和后继电子学系统；
[0011]所述感应探头放置于待测磁场中，其采用具有中间抽头的感应线圈，且所述中间抽头两侧的感应线圈缠绕方向一致，当以所述中间抽头为测量基准时，待测磁场的纹波产
生的感应电动势在所述感应线圈两端大小相等、极性相反，构成差分信号通过所述感应探头的差分信号端输出到所述后继电子学系统；
[0012]所述后继电子学系统用于对所述差分信号进行差分放大、积分处理后得到与待测磁场纹波频率无关、正比于纹波幅度的输出信号。
[0013]进一步，所述感应探头采用印刷电路板，所述印刷电路板上设置有感应线圈层，所述感应线圈层包括感应线圈、绝缘基板和金属接地边框，所述感应线圈附着在所述绝缘基板上，所述绝缘基板外侧设置所述金属接地边框，且所述金属接地边框与所述感应线圈之间相互绝缘。
[0014]进一步，所述印刷电路板上设置有感应线圈段、绝缘基板和金属接地边框，所述感应线圈段附着在所述绝缘基板上，所述绝缘基板外侧设置所述金属接地边框，且所述金属接地边框与所述感应线圈段之间相互绝缘。
[0015]进一步，所述感应线圈层为一层以上。
[0016]进一步，当设置多层感应线圈层时，奇数层中的感应线圈从外向内以逆/顺时针方向旋进；偶数层中的感应线圈从内向外旋出，且旋出方向需与奇数层中感应线圈的旋进方向相同；第一感应线圈层中感应线圈旋进的结束端与第二感应线圈层中感应线圈旋出的起始端相连，依次类推，且所述第一感应线圈层中感应线圈旋进的初始端和最后一感应线圈层中感应线圈的结束端分别作为所述感应探头的差分信号端
±
ε(t)，所有相连的感应线圈长度的中点作为所述感应探头的中间抽头。
[0017]进一步，所述后继电子学系统包括差分放大模块和积分模块；所述差分放大模块用于对所述感应探头输出的差分信号进行差分放大后，输出到所述积分模块；所述积分模块用于对所述差分放大模块输出的信号进行积分处理，得到与纹波频率无关、正比于纹波幅度的输出信号。
[0018]进一步，所述差分放大模块包括仪表放大器、第一保护电阻、第二保护电阻、第一取样电阻、第二取样电阻、第一高频信号滤除电容、第二高频信号滤除电容、拨档电阻；
[0019]所述仪表放大器的正极输入端上设置有第一保护电阻、第一取样电阻和第一高频信号滤波电容，且所述第一保护电阻的另一端与所述感应探头的差分信号端+ε(t)连接，所述第一取样电阻和第一高频信号滤波电容的另一端接地；
[0020]所述仪表放大器的负极输入端与正极输入端结构对称，其上设置有第二保护电阻、第二取样电阻和第二高频信号滤波电容，且所述第二保护电阻的另一端与所述感应探头的差分信号端
‑
ε(t)连接，所述第二取样电阻和第二高频信号滤波电容的另一端接地；
[0021]所述仪表放大器的增益调节端与所述拨挡电阻相连，用于调节所述仪表放大器的放大倍数；
[0022]所述仪表放大器的输出端作为所述差分放大模块的输出端与所述积分模块连接。
[0023]进一步，所述积分模块包括运算放大器、第一电压
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电流转换电阻、第二电压
‑
电流转换电阻、隔直电容、第一～第四接地保护电阻、积分电阻、积分电容、输出保护电阻；
[0024]所述运算放大器的负极输入端作为所述积分模块的输入端，经所述第一电压
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电流转换电阻、第二电压
‑
电流转换电阻和隔直电容与所述差分放大模块的输出端相连，且所述第一电压
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电流转换电阻和第二电压
‑
电流转换电阻一端还分别经所述第一接地保护电阻和第二接地保护电阻接地；
[0025]所述运算放大器的正极输入端通过所述第三接地保护电阻接地；
[0026]所述运算放大器的输出端与负极输入端之间还设置有若干个并联所述积分电阻和积分电容，且所述运算放大器的输出端经所述输出保护电阻与相关显示设备连接，经所述第四接地保护电阻接地。
[0027]第二方面，本专利技术提供一种磁场纹波测量方法，包括以下步骤：
[0028]设置一磁场纹波测量装置，其包括感应探头、后继电子学系统；
[0029]将所述感应探头的差分信号端与后继电子学系统的两个输入端对应连接，同时将后继电子学系统的输出端与显示设备连接；
[0030]将感应探头放置在待测磁场内，待测磁场的纹波使得感应探头输出差分信号到后继电子学系统；后继电子学系统用于对差分信号进行差分放大、积分处理后得到与待测磁场纹波频率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁场纹波测量装置，其特征在于，包括：感应探头和后继电子学系统；所述感应探头放置于待测磁场中，其采用具有中间抽头的感应线圈，且所述中间抽头两侧的感应线圈缠绕方向一致，所述中间抽头作为测量基准，所述待测磁场的纹波产生的感应电动势在所述感应线圈两端大小相等、极性相反，构成差分信号通过所述感应探头的差分信号端输出到所述后继电子学系统；所述后继电子学系统用于对所述差分信号进行差分放大、积分处理后得到与待测磁场纹波频率无关、正比于纹波幅度的输出信号。2.如权利要求1所述的一种磁场纹波测量装置，其特征在于，所述感应探头采用印刷电路板，所述印刷电路板上设置有感应线圈层，所述感应线圈层包括感应线圈、绝缘基板和金属接地边框，所述感应线圈附着在所述绝缘基板上，所述绝缘基板外侧设置所述金属接地边框，且所述金属接地边框与所述感应线圈之间相互绝缘。3.如权利要求2所述的一种磁场纹波测量装置，其特征在于，所述感应线圈层为一层以上。4.如权利要求3所述的一种磁场纹波测量装置，其特征在于，当设置多层感应线圈层时，奇数层中的感应线圈从外向内以逆/顺时针方向旋进；偶数层中的感应线圈从内向外旋出，且旋出方向需与奇数层中感应线圈的旋进方向相同；第一感应线圈层中感应线圈旋进的结束端与第二感应线圈层中感应线圈旋出的起始端相连，依次类推，且所述第一感应线圈层中感应线圈旋进的初始端和最后一感应线圈层中感应线圈的结束端分别作为所述感应探头的差分信号端
±
ε(t)，所有相连的感应线圈长度的中点作为所述感应探头的中间抽头。5.如权利要求3所述的一种磁场纹波测量装置，其特征在于，所述后继电子学系统包括差分放大模块和积分模块；所述差分放大模块用于对所述感应探头输出的差分信号进行差分放大后，输出到所述积分模块；所述积分模块用于对所述差分放大模块输出的信号进行积分处理，得到与纹波频率无关、正比于纹波幅度的输出信号。6.如权利要求5所述的一种磁场纹波测量装置，其特征在于，所述差分放大模块包括仪表放大器、第一保护电阻、第二保护电阻、第一取样电阻、第二取样电阻、第一高频信号滤除电容、第二高频信号滤除电容、拨档电阻；所述仪表放大器的正极输入端上设置有第一保护电阻、第一取样电阻和第一高频信号滤波电容，且所述第一保护电阻的另一端与所述感应探头的差分信号端+ε(t)连接，所述第一取样电阻和第一高频信号滤波电容的另一端接地；所述仪表放...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯文天，薛迎利，于得洋，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：