CN101533701B - 不均匀磁场的补偿方法 - Google Patents

Abstract

为了解决现有技术存在的无法消除某些磁场的磁场强度梯度变化的问题，本发明提供了一种不均匀磁场的补偿方法，包括：将磁偶极子产生的磁场补偿所述不均匀磁场存在的磁场强度的梯度变化，即将磁偶极子产生的磁场中存在磁场强度梯度变化的某一区域反向叠加于所述不均匀磁场中，设置在所述不均匀磁场中的区域为与所述某一区域磁场强度梯度变化方向相反、大小相等的区域。本发明可以应用于磁场测量领域等需要对磁场强度梯度进行补偿的领域。

Description

不均匀磁场的补偿方法

技术领域

本发明涉及一种使磁场均匀化的技术。

背景技术

在实践中，由于各种干扰源的存在，磁场往往是不均匀的，这会给工程应用带来不利影响。例如在对磁场进行测量的情况下需要被测磁场是均匀的，不能存在磁场强度的梯度变化。如果被测磁场存在所述梯度变化，则测量结果会出现误差，因为测量用传感器本身具有一定的几何尺寸，如果磁场存在比较大的梯度变化，则一个传感器上不同点所处磁场强度就会不同，因此会导致测量结果混乱。这一问题在航空、航天、船舶等对精度要求高的领域更为突出。

因此，需要采取措施消除磁场中存在的梯度变化，目前常采用的方法是采用亥姆霍兹线圈形成的磁场进行补偿。亥姆霍兹线圈为如图1所示的两组平行共轴的圆形线圈，当两组线圈通过的电流相反时，在两组线圈之间产生具有梯度变化的磁场，利用这个具有梯度变化的磁场可以抵消被测磁场的梯度变化，即图1所示亥姆霍兹线圈产生的磁场的梯度变化的大小与被测磁场需要补偿的磁场梯度变化大小相等，梯度变化的方向相反。这种现有的不均匀磁场的补偿方法在实践应用中存在以下问题：线圈材料造成的磁场强度梯度变化总是无论如何调整电流都无法消除。在对磁场精度要求高的测量领域，这些无法消除的磁场强度梯度变化成为阻碍实现测量目的的关键问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的无法消除被测磁场的磁场强度梯度变化的问题，本发明提供了一种不均匀磁场的补偿方法，可以有效解决这一问题。

本发明的技术方案如下：

不均匀磁场的补偿方法包括如下步骤：

将磁偶极子产生的磁场补偿所述不均匀磁场存在的磁场强度的梯度变化，即将磁偶极子产生的磁场中存在磁场强度梯度变化的某一区域反向叠加于所述不均匀磁场中的待补偿区域。

所述待补偿区域与所述某一区域，不仅两者磁场强度梯度变化的方向相反，而且两者磁场强度梯度变化的大小相等。

所述某一区域符合下列条件：

$\frac{\mathrm{\&Delta;r}}{r}<0.1$

其中，r为待补偿区域到磁偶极子的距离，Δr为磁场强度发生变化方向上两点间的距离。

所述磁偶极子为电磁线圈。

本发明的技术效果：

具有等值异号的两个点磁荷构成的系统称为磁偶极子，比如，一根小磁针就可以视为一个磁偶极子。地磁场也可以看作是由磁偶极子产生的场。磁偶极子产生形如图2所示的磁场，图2中心为磁偶极子，椭圆形线圈为磁偶极子产生的磁力线。

本发明采用磁偶极子产生的磁场对不均匀磁场存在的磁场强度梯度进行补偿比现有的亥姆霍兹线圈方法具有良好的效果。对比的实验及结果如下：

对同一被测磁场垂直方向的磁场强度梯度(主要是对于地磁场的影响)进行补偿，补偿的区域为垂直方向30cm的范围。采用亥姆霍兹线圈补偿后的结果，经测试，被测磁场在所述范围内仍存留有49993.5nT-50007.5nT的磁场强度梯度，磁场强度梯度差为14nT；采用本发明的方法进行补偿后，经测试，被测磁场在所述范围内的磁场强度梯度为50000.0nT-50001.0nT，磁场强度梯度差为1.0nT。

附图说明

图1为亥姆霍兹线圈的原理图。

图2为本发明磁偶极子产生的磁场的示意图。

具体实施方式

磁偶极子产生的磁场中一点的磁感应强度与该点与磁偶极子间的距离r的三次方成反比：

$B=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{0}m}{4\mathrm{\&pi;}{r}^3}$ 公式1；

其中B为磁感应强度，μ₀是真空磁导率，m是磁矩。

根据公式1可以将磁偶极子产生的磁场的根据前述大小相等，方向相反的原则补偿被测磁场的磁场强度梯度变化。

更进一步的，磁偶极子产生磁感应强度的梯度变化如果与距离r成线性变化，则在补偿被测磁场时更容易控制，因此，需要推导出磁偶极子产生的磁感应强度与距离r能够符合线性变化的条件。为此，对公式1进行求导，得到如下公式：

$B\&prime;=-3\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{0}m}{4\mathrm{\&pi;}{r}^4}$   公式2

则B的增量为 $\mathrm{\&Delta;B}=-3\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{0}m}{4\mathrm{\&pi;}{r}^4}\mathrm{\&Delta;r}$   公式3，

其中ΔB为B的公式1中B的增量，Δr为公式1中r的增量。对于特定的磁偶极子，μ₀和m时常数，当 $\frac{\mathrm{\&Delta;r}}{r}<<1$ 时(在本实施例中当 $\frac{\mathrm{\&Delta;r}}{r}<0.1$ 时即可)，即相对于变量Δr为常数，因此ΔB与Δr成线性关系。

的比值具体为多少可以使得ΔB与Δr成线性关系要依据产生的磁感应强度梯度所要求的精度进行确定。

本发明的磁偶极子为电磁线圈，这样可以通过调整电流准确控制磁偶极子产生的磁场强度，使得一套设备方便应用于多种场合。

Claims (1)

1.不均匀磁场的补偿方法，其特征在于包括如下步骤：

将磁偶极子产生的磁场补偿所述不均匀磁场存在的磁场强度的梯度变化，即将磁偶极子产生的磁场中存在磁场强度梯度变化的某一区域反向叠加于所述不均匀磁场中的待补偿区域；

所述不均匀磁场中的待补偿区域与所述磁偶极子产生的磁场中存在磁场强度梯度变化的某一区域，不仅两者磁场强度梯度变化的方向相反，而且两者磁场强度梯度变化的大小相等；

所述磁偶极子产生的磁场中存在磁场强度梯度变化的某一区域符合下列条件：

$\frac{\mathrm{\&Delta;r}}{r}<0.1$

其中，r为所述不均匀磁场中的待补偿区域到磁偶极子的距离，Δr为磁场强度发生变化方向上两点间的距离；

所述磁偶极子为电磁线圈。

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