CN104700974A - 磁聚焦线圈及其阵列的设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁聚焦线圈及其阵列的设置方法，属于磁聚焦技术领域。提供一种聚焦性能有很大的改善，结构简单易制作，且测量时简便容易，不存在测量盲区的磁聚焦线圈及其阵列的设置方法。其特征是由至少两个处于同心圆形状分布的线圈组，依次套叠在一起，两个线圈的一侧端部共处于同一平面中，且两个线圈半径不同，线圈1的半径r1=1cm,线圈2的半径r2的取值范围在(1,2]cm，且0.1cm个单位增加其半径，即是线圈2与线圈1满足半径比范围在(1,2]。本发明的聚焦性较单个线圈或现有技术中的8字形线圈和一些线圈阵列，聚焦效果得到了极大的改善；本发明可比例性的放大或缩小，应用范围极广；例如：大的可应用到石油勘测领域，而小的可应用到医疗器械领域等等。

Description

磁聚焦线圈及其阵列的设置方法

技术领域

本发明公开了一种磁聚焦线圈及其阵列的设置方法，属于磁聚焦技术领域。

背景技术

随着磁聚焦技术在医学、石油勘测等领域的广泛使用，为了实现磁聚焦，各种各样为实现聚焦而设计的线圈阵列结构也不断被提出。从最初的8字形线圈到三维空间线圈阵列结构，都是针对如何提高线圈阵列聚焦性的问题而设计的。

简单的单个线圈（圆形线圈，矩形线框等）实现的电磁场聚焦性能不好，聚焦区域过大，磁场能量分散，且不能满足深度的测量的需求。

8字形线圈是把两个圆形线圈挨边放置，两个圆形线圈中的电流相反，由于圆形线圈的感应电场在边缘处幅值最大，中心处最小，故8字形线圈的感应电场在两圆线圈相接处下面形成最大值区域，但最大区域中的磁场与其它位置的磁场差别并不是非常大，磁聚焦的效果也不理想。

三维空间线圈阵列模型电磁场聚焦性大大的提高了，基本可以实现“点聚焦”，但是将其应用于实际中时（例如：瞬变电磁法估测管道剩余厚度），由于线圈模型制造过程中精确度要求较高，例如三维空间结构中各线圈的角度等，不仅生产工艺繁杂，而且无法保证聚焦的精确度；再加上许多线圈阵列模型的实际测量中，因为模型本身有尖角（棱角），导致在实际测量时不好摆放最佳测量位置，从而产生测量盲区，影响测量的准确度与精确度。所以设计线圈模型既要考虑聚焦性和制造工业的缺陷，同时还要兼顾便于最佳测量位置摆放。实际应用时，线圈的实体模型制作过程中，无法对精确度进行保证，影响到测量的准确度与精确度。

许多模型，特别是有很多棱角的模型，其空间各个子线圈间的角度摆放与尺寸的固定，以及测量的时候模型的摆放与测量目标的相对位置的契合度会产生测量的盲区，导致影响到测量的准确度与精确度。

上述方案的线圈阵列的电磁场聚焦性能；实际应用时的工艺制作难度；测量时便于测量与否，有盲区等。这些问题的存在都严重的影响到了磁聚焦技术在实际中的应用效果。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种聚焦性能有很大的改善，结构简单易制作，且测量时简便容易，不存在测量盲区的磁聚焦线圈及其阵列的设置方法。

本发明的技术特征在于：提出了同心圆线圈阵列模型结构，既考虑了线圈阵列的整体电磁场聚焦性能，也考虑了实际的工艺制作难度，还考虑在测量时是否便于测量，减少测量盲区的三方面缺陷。此模型的聚焦性能有很大的改善提高，结构简单易制作，且测量时方便容易，不存在盲区的测量问题。

具体的结构是由至少两个处于同心圆形状分布的线圈组，依次套叠在一起，每个线圈的一个端部共处于同一平面中。

与单个线圈相比，根据磁场的矢量叠加原理，由公式

在空间分布的磁力线是矢量，磁感应强度也是一个矢量，那么两个或两个以上的同心圆线圈在空间产生的磁力线会进行矢量叠加，从而磁感应强度也会进行矢量叠加，产生的实际效果就会出现在空间同一点的磁场强度的增加或减弱，进而达到聚焦的目的。

就单个线圈而言只有空间磁场分布，即是磁场强度的分布，当出现两个及以上的线圈，通过对线圈尺寸大小、电流大小、摆放位置（重叠区域）的调节与设置，就会通过磁感应强度的矢量叠加而强化需要的目标区域的磁场强度、弱化不需要的区域的磁场强度。这样使得磁场能量的分布区特别明显（梯度明显）。

以本发明两层线圈阵列结构为基础，线圈阵列可以扩展到多层，每层上子线圈的形状，结构，空间相对位置构成，电流条件以及电流驱动方式等的设计原理和选用准则均与基础的线圈阵列模型一样。

本发明主要从线圈阵列结构的磁聚焦性能、工业制作与测量盲区三方面考虑，设计出了易于实现、易于准确测量和磁聚焦性能好的线圈阵列结构。

线圈阵列中各个子线圈的相对位置构成可按照实际应用需求调整，每两个子线圈间的水平间距衡量标准科根据子线圈形状（半径大小）选用不同的参数，但半径比一般取在1到2倍的选用参数之间，注入各个子线圈的电流大小和相位（包含方向）根据所需磁场分布通过优化算法优化所得，且综合考虑整个线圈阵列各个子线圈电流条件为各个子线圈选择同一电流驱动或是独立电流驱动。

综上所述，一种磁聚焦线圈阵列的设置方法，其特征是发射线圈阵列至少由两个处于同心圆形状分布的线圈组，依次套叠在一起，两个线圈的一侧端部共处于同一平面中，主发射圈半径最小为r1，辅助发射圈紧靠主发射圈，且比主发射圈尺寸大，半径为r2，且r2/r1的比值取值在（1,2]区间内。

两个线圈半径不同，线圈1的半径r1=1cm, 线圈2的半径r2的取值范围在(1,2]cm，且0.1cm个单位增加其半径，即是线圈2与线圈1满足半径比范围在(1,2]。

一种磁聚焦线圈，包括至少两个单线圈，其特征是两个线圈自内向外依次套叠在一起呈同心圆形，两个线圈的一侧端部共处于同一平面中；主发射圈半径最小为r1，辅助发射圈紧靠主发射圈，且比主发射圈尺寸大，半径为r2，且r2/r1的比值取值在（1,2]区间内。

所述的两个线圈半径不同，线圈1的半径r1=1cm, 线圈2的半径r2的取值范围在(1,2]cm，且0.1cm个单位增加其半径，即是线圈2与线圈1满足半径比范围在(1,2]。

具体结构：该线圈阵列结构由两个半径不同，r1=1cm,r2的取值范围在1.2cm，且0.1cm个单位增加其半径，同圆心的两个圆在同一个平面上。多个通电线圈产生的磁场在三维空间以矢量的方式叠加，使得在空间某些很小的区域内磁场聚焦达到点聚焦的效果，这些点聚焦的磁场分布在工程中应用广泛。

本发明解决了实践与理论的两方面问题，使电磁场磁聚焦技术能更好的应用于各种工程实践等问题中。具有结构简单，制造及封装都非常方便，只需要将线圈依次同平面同圆心放置即可，而且磁场聚焦效果较好；本发明的聚焦性较单个线圈或现有技术中的8字形线圈和一些线圈阵列，聚焦效果得到了极大的改善；本发明可比例性的放大或缩小，应用范围极广；例如：大的可应用到石油勘测领域，而小的可应用到医疗器械领域等等。

附图说明

附图1是本发明的结构剖视图。

附图2是本发明的同心圆线圈阵列磁聚焦电磁场模型示意图。

附图3是现有技术单线圈阵列磁聚焦电磁场模型示意图。

图1中：1-线圈1，2-线圈2，r1、r2分别为线圈1、线圈2的半径，W1、W2分别为线圈1、线圈2的线包厚度，H为线圈的高度（也可称为长度）。

具体实施方式

以下借助附图，对发明的实施例作如下披露。

一种磁聚焦线圈阵列的设置方法，其特征是发射线圈阵列至少由两个处于同心圆形状分布的线圈组，依次套叠在一起，两个线圈的一侧端部共处于同一平面中，主发射圈半径最小为r1，辅助发射圈紧靠主发射圈，且比主发射圈尺寸大，半径为r2，且r2/r1的比值取值在（1,2]区间内。

两个线圈半径不同，线圈1的半径r1=1cm, 线圈2的半径r2的取值范围在(1,2]cm，且0.1cm个单位增加其半径，即是线圈2与线圈1满足半径比范围在(1,2]。

一种磁聚焦线圈，包括至少两个单线圈，其特征是两个线圈自内向外依次套叠在一起呈同心圆形，两个线圈的一侧端部共处于同一平面中；主发射圈半径最小为r1，辅助发射圈紧靠主发射圈，且比主发射圈尺寸大，半径为r2，且r2/r1的比值取值在（1,2]区间内。

所述的两个线圈半径不同，线圈1的半径r1=1cm, 线圈2的半径r2的取值范围在(1,2]cm，且0.1cm个单位增加其半径，即是线圈2与线圈1满足半径比范围在(1,2]。

实施例一

如附图1所示，为发射阵列，线圈1的内半径 r1为10cm，外半径为20cm，绕线的横向厚度W为1cm，纵向高度H为2cm；线圈2的内半径r2为20cm，外半径为30cm，绕线的横向厚度W为1cm，纵向高度H为2cm；

均采用线径为0.51mm的漆包线绕制，内圆绕制769匝，外圆绕制504匝，线圈总长均L为918m，两者的电阻值均为 82.2欧姆。

实施例二

如附图1所示，为发射阵列，线圈1的内半径 r1为10cm，外半径为20cm，绕线的横向厚度W为1cm，纵向高度H为2cm；线圈2的内半径r2为20cm，外半径为30cm，绕线的横向厚度W为1cm，纵向高度H为2cm；

均采用线径为0.51mm的漆包线绕制，内圆绕制769匝，外圆绕制504匝，线圈导线总长均L为918m，两者的电阻值均为 82.2欧姆。

在线圈2外面套叠有接收线圈3，接收线圈3的内半径为30cm，外半径为40cm，绕线的横向厚度W为1cm，纵向高度H为2cm，线圈导线不计长度，绕满为止。

综上所述：等比例的缩小线圈尺寸，磁场分布不变，则可以小型化的设计。主要应用于超声波检测和探测设备的探头。

Claims (6)

1.一种磁聚焦线圈阵列的设置方法，其特征是发射线圈阵列至少由两个处于同心圆形状分布的线圈组，依次套叠在一起，两个线圈的一侧端部共处于同一平面中，主发射圈半径最小为r1，辅助发射圈紧靠主发射圈，且比主发射圈尺寸大，半径为r2，且r2/r1的比值取值在（1,2]区间内。

2.根据权利要求1所述的磁聚焦线圈阵列的设置方法，其特征是所述的两个线圈半径不同，线圈1的半径r1=1cm, 线圈2的半径r2的取值范围在(1,2]cm，且0.1cm个单位增加其半径，即是线圈2与线圈1满足半径比范围在(1,2]。

3.一种磁聚焦线圈，包括至少两个单线圈，其特征是两个线圈自内向外依次套叠在一起呈同心圆形，两个线圈的一侧端部共处于同一平面中；主发射圈半径最小为r1，辅助发射圈紧靠主发射圈，且比主发射圈尺寸大，半径为r2，且r2/r1的比值取值在（1,2]区间内。

4.根据权利要求3所述的磁聚焦线圈，其特征是所述的两个线圈半径不同，线圈1的半径r1=1cm, 线圈2的半径r2的取值范围在(1,2]cm，且0.1cm个单位增加其半径，即是线圈2与线圈1满足半径比范围在(1,2]。

5.根据权利要求4所述的磁聚焦线圈，其特征是所述的线圈1的内半径   r1为10cm，外半径为20cm，绕线的横向厚度W为1cm，纵向高度H为2cm；线圈2的内半径r2为20cm，外半径为30cm，绕线的横向厚度W为1cm，纵向高度H为2cm；

均采用线径为0.51mm的漆包线绕制，内圆绕制769匝，外圆绕制504匝，线圈总长均L为918m，两者的电阻值均为 82.2欧姆。

6.根据权利要求4所述的磁聚焦线圈，其特征是所述的线圈1的内半径   r1为10cm，外半径为20cm，绕线的横向厚度W为1cm，纵向高度H为2cm；线圈2的内半径r2为20cm，外半径为30cm，绕线的横向厚度W为1cm，纵向高度H为2cm；

均采用线径为0.51mm的漆包线绕制，内圆绕制769匝，外圆绕制504匝，线圈总长均L为918m，两者的电阻值均为 82.2欧姆；

在线圈2外面套叠有接收线圈3，接收线圈3的内半径为30cm，外半径为40cm，绕线的横向厚度W为1cm，纵向高度H为2cm，线圈导线不计长度，绕满为止。