[发明专利]一种基于铜线圈的全张量磁场梯度测量装置

权利要求书

1.一种基于铜线圈的全张量磁场梯度测量装置，其特征在于，包括：梯度计主体、支撑底座和信号连接接口，其中，

所述梯度计主体用于测量空间内各点的全张量磁场及磁场梯度信息，其中，所述全张量磁场及磁场梯度信息包括：全张量矩阵中的5个独立分量所对应的响应梯度值以及中心点的三个磁场矢量值；

所述支撑底座用于测量空间磁场梯度时需要进行的水平调节操作；

所述信号连接接口用于传递与磁场梯度和中心磁场强度相对应的微弱电压信号。

2.如权利要求1所述的基于铜线圈的全张量磁场梯度测量装置，其特征在于，所述梯度计主体采用多个正方形无磁骨架缠绕线圈制成构成，每个所述正方形骨架单元尺寸完全相等，且沿空间坐标轴正交分布。

3.如权利要求2所述的基于铜线圈的全张量磁场梯度测量装置，其特征在于，除原点处的三轴线圈磁传感器单元外，处于同一坐标轴的三轴线圈磁传感器的同一方向探测线圈，采用串联反接的电路连接方式，以抑制测量误差。

4.如权利要求3所述的基于铜线圈的全张量磁场梯度测量装置，其特征在于，所述三轴线圈磁传感器的每个面上的线圈匝数为20匝。

5.如权利要求1所述的基于铜线圈的全张量磁场梯度测量装置，其特征在于，所述梯度计主体的测量电压信号引线呈麻花状绞合。

6.如权利要求1所述的基于铜线圈的全张量磁场梯度测量装置，其特征在于，所述信号连接接口采用串联反接的方式，由X-与X+位置的相同分量面互相串联，对称端口输入和引出，以得到一路磁场张量分量的测量信号。

7.如权利要求1所述的基于铜线圈的全张量磁场梯度测量装置，其特征在于，采用所述支撑底座进行水平调节操作，包括：调节底座四角上的水平调节螺母，使两个条式水平仪的气泡均处于中间位置。

8.如权利要求1所述的基于铜线圈的全张量磁场梯度测量装置，其特征在于，所述梯度计主体测量中心点的三个磁场矢量值包括：

将梯度计置于待测磁场中，调节水平并依次测量和记录磁场全张量所对应的电压信号幅值

$V_H=\left(\begin{array}{c}{V}_x\\ V_y\\ V_z\end{array}\right)$

其中，VG原点处的磁场矢量所对应的电压信号幅值，Vx，Vy，Vz分别为三维方向的电压值；

根据测量的电压信息反演梯度张量和磁场信息，对于原点处的待测磁场

$H_o=\left(\begin{array}{c}{H}_{ox}\\ H_{oy}\\ H_{oz}\end{array}\right)sin\left(2\mathrm{\π}ft\right)$

f为原点处的磁场矢量所对应的电压信号的频率，

根据公式则原点处的感应电压的幅值为

$V_H=\left(\begin{array}{c}{V}_x\\ V_y\\ V_z\end{array}\right)=-{\mathrm{nA\μ}}_0\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dH}}_{ox}/dt\\ {\mathrm{dH}}_{oy}/dt\\ {\mathrm{dH}}_{oy}/dt\end{array}\right)=-2{\mathrm{\πfnA\μ}}_0\left(\begin{array}{c}{H}_{ox}\\ H_{oy}\\ H_{oz}\end{array}\right)$

进而，待测磁场的幅值用测量信号可以表示为：

$H_o=\left(\begin{array}{c}{H}_{ox}\\ H_{oy}\\ H_{oz}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{V}_x\\ V_y\\ V_z\end{array}\right)/-2{\mathrm{\πfnA\μ}}_0,$

其中，Φ是通过线圈有效面积为A、匝数为n的线圈的磁通量，B为磁感应强度，H为磁场强度，μ₀＝4π×10^-7N/A为真空磁导率常数。

9.如权利要求8所述的基于铜线圈的全张量磁场梯度测量装置，其特征在于，所述梯度计主体测量全张量矩阵中的5个独立分量所对应的响应梯度值，包括：

全张量磁场梯度

其中，d为线圈单元外围机械尺寸轮廓线的直径，即为5个独立分量。