[发明专利]产生均匀磁场的增强补偿方法和装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种产生均匀磁场的增强补偿方法和装置及其使用方法，采用螺线管加高导磁材料外壳本体结构，通过调节螺线管的电流强度来调节工作区域磁场大小，用高导磁材料外壳本体聚集磁通，不但可以减少漏磁产生，增强工作区域的磁场，还有效地屏蔽了工作区域以外的磁场，抑制了外界干扰；为避免高导磁材料外壳本体的加工精度对磁场均匀性的影响，在工作区域附近放置分级绕组单元，用于改善工作区域磁场的均匀性。

技术领域

本发明涉及电磁测量技术领域，具体地指一种产生均匀磁场的增强补偿方法和装置及其使用方法。

背景技术

在许多实验和探测器中，施加均匀磁场是非常必要的。目前，国内外普遍使用的均匀磁场发生装置有亥母霍兹线圈、螺线管、电磁铁和永磁体等。其中，电磁铁和永磁体用于产生高场强领域，产生磁场的均匀性较差。

中国发明专利申请“用于产生均匀磁场的装置和方法”[申请号：201610537023.5]中公开了一种扩大螺线管内部轴向磁场均匀范围的装置和方法，该方法使用多个螺线管，每个螺线管电流相互独立，但虽然均匀区范围扩大，并未增强磁场。

中国发明专利“用于产生均匀磁场的装置和方法”[申请号：201510509718.8]中公开了一种由多对磁体和壳体组成的均匀磁场发生装置，可以限制磁通量并且减低杂散磁场的磁性重定向材料实现壳体。因为永磁体磁场不易调节，该方法限制了装置的应用范围。

中国发明专利申请“均匀磁场发生器”[申请号：201710021664.X]中公开了一种多个高磁导率环和永磁体组成的均匀磁场发生器，但因其采用永磁体，不可调节磁场，且无补偿装置，导致工作区域磁场强度不能改变，且均匀性较差。

在弱磁场应用领域，亥母霍兹线圈和螺线管以结构简单、性能稳定和精度高等优势被普遍采用。但因亥母霍兹线圈和螺线管产生磁场较弱，要提高磁场，需要在亥母霍兹线圈或者螺线管的导线上施加较大的励磁电流，因此将产生较大的功耗，引起导线发热。

发明内容

本发明的目的就是要针上述技术的不足，提供了一种能增强工作区域磁场、改善工作区域磁场均匀性的产生均匀磁场的增强补偿方法和装置及其使用方法。

为实现上述目的，本发明所设计的产生均匀磁场的增强补偿方法，设定磁场发生的空间V，空间V内所需磁场的目标工作磁通密度分别是B₁、B₂、……B_m，磁场的均匀度A₀，m为自然数；增强补偿方法如下：

1)根据磁场发生的空间V确定螺线管长度L、螺线管半径R，根据螺线管长度L、螺线管半径R和螺线管中通入的电流I，计算螺线管工作区磁通密度B；

其中：

μ₀为空气磁导率

n螺线管匝数

设空间V内的目标工作磁通密度为B_m，若B不等于B_m，调整螺线管匝数n和电流I，直至B等于B_m，且螺线管匝数n为自然数，记录电流I_m的大小、螺线管匝数n和电流I_m对应的目标工作磁通密度B_m；x是螺线管中心线上任意点到螺线管中心的距离；

保证螺线管匝数n不变，根据公式(1)计算目标工作磁通密度B₁对应的电流I₁、目标工作磁通密度B₂对应的电流I₂……目标工作磁通密度B_m-1对应的电流I_m-1；