[发明专利]一种大截面均匀可调稳定与交变磁场产生装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁通密度连续可调的大面积均匀轴向稳定和交变磁场（包括亚磁场）产生属于磁场产生与控制技术领域，即本发明涉及一种大截面均匀可调稳定与交变亚磁场产生装置及方法。

背景技术

随着载人航天技术的深入和月球与火星计划的发展，作为空间三要素之一的亚磁环境，其和微重力及宇宙辐射一样，都是未来空间探索中人类必须克服的宇宙环境因素。在未来，航天员会长期暴露在亚磁场环境中，可能对宇航员的身心健康带来潜在的危害。亚磁场生物学效应及其机制的研究，将为相关载人航天的空间防护提供理论基础。综合亚磁生物学的发展历史、生物学效应以及空间亚磁环境的客观情况，磁感应强度总量在“0<|B|≤5μT”区间内的弱磁场可定义为亚磁场。

利用磁屏蔽桶，能够在桶内获得大范围的亚磁场环境，但是桶内的亚磁场大小不可调，无法满足对可变磁场的实验要求。

永磁体由于产生的磁场比较稳定，并且不容易产生波动而在现有磁场产生装置中被广泛采用。但是，永磁体的磁场大小比较固定，无法获得连续可调的磁场和交变的磁场。

还有一部分的磁场产生装置使用亥姆霍兹线圈产生磁场，它通过给螺线圈通电来产生磁场，虽然可以实现连续可调的磁场和交变磁场，但产生的均匀磁场范围小，空间利用率低。

可见能够运用于亚磁场生物学效应的研究的磁场产生装置很少，而且构建这种能用于亚磁场生物学效应的难度很大，这是因为：

1、要有一个电磁屏蔽效果很好的屏蔽系统，用来屏蔽外界系统的电磁干扰。利用它构建一个近零磁场环境。

2、为了在有限的屏蔽区域内获得尽量大的均匀磁场，磁场产生装置就要考虑其产生磁场的均匀范围必须越大越好。

3、为了研究生物在各种不同磁场环境下的生物学效应，必须提供连续可调的静态磁场和交变磁场。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术的永磁体磁场大小比较固定，无法获得连续可调的磁场和交变的磁场；亥姆霍兹线圈空间利用率低，无法产生大范围均匀磁场等技术问题，本发明提供了一种大面积均匀可调稳定与交变轴向磁场产生装置及方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种大截面均匀可调稳定与交变亚磁场产生装置，其特征在于，所述的装置包含：圆形上盖2、圆形下盖3、圆柱形外壳4、上磁轭板5、下磁轭板6、圆柱形线圈支架7；

所述圆形上盖2和圆形下盖3分别与圆柱形外壳4的上端口和下端口相连，共同组成一封闭的圆柱形桶；

所述上磁轭板5与圆形上盖2平行，且上磁轭板5与圆形上盖2之间固定若干圆柱形线圈支架7，所述圆柱形线圈支架7用于缠绕螺线圈8；

所述圆形下盖3和下磁轭板6平行，且圆形下盖3和下磁轭板6之间固定若干圆柱形线圈支架7，所述圆柱形线圈支架7用于缠绕螺线圈8；

其中，所述上磁轭板5与下磁轭板6均位于圆柱形桶内，且两者之间相距一定距离；所述上磁轭板5和下磁轭板6与圆柱形外壳4的内壁保持一定距离。

上述若干个圆柱形线圈支架7均匀布放于上磁轭板5或下磁轭板6的圆周上。

上述圆柱形线圈支架7的个数为8，相邻的圆柱形线圈支架7与上磁轭板5或下磁轭板6的中心点的夹角均为45度；

其中，所述圆柱形线圈支架7的直径取值范围为：8mm～9mm。

上述圆柱形线圈支架7的高度可调，进而：

改变上磁轭板5与圆形上盖2之间的间距；或

改变圆形下盖3和下磁轭板6之间的间距。

上述圆柱形外壳4上设置有若干直径为1mm的通气孔，用于开展生物效应实验时通气。

通过螺钉9将圆柱形线圈支架7的两端分别与圆形上盖2和上磁轭板5固定相连；或通过螺钉9将圆柱形线圈支架7的两端分别与圆形下盖3和下磁轭板6固定相连。

当螺线圈8上通过直流电流激励时，将在上磁轭板5和下磁轭板6之间的区域内产生可调的稳定的均匀磁场；或当螺线圈8上通过交流电流激励时，将在上磁轭板5和下磁轭板6之间的区域内产生可调幅调频的交变磁场。

一种用于控制上述装置产生大截面均匀可调稳定与交变亚磁场的方法，所述方法包含：

上位机利用RS232串口对恒流源或者交变电源进行实时控制、利用恒流源或者交变电源给螺线圈8通电；

利用磁场传感器对大面积均匀可调稳定与交变轴向磁场装置产生的磁场进行实时采集并通过RS232串口将采集的数据传输到电脑上；