一种补偿式亥姆赫兹线圈磁场制造技术

本发明专利技术公开了一种补偿式亥姆赫兹线圈磁场，包括以下步骤：S1：在标准的亥姆赫兹线圈的中间增加一个和主线圈参数相同的补偿线圈，三个线圈之间的轴向距离等于线圈半径，S2：建立补偿式亥姆赫兹线圈的空间磁场数学模型，研究补偿式亥姆赫兹线圈的磁场分布规律，优化主线圈与补偿线圈的电流比值，确定补偿式亥姆赫兹线圈的物理参数，可以得到补偿式线圈的有效均匀磁场最大的空间大小。该补偿式亥姆赫兹线圈磁场，在补偿式亥姆赫兹线圈的磁场模型中，相比于标准亥姆赫兹线圈有效均匀磁场空间增加了80％。补偿式亥姆赫兹线圈具有有效磁场均匀度高，有效面积大，磁场强度与电流强度等比例增加的优点，能够满足对均匀磁场的空间大小要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种补偿式亥姆赫兹线圈磁场


[0001]本专利技术涉及补偿式亥姆赫兹线圈磁场
，具体为一种补偿式亥姆赫兹线圈磁场。

技术介绍

[0002]亥姆赫兹线圈是产生均匀磁场的常用装置。标准亥姆赫兹线圈是由一对匝数相同、半径相同、轴向距离等于线圈半径且同轴平行放置的线圈组成，提供在两线圈范围内的均匀磁场。
[0003]这种现有技术方案在使用时还存在以下缺陷：标准亥姆赫兹线圈产生的有效均匀磁场的空间大小利用率低，不能满足大尺寸范围内的均匀磁场要求。螺线管采用导线进行绕制圆柱区域，在圆柱区域构建均匀磁场。但螺线管产生的可控均匀磁场均匀度小，范围有限且加工难度高。在固定的尺寸范围内，如何产生大尺寸范围内的均匀磁场是问题的关键。
[0004]所以需要针对上述问题进行改进，来满足市场需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种补偿式亥姆赫兹线圈磁场，以解决上述
技术介绍
中提出标准亥姆赫兹线圈产生的有效均匀磁场的空间大小利用率低，不能满足大尺寸范围内的均匀磁场要求。螺线管采用导线进行绕制圆柱区域，在圆柱区域构建均匀磁场。但螺线管产生的可控均匀磁场均匀度小，范围有限且加工难度高。在固定的尺寸范围内，如何产生大尺寸范围内的均匀磁场是问题的关键的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种补偿式亥姆赫兹线圈磁场，包括以下步骤：
[0007]S1：在标准的亥姆赫兹线圈的中间增加一个和主线圈参数相同的补偿线圈，三个线圈之间的轴向距离等于线圈半径；
[0008]S2：建立补偿式亥姆赫兹线圈的空间磁场数学模型，研究补偿式亥姆赫兹线圈的磁场分布规律，优化主线圈与补偿线圈的电流比值，确定补偿式亥姆赫兹线圈的物理参数，可以得到补偿式线圈的有效均匀磁场最大的空间大小；
[0009]S3：补偿式亥姆赫兹线圈是在标准亥姆赫兹线圈的基础上，将原来的间距增大两个线圈之间的轴向距离2R，增加一个半径和匝数与主线圈相同的补偿线圈，且补偿线圈与主线圈之间的距离等于线圈的半径R，以中心线圈中心为坐标原点，以线圈轴向方向为y轴，以线圈竖直方向为Z轴方向，以线圈垂直方向为X轴方向，空间中存在一点P，点P到三线圈的方向向量为点P与三个线圈的竖直方向的夹角为(θ1，θ2，θ3)，且θ1＝θ2＝θ3，空间点p在空间中的坐标为(r
x
，x，r
z
)，线圈大小为R；
[0010]S4：补偿式亥姆赫兹线圈在P点处产生的磁场由两个主线圈和补偿线圈在此处产生的磁场叠加而成，该磁场可通过公式计算得出，当补偿式亥姆赫兹线圈的尺寸参数(R，L，N)一定，主线圈与补线圈的电流同时增大n(n为任意数)倍时，空间中任一点的磁感应强度
也会增大n倍；
[0011]S5：计算不同主副线圈电流比最优化值，采取不同的k值计算在主线圈在不同比例电流的时候，取得磁场均匀度为5％的最大区域矩形面积；
[0012]S6：在保证磁感强度误差5％以内时，有效均匀磁场面积随主线圈电流与补偿线圈电流的比值的增大而先增大后减小，在比值为1.56时，取得最大值，占的轴向线圈面积最大，在固定硬件的条件下，其有效面积不随电流变化而变化，也同时证明了补偿式亥姆赫兹线圈尺寸固定的情况下，磁场强度与电流大小成正比。
[0013]优选的，所述主线圈和所述副线圈的电流比为I1∶I2＝1.56。
[0014]优选的，所述主副线圈的半径为R，主副线圈的间隔为R。
[0015]优选的，所述线圈的匝数设置为n，线圈的磁场为B
o
，且，且
[0016]优选的，所述步骤S3以y轴、Z轴和X轴设置三维空间，单线圈的磁场强度为(B
x
，B
y
，B
z
)，通过毕奥
‑
萨伐尔定律知计算磁场强度的萨伐尔定律知计算磁场强度的即可计算出单线圈的磁场强度。
[0017]优选的，所述单线圈的圆心设置为坐标原点，μ0为真空中的磁导率，I为电流，为电流源单位向量，为空间点p到电流源的方向向量，r0为P点到电流源的距离，线圈匝数为n，R为线圈大小，r
z
为空间点到线圈轴向的距离，θ为空间点与线圈竖直方向的夹角，x为空间点p到线圈中心的距离。
[0018]优选的，所述步骤S4中公式为
[0019][0020]优选的，所述步骤S4公式中μ0为真空中的磁导率，I为电流，N为线圈匝数，r
z
为P点到线圈轴向的距离，R为线圈大小，θ为空间点与线圈竖直方向的夹角，x为空间点p到线圈中心的距离，k为主副线圈的比例系数。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：补偿式亥姆赫兹线圈是在标准的亥姆赫兹线圈的中间增加一个和主线圈参数相同的补偿线圈，三个线圈之间的轴向距离等于线圈半径，在补偿式亥姆赫兹线圈的磁场模型中，主线圈与补偿线圈的电流比值固定的条件下，空间中任一点的磁感应强度与电流大小成正比，计算补偿式亥姆赫兹线圈的磁场分布情况，优化主线圈与补偿线圈的电流比值，得到空间最大的有效均匀磁场，当且仅当主线圈与补偿线圈的电流比值为1.56时，有效均匀磁场的空间最大，相比于标准亥姆赫兹线圈有效均匀磁场空间增加了80％，补偿式亥姆赫兹线圈具有有效磁场均匀度高，有效面积大，磁场强度与电流强度等比例增加的优点，能够满足对均匀磁场的空间大小要求，从而保证了在大尺寸磁场的环境下，磁场的均匀分布。
附图说明
[0022]图1为本专利技术技术流程示意图；
[0023]图2为本专利技术单线圈磁场模型图示意图；
[0024]图3为本专利技术补偿式亥姆赫兹线圈磁场模型示意图；
[0025]图4为本专利技术补偿式亥姆赫兹线圈磁场三维示意图；
[0026]图5为本专利技术仿真磁场的面积计算图(左)和磁场形状(右)示意图；
[0027]图6为本专利技术补偿式亥姆赫兹线圈磁场强度示意图；
[0028]图7为本专利技术磁场强度和电流大小图形示意图。
具体实施方式
[0029]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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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围。
[0030]请参阅图1
‑
7，本专利技术提供一种技术方案：一种补偿式亥姆赫兹线圈磁场，包括以下步骤：
[0031]S1：在标准的亥姆赫兹线圈的中间增加一个和主线圈参数相同的补偿线圈，三个线圈之间的轴向距离等于线圈半径，主线圈和副线圈的电流比为I1∶I2＝1.56，主副线圈的半径为R，主副线圈的间隔为R，线圈的匝数设置为n，线圈的磁场为B
o
，且
[0032]S2：建立补偿式亥姆赫兹线圈的空间磁场数学模型，研究补偿式亥姆赫兹线圈的磁场分布规律，优化主线圈与补偿线圈的电流比值，确定补本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种补偿式亥姆赫兹线圈磁场，其特征在于，包括以下步骤：S1：在标准的亥姆赫兹线圈的中间增加一个和主线圈参数相同的补偿线圈，三个线圈之间的轴向距离等于线圈半径；S2：建立补偿式亥姆赫兹线圈的空间磁场数学模型，研究补偿式亥姆赫兹线圈的磁场分布规律，优化主线圈与补偿线圈的电流比值，确定补偿式亥姆赫兹线圈的物理参数，可以得到补偿式线圈的有效均匀磁场最大的空间大小；S3：补偿式亥姆赫兹线圈是在标准亥姆赫兹线圈的基础上，将原来的间距增大两个线圈之间的轴向距离2R，增加一个半径和匝数与主线圈相同的补偿线圈，且补偿线圈与主线圈之间的距离等于线圈的半径R，以中心线圈中心为坐标原点，以线圈轴向方向为y轴，以线圈竖直方向为Z轴方向，以线圈垂直方向为X轴方向，空间中存在一点P，点P到三线圈的方向向量为点P与三个线圈的竖直方向的夹角为(θ1,θ2,θ3)，且θ1＝θ2＝θ3，空间点p在空间中的坐标为(r
x
,x,r
z
)，线圈大小为R；S4：补偿式亥姆赫兹线圈在P点处产生的磁场由两个主线圈和补偿线圈在此处产生的磁场叠加而成，该磁场可通过公式计算得出，当补偿式亥姆赫兹线圈的尺寸参数(R,L,N)一定，主线圈与补线圈的电流同时增大n(n为任意数)倍时，空间中任一点的磁感应强度也会增大n倍；S5：计算不同主副线圈电流比最优化值，采取不同的k值计算在主线圈在不同比例电流的时候，取得磁场均匀度为5％的最大区域矩形面积；S6：在保证磁感强度误差5％以内时，有效均匀磁场面积随主线圈电流与补偿线圈电流的比值的增大而先增大后减小，在比值为1.56时，取得最大值，占的轴向线圈面积最大，在固定硬件的条件下，其有效面积不随电流变化而变化，也同时证明了补偿式亥姆...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊庆文，魏全，裴宏亮，孙峰辉，
申请(专利权)人：四川大学华西医院，
类型：发明
国别省市：