CN105424022A - 一种核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构 - Google Patents

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刘院省
王巍
王学锋
邓意成
王妍
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Abstract

一种核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构，包括内层圆柱筒(1)、外层圆柱筒(3)、鞍形线圈(2)和螺旋线(4)；内层圆柱筒(1)外壁沿圆柱周长方向均匀分布有四个贴线槽，贴线槽上固定有柔性线路板，鞍形线圈(2)印制在柔性线路板上；鞍形线圈(2)与内层圆柱筒(1)共形，为长方形圈或正方形圈弯曲为弧形；所述鞍形线圈(2)的直边相互平行，且平行于内层圆柱筒(1)的轴线；外层圆柱筒(3)套在内层圆柱筒(1)和鞍形线圈(2)外侧，外层圆柱筒(3)外壁沿圆柱周长方向缠绕有螺旋线(4)。本发明应用螺旋线代替纵向的亥姆赫兹线圈，静磁场的均匀性得到提高，对陀螺仪的性能提高具有重要作用。

Description

一种核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构
技术领域
本发明涉及一种线圈结构，特别涉及一种核磁共振陀螺仪的线圈结构。
背景技术
核磁共振陀螺仪具有高精度、小体积、大动态范围等特性，是潜在下一代高精度陀螺仪的候选对象，在未来导航应用中将可能起到重要作用。
核磁共振陀螺仪是利用原子核自旋在静磁场中的进动作为空间定轴方式，其进动频率正比于静磁场大小，系统在静磁场方向上的角速率会使得探测到的进动频率发生相应变化。因而静磁场的均匀性、稳定性对核磁共振陀螺仪的性能具有至关重要的影响。一般的核磁共振陀螺仪磁场线圈是三维的亥姆赫兹线圈，其中的一个轴作为静磁场的轴，为主磁场，另外两轴作为补偿磁场和驱动磁场的轴。补偿磁场是将线圈内部剩余磁场补为零，驱动磁场是另外加的交变磁场，保证核磁共振陀螺仪的工作介质保持在工作状态。
由于主磁场相对于另外两个轴的磁场大小要大两个量级左右，因而对于均匀性的要求也要相应要高一些。亥姆赫兹线圈均匀性通常为1％左右，在进一步高精度要求下已经不能满足要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供了一种磁场均匀性更高、安装更方便的核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构。
本发明所采用的技术方案是：
一种核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构，包括内层圆柱筒、外层圆柱筒、鞍形线圈和螺旋线；
内层圆柱筒与外层圆柱筒的轴线相互平行；内层圆柱筒外壁沿圆柱周向均匀分布有至少2组位置相对的2个鞍形线圈，每组鞍形线圈的引线为串联；鞍形线圈沿长方形或正方形绕线印制在柔性线路板上，柔性线路板固定在内层圆柱筒外壁上的贴线槽上，与内层圆柱筒共形；每个鞍形线圈有两个直边和两个弧形边，鞍形线圈的两个直边均与内层圆柱筒的轴线平行；外层圆柱筒套在内层圆柱筒和鞍形线圈外侧，外层圆柱筒外壁沿圆柱周长方向缠绕有螺旋线。
所述鞍形线圈为2组，其弧形边的弧度在75到85度之间；所述鞍形线圈的直边的长度与内层圆柱筒的直径的比为1.2-2.0。
所述外层圆柱筒和内层圆柱筒的距离为3-8mm。
所述内层圆柱筒的直径为1-4cm，高为1-10cm。
所述鞍形线圈的匝数为10-50匝。
所述鞍形线圈或螺旋线为漆包线。
所述螺旋线产生磁场大小在10-6T量级。
所述每对鞍形线圈产生磁场大小在10-8T量级。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1)本发明应用螺旋线代替纵向的亥姆赫兹线圈，相应的螺旋线管产生的磁场梯度可以小于1‰，而且导线中的电流也会更小，静磁场的均匀性得到提高，对陀螺仪的性能提高具有重要作用。
2)本发明结构简单，安装时，外层圆柱筒3缠绕完螺旋线4后，直接套在内圆柱筒外，拆卸、安装方便，便于安装在核磁共振陀螺仪上。
3)本发明中的鞍形线圈安装结构简单，鞍形线圈与内层圆柱筒共形，节省空间；将引线印制在柔性线路板上，加工简单，节省空间。
4)鞍形线圈的弧形边的弧度在75到85度之间，使鞍形线圈产生的磁场覆盖面积更大，更加均匀。
5)螺旋线产生磁场大小在10-6T量级，每对鞍形线圈产生磁场大小在10-8T量级，适用于核磁共振陀螺仪中的应用。
附图说明
图1为本发明外层圆柱筒内部的结构示意图；
图2为鞍形线圈整体示意图；
图3为鞍形线圈绕线结构示意图；
图4为本发明外部结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构，包括内层圆柱筒1、外层圆柱筒3、鞍形线圈2和螺旋线4。
内层圆柱筒1的轴线方向为z轴方向，其内部用于放置原子气室和光学结构，其外壁开有两对对称的贴线槽，贴线槽上固定有柔性线路板。如图3所示，所述鞍形线圈2的沿长方形或正方形绕线印制在贴线槽上的柔性线路板上，向下引出引脚，每个鞍形线圈2的引线都单独伸出不相互联结。如图2所示，鞍形线圈2与内层圆柱筒1共形，为长方形圈或正方形圈弯曲为弧形；所述鞍形线圈2的直边相互平行，且平行于内层圆柱筒1的轴线；所述鞍形线圈2的直边的长度与内层圆柱筒1的直径的比为1.2-2.0。鞍形线圈匝数为10-50匝。在本实施例中，内层圆柱筒1外壁均固定有柔性线路板，柔性线路板成长方形，其长边等于内层圆柱筒1的周长，宽边与内层圆柱筒1的高相等。
如图1所示，内层圆柱筒1的直径为1到4cm，高为1-10cm。每个鞍形线圈2的弧度在75到85度之间，使鞍形线圈2之间既不相互叠加，又面积尽量大，利用率最大。所述任意两个位置相对的鞍形线圈2组成一对，另外两个相对的鞍形线圈2组成一对，每对鞍形线圈2为串联，用于产生一个横向方向的磁场。一对作为补偿磁场，将线圈内部剩余磁场补为零，另一对作为驱动磁场，是另外加的交变磁场，保证核磁共振陀螺仪的工作介质保持在工作状态。两对线圈中心连线方向为x、y方向，线圈产生的磁场大小在10-8量级。
如图4所示，外层圆柱筒3在鞍形线圈2和内层圆柱筒1外侧，大小尽量和内层圆柱筒1一致，外层圆柱筒3和内层圆柱筒1的距离为3-8mm，在本实施例中，选为5mm。在外筒外壁缠绕螺旋线4，使得螺旋线绕满整个外壁。由螺旋线4产生的纵向的z轴磁场，为静磁场，大小在10-6T量级。
内层圆柱筒1和外层圆柱筒3使用耐高温的聚四氟乙烯材料，鞍形线圈2和螺旋线4使用漆包线。螺旋线的电线直径在0.1-0.3mm。
安装时，外层圆柱筒3缠绕完螺旋线4后，直接套在内圆柱筒1外，安装方便。
经仿真分析，相应的螺旋线管产生的磁场梯度可以小于1‰。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (9)

1.一种核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构，其特征在于：包括内层圆柱筒(1)、外层圆柱筒(3)、鞍形线圈(2)和螺旋线(4)；内层圆柱筒(1)与外层圆柱筒(3)的轴线相互平行；内层圆柱筒(1)外壁沿圆柱周向均匀分布有至少2组位置相对的2个鞍形线圈(2)，每组鞍形线圈(2)的引线为串联；鞍形线圈(2)沿长方形或正方形绕线印制在柔性线路板上，柔性线路板固定在内层圆柱筒(1)外壁上的贴线槽上，与内层圆柱筒(1)共形；每个鞍形线圈(2)有两个直边和两个弧形边，鞍形线圈(2)的两个直边均与内层圆柱筒(1)的轴线平行；外层圆柱筒(3)套在内层圆柱筒(1)和鞍形线圈(2)外侧，外层圆柱筒(3)外壁沿圆柱周长方向缠绕有螺旋线(4)。
2.一种如权利要求1所述的核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构，其特征在于：所述鞍形线圈(2)为2组，其弧形边的弧度在75到85度之间。
3.一种如权利要求2所述的核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构，其特征在于：所述鞍形线圈(2)的直边的长度与内层圆柱筒(1)的直径的比为1.2-2.0。
4.一种如权利要求1或2所述的核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构，其特征在于：所述外层圆柱筒(3)和内层圆柱筒(1)的距离为3-8mm。
5.一种如权利要求1或2所述的核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构，其特征在于：所述内层圆柱筒(1)的直径为1-4cm，高为1-10cm。
6.一种如权利要求1或2所述的核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构，其特征在于：所述鞍形线圈(2)的匝数为10-50匝。
7.一种如权利要求1或2所述的核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构，其特征在于：所述鞍形线圈(2)或螺旋线(4)为漆包线。
8.一种如权利要求1或2所述的核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构，其特征在于：所述螺旋线(4)产生磁场大小在10-6T量级。
9.一种如权利要求1或2所述的核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构，其特征在于：所述每对鞍形线圈(2)产生磁场大小在10-8T量级。
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