CN103885019B - 用于磁强计校准的双均匀区型磁场产生装置及校准方法 - Google Patents

用于磁强计校准的双均匀区型磁场产生装置及校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于磁强计校准的双均匀区型磁场产生装置及校准方法，该装置包括滑动式梯度磁场线圈装置和梯度磁场激励装置两部分，滑动式梯度磁场线圈装置包括匀强螺线管、无矩螺线管、滑台和基座，梯度磁场激励装置由一台双输出直流电流源和两个电流表组成，能够产生满足梯度测试要求的两个均匀磁场，解决了传统梯度磁场装置在校准过程中探头定位误差和位置微变对校准梯度磁强计校准结果的影响，能够产生任意梯度的磁场输出，且制造简单，能够提供大梯度的测量距离。

Description

用于磁强计校准的双均匀区型磁场产生装置及校准方法
技术领域
本发明涉及磁强计校准领域，具体用于磁强计校准的双均匀区型磁场产生装置及校准方法。
背景技术
目前，梯度磁强计采用梯度磁场装置进行校准，传统的梯度磁场装置一般以绕组方向相反的亥姆霍兹梯度磁场线圈为磁场发生装置，该装置产生的磁场为线性连续的梯度磁场，在需要对分辨力高的梯度磁强计进行磁感应强度校准时，由于传统的梯度磁场装置产生线性连续的梯度磁场，在校准时，磁探头位置的定位误差以及磁探头在校准过程中位置的轻微变化都会使得探头所处磁场发生变化，从而使得校准不准确。
此外，对于梯度测量距离在1m以上磁强计进行校准时，由于传统的梯度磁场装置的磁场区域的大小受到梯度磁场线圈的体积的限制，使得产生的梯度尺度存在局限，为了满足此类梯度磁强计检定的要求，传统的梯度磁场装置需要大幅度增加梯度磁场线圈的体积，但是大型线圈制作复杂、加工误差控制难。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于磁强计校准的双均匀区型磁场产生装置及校准方法，该装置解决了传统梯度磁场装置在校准过程中探头定位误差和位置微变对校准梯度磁强计校准结果的影响，能够产生任意梯度的磁场输出，且制造简单，能够提供大梯度的测量距离。
一种用于梯度磁强计校准的双均匀区型磁场产生装置，包括滑动式梯度磁场线圈装置和梯度磁场激励装置两部分，所述滑动式梯度磁场线圈装置包括匀强螺线管、无矩螺线管、滑台和基座；匀强螺线管固定在基座上，基座内部有一通道，滑台分为上下两层，无矩螺线管固定于滑台上层，滑台下层与通道配合，无矩螺线管与匀强螺线管的轴线重合，且通过滑台在匀强螺线管内部沿轴线方向调节位置，所述梯度磁场激励装置由一台双输出直流电流源和两个电流表组成，双输出直流电流源的I1输出依次与电流表A、匀强螺线管的线圈串联，I2输出依次与电流表B、无矩螺线管的线圈串联。
滑台的下层和基台的配合采用螺杆式推动机构，调节距离为0～1.2m，所述匀强螺线管的长度为4m，直径0.4m，绕组400匝，所述的无矩螺线管由内外两个同轴螺线管组成，内螺线管的长度为0.6m、直径为0.098m，绕组60匝，外螺线管的长度为0.596m、直径0.12m，绕组40匝。
双均匀区型磁场产生装置对梯度磁强计进行校准的方法，所述双均匀区型磁场产生装置包括滑动式梯度磁场线圈装置和梯度磁场激励装置两部分，所述滑动式梯度磁场线圈装置包括匀强螺线管、无矩螺线管、滑台和基座；匀强螺线管固定在基座上，基座内部有一齿条通道，滑台分为上下两层，无矩螺线管固定于滑台上层，滑台下层与齿条通道配合，无矩螺线管与匀强螺线管的轴线重合，且通过滑台在匀强螺线管内部沿轴线方向调节位置，所述梯度磁场激励装置由一台双输出直流电流源和两个电流表组成，双输出直流电流源的I1输出依次与电流表A、匀强螺线管的线圈串联，I2输出依次与电流表B、无矩螺线管的线圈串联；该方法具体包括下列步骤：
步骤一、调节滑台，使得待测梯度磁强计的一个探头置于所述匀强螺线管的内部且无矩螺线管以外的区域，另外一个探头位于无矩螺线管的内部区域；
步骤二、根据待测磁强计的梯度量确定匀强螺线管和无矩螺线管中线圈所通电流的大小，对磁强计进行校准。
有益效果：
1）首先，本发明采用梯度磁场激励装置通过改变匀强螺线管和无矩螺线管的线圈的电流值来改变两个均匀区型梯度磁场大小，能够产生满足梯度测试要求的两个磁场，与传统的采用梯度磁场线圈产生的磁场相比，只需要调节电流就可以实现任意梯度量的，能够用于梯度校准中需求的任意梯度的输出。
其次，本发明采用匀强螺线管和无矩螺线管分别产生两个不同大小的磁场信号，采用滑台调节两个磁场之间的距离，能够产生两个大小不同的均匀的磁场，使梯度磁强计的磁传感器能够各自处于一定均匀的磁场环境下，解决了校准过程中探头定位误差和位置微变对校准梯度磁强计的影响及梯度磁强计无法正常工作问题。
再次，本发明通过调节滑台来改变匀强螺线管和无矩螺线管的距离，产生任意尺度的磁场输出，解决了传统梯度磁场装置梯度测量距离的限制，且与传统的梯度磁场装置相比，不存在线圈制作和加工上的困难。
2）本发明的滑台的下层和基台的配合采用螺杆式推动机构，调节距离为0～1.2m，匀强螺线管的长度为4m，直径0.4m，绕组400匝，无矩螺线管由内外两个同轴螺线管组成，内螺线管的长度为0.6m、直径为0.098m，绕组60匝，外螺线管的长度为0.596m、直径0.12m，绕组40匝，产生校准梯度磁强计的标准的磁场信号对双探头梯度磁强计的校准，能够满足当前标准梯度磁强计的校准需求，且探头测试值稳定，能够实现高精度的磁强计校准。
附图说明
图1为双均匀区型梯度磁场装置示意图；
图2为无矩螺线管示意图；
图3为滑台与无矩螺线管示意图；
图4为滑台推动机构示意图；
图5为双均匀区型梯度磁场装置原理图；
图6为产生梯度磁场的磁感应强度与两个螺线管的位置关系示意图；
图7校准梯度磁强计时的磁探头的位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种用于梯度磁强计校准的双均匀区型磁场产生装置，包括滑动式梯度磁场线圈装置和梯度磁场激励装置两部分，所述滑动式梯度磁场线圈装置包括匀强螺线管1、无矩螺线管2、滑台3和基座4；如图1所示。匀强螺线管1固定在基座4上，基座4内部有一齿条通道，滑台3分为上下两层，无矩螺线管2固定于滑台上层，滑台下层与齿条通道配合，无矩螺线管2与匀强螺线管1的轴线重合，无矩螺线管2由内外两个同轴螺线管组成，如图2所示，且通过滑台3在匀强螺线管1内部沿轴线方向调节位置，梯度磁场激励装置由一台双输出直流电流源和两个电流表组成，双输出直流电流源的I1输出依次与电流表A、匀强螺线管的线圈串联，I2输出依次与电流表B、无矩螺线管的线圈串联，如图5所示。
本发明产生的梯度磁场的数学模型为：Bgrad＝|Bm-BC|，由于无矩螺线管2在匀强螺线管1的内部，因此无矩螺线管2内部的磁场为匀强螺线管1和无矩螺线管2自身产生的磁场的叠加，叠加后的无矩螺线管2的内部磁场Bm与匀强螺线管1产生的磁场BC量值不同，在装置内部不同位置的两区域之间就形成了一个类似台阶状的梯度磁场，如图6所示。匀强螺线管1和无矩螺线管2分别产生均匀磁场，保证了两处磁场“台阶”的形成。通过线圈参数控制无距螺线管2的外部磁矩，使其非常微弱，加上外部磁感应强度随距离按三次方关系衰减，因此在很短的距离上无矩螺线管2的外部磁场微弱，不会影响匀强螺线管1的磁场，使得本发明能够在很短距离内产生双均匀区型的梯度磁场，由于匀强螺线管的外部磁场比较强，因此，无矩螺线管2需在匀强螺线管的内部进行调节，此外，可以采用两个无矩螺线管2产生两个均匀磁场，但是由于无矩螺线管2有两个同轴螺线管构成，加工麻烦，因此本实施例采用匀强螺线管2和无矩螺线管2的组合产生两个匀强磁场。
在具体的设计过程中，通过设置滑台3的调节距离来满足梯度校准的要求。并通过控制无矩螺线管2的磁矩减少两个均匀磁场的干扰，通过设置匀强螺线管1和无矩螺线管2的内外螺线管的长度、直径和匝数来产生满足磁场校准的需求。
本发明中匀强螺线管和无矩螺线管中的电流可以同向，也可以反向，其方向影响装置所产生梯度磁场的梯度方向，同向时，无矩螺线管2内部的磁场为梯度磁场的高磁场区，匀强螺线管1内部的磁场为梯度磁场的低磁场区；反向时，无矩螺线管2内部的磁场为梯度磁场的低磁场区，匀强螺线管1内部的磁场为梯度磁场的高磁场区。
本实施例中的滑台3的下层和基台4的配合采用螺杆式推动机构，结构示意图如图4所示，调节距离为0～1.2m。匀强螺线管1的长度为4m，直径0.4m，绕组400匝，产生磁场的均匀区内的磁场线圈常数为250μT/A，非均匀度为0.1%时，均匀区直径为0.1m，长度为1m。无矩螺线管2由内外两个同轴螺线管组成，内螺线管的长度为0.6m、直径为0.098m，绕组60匝，外螺线管的长度为0.596m、直径0.12m，绕组40匝。外部磁矩小于0.2（mA）m2，产生磁场的均匀区内的磁场线圈常数为35μT/A，非均匀度为0.1%时，均匀区直径为0.1m，长度0.1m，能够满足当前标准梯度磁强计的校准需求，且探头测试值稳定，能够实现高精度的磁强计校准。
通过梯度磁场激励装置来改变匀强螺线管1和无矩螺线管2的线圈的电流值，从而改变双均匀区型梯度磁场的梯度量，通过调节匀强螺线管1和无矩螺线管2的距离来改变梯度场的梯度距离，因此，本发明采用梯度磁场激励装置通过改变匀强螺线管和无矩螺线管的线圈的电流值来改变双均匀区型梯度磁场的梯度量，与传统的采用梯度磁场线圈产生的磁场相比，只需要调节电流就可以实现任意梯度量的，能够用于梯度校准中需求的任意梯度的输出。
采用滑台调节两个磁场之间的距离，能够产生两个大小不同的均匀的磁场，使梯度磁强计的磁传感器能够各自处于一定均匀的磁场环境下，解决了校准过程中探头定位误差和位置微变对校准梯度磁强计的影响及梯度磁强计无法正常工作问题。
基于上述装置的梯度磁强计的校准方法，具体包括下列步骤：
步骤一、调节滑台3，使得待测梯度磁强计的一个探头置于所述匀强螺线管1的内部且无矩螺线管2以外的区域，另外一个探头位于无矩螺线管2的内部区域。
在对梯度磁强计进行校准时具体的位置关系如图7所示，两个磁传感器（磁探头）分别置于两个匀强磁场区域内进行校准，磁场区域的中心均匀性最好，能够更好的保证探头所在区域的磁场的稳定性。
步骤二、根据待测磁强计的梯度量确定匀强螺线管1和无矩螺线管2中线圈所通电流的大小，对磁强计进行校准。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.双均匀区型磁场产生装置对梯度磁强计进行校准的方法，其特征在于，所述双均匀区型磁场产生装置包括滑动式梯度磁场线圈装置和梯度磁场激励装置两部分，所述滑动式梯度磁场线圈装置包括匀强螺线管(1)、无矩螺线管(2)、滑台(3)和基座(4)；匀强螺线管(1)固定在基座(4)上，基座(4)内部有一齿条通道，滑台(3)分为上下两层，无矩螺线管(2)固定于滑台(3)上层，滑台(3)下层与齿条通道配合，无矩螺线管(2)与匀强螺线管(1)的轴线重合，且通过滑台(3)在匀强螺线管(1)内部沿轴线方向调节位置，所述梯度磁场激励装置由一台双输出直流电流源和两个电流表组成，双输出直流电流源的I1输出依次与电流表A、匀强螺线管(1)的线圈串联，I2输出依次与电流表B、无矩螺线管(2)的线圈串联；该方法具体包括下列步骤：
步骤一、调节滑台(3)，使得待测梯度磁强计的一个探头置于所述匀强螺线管(1)的内部且无矩螺线管(2)以外的区域，另外一个探头置于无矩螺线管(2)的内部区域；
步骤二、根据待测磁强计的梯度量确定匀强螺线管(1)和无矩螺线管(2)中线圈所通电流的大小，对磁强计进行校准。
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