CN109616276A - 一种不等间距螺线管 - Google Patents

一种不等间距螺线管 Download PDF

Info

Publication number
CN109616276A
CN109616276A CN201811304808.3A CN201811304808A CN109616276A CN 109616276 A CN109616276 A CN 109616276A CN 201811304808 A CN201811304808 A CN 201811304808A CN 109616276 A CN109616276 A CN 109616276A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solenoid
function
coil
span
spacing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811304808.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109616276B (zh
Inventor
刘元正
李攀
李俊
雷兴
蒋樱子
丁小昆
胡强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Flight Automatic Control Research Institute of AVIC
Original Assignee
Xian Flight Automatic Control Research Institute of AVIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Flight Automatic Control Research Institute of AVIC filed Critical Xian Flight Automatic Control Research Institute of AVIC
Priority to CN201811304808.3A priority Critical patent/CN109616276B/zh
Publication of CN109616276A publication Critical patent/CN109616276A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109616276B publication Critical patent/CN109616276B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/20—Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/60—Electronic or nuclear magnetic resonance gyrometers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnets (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

本发明属于螺线管技术，涉及一种能产生超均匀磁场的不等间距螺线管。本发明不等间距螺线管包括支架(1)和绕制在支架(1)上的线圈(2)，所述线圈(2)中相邻线圈之间的间距呈中心对称分布，所述线圈(2)的两端向线圈中心方向，相邻线圈之间的间距逐步增加，在线圈中心处的线圈间距最大，且相邻线圈之间的间距变化符合中心对称、且单侧递增的特定函数形式。本发明螺线管能大幅度提高静态磁场的均匀性，满足了导航级核磁共振陀螺的要求。

Description

一种不等间距螺线管
技术领域
本发明属于螺线管技术，涉及一种能产生超均匀磁场的不等间距螺线管。
背景技术
核磁共振陀螺利用检测磁场中原子核自旋进动频率的改变确定载体角速度。该陀螺所涉及的磁场包括纵向静态磁场和横向振荡磁场，原子核自旋绕静磁场进动，振荡磁场频率与原子核进动频率相同。在进行陀螺设计时，必须保证静态磁场纵向分量在气室范围内均匀分布，横向分量近似为零。传统方案往往采用螺线管产生静态磁场，而该方案产生的静态磁场其均匀性一般仅能达到 10-3，难以满足导航级核磁共振陀螺的要求。
发明内容
本发明的目的：提供一种能产生超均匀磁场的不等间距螺线管，以便大幅度提高静态磁场的均匀性，满足导航级核磁共振陀螺的要求。
本发明的技术方案：一种不等间距螺线管，包括支架1和绕制在支架1上的线圈2，所述线圈2中相邻线圈之间的间距呈中心对称分布，所述线圈2的两端向线圈中心方向，相邻线圈之间的间距逐步增加，在线圈中心处的线圈间距最大，且相邻线圈之间的间距变化符合中心对称、且单侧递增的特定函数形式。
所述特定函数包括：正弦函数、双曲正切函数、双曲正割函数、幂函数、正态分布函数和三次曲线函数。
所述螺线管的线圈2采用导线或者薄膜电缆绕制。
所述支架1可以使用聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯或聚酰亚胺制造，其上设置有线槽，用于绕制或设置线圈2，相邻线槽之间的间距值符合特定函数描述，从而使其上设置的相邻线圈2之间的间距值也符合同样的特定函数描述。
所述特定函数为正弦函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝[-(n-1)/2:(n-1)/2]，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a1为正弦函数的频率，a1≤π/(n-1)。
所述特定函数为双曲正切函数：
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a2为双曲正切函数的频率。
所述特定函数为双曲正割函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a3为双曲正割函数的频率。
所述特定函数为幂函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a4为幂函数的系数的倒数的一半，a4>2。
所述特定函数为正态分布函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，e为自然对数的底数，a5为正态分布函数的标准偏差。
所述特定函数为三次曲线函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a6为三次曲线函数的二次项系数，4/L(n-1)>a6>0。
本发明的优点和有益效果是：提供了一种能产生超均匀磁场的螺线管，能大幅度提高静态磁场的均匀性，满足了导航级核磁共振陀螺的要求。本发明的一个实施例，经试验证明，静态磁场的均匀性能提高到10-6。
附图说明
图1是本发明不等间距螺线管沿轴向产生磁场的示例图。
图2是常规螺线管沿轴向产生磁场的示例图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。一种不等间距螺线管，包括支架1和绕制在支架1上的线圈2，其特征在于：从线圈2的一端向线圈中心方向，相邻线圈之间的间距逐步增加，在线圈中心处的线圈间距最大；从线圈中心向线圈2的另一端，相邻线圈之间的间距逐步减小；相邻线圈之间的间距值符合特定函数。
所述特定函数包括：正弦函数、双曲正切函数、双曲正割函数、幂函数、正态分布函数和三次曲线函数。
所述螺线管的线圈2采用导线或者薄膜电缆绕制。
所述支架1可以使用聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯或聚酰亚胺制造，其上设置有线槽，用于绕制或设置线圈2，相邻线槽之间的间距值符合特定函数描述，从而使其上设置的相邻线圈2之间的间距值也符合同样的特定函数描述。不等螺线管产生的超均匀磁场位于螺线管内部。
本发明为了在获得最佳均匀磁场分布下，更为方便的实现线圈间距的分布控制，试验摸索获取了一组用于描述不等间距螺线管轴向相邻线圈之间的间距值ZC的特定函数，并给出特定函数的表达式：
·正弦函数：
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝[-(n-1)/2:(n-1)/2]，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a1为正弦函数的频率，a1≤π/(n-1)。
·双曲正切函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a2为双曲正切函数的频率。
·双曲正割函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a3为双曲正割函数的频率。
·幂函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a4为幂函数的系数的倒数的一半，a4>2。
·正态分布函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，e为自然对数的底数，a5为正态分布函数的标准偏差。
·三次曲线函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a6为三次曲线函数的二次项系数，4/L(n-1)>a6>0。
上述具有特定表达形式的线圈间距函数，可匹配相应尺寸螺线管，并通过大量不确定试验进行验证，确认均能得到对应螺线管的最佳磁场分布，具体见如下实施例：
实施案例1
不等间距螺线直径216mm、管长228mm、匝数20匝，线圈间距在螺线管两端为1.56mm，中心为18.74mm，间距值符合正弦函数，通电流1.5A，此时螺线管产生的磁场如图1所示，磁场均匀性达到1.08×10-6；与其相比，直径216mm、长228mm、20匝、通电流1.5A的常规螺线管产生的磁场如图2所示，磁场均匀性仅为7.78×10-4。本发明的不等间距螺线管产生磁场的均匀性是常规螺线管的 1/720。
实施案例2
不等间距螺线管直径302mm、长306mm、匝数20匝，线圈间距在螺线管两端为10.90mm，中心为42.83mm，间距值符合幂函数，通电流2A，此时螺线管产生磁场的均匀性达到6.06×10-7；与其相比，直径302mm、长306mm、20匝、通电流2A的常规螺线管产生磁场的均匀性仅为1.10×10-3。本发明的不等间距螺线管产生磁场的均匀性是常规螺线管的1/1815。
实施案例3
不等间距螺线管直径230mm、长198mm、匝数20匝，线圈间距在螺线管两端为0.60mm，中心为20.68mm，间距值符合三次曲线函数，通电流1.6A，此时螺线管产生磁场的均匀性达到1.55×10-6；与其相比，直径230mm、长198mm、匝数20匝、通电流1.6A的常规螺线管产生磁场的均匀性仅为1.00×10-3。本发明的不等间距螺线管产生磁场的均匀性是常规螺线管的1/645。

Claims (10)

1.一种不等间距螺线管，包括支架(1)和绕制在支架(1)上的线圈(2)，其特征在于：所述线圈(2)中相邻线圈之间的间距呈中心对称分布，所述线圈(2)的两端向线圈中心方向，相邻线圈之间的间距逐步增加，在线圈中心处的线圈间距最大，且相邻线圈之间的间距变化符合中心对称、且单侧递增的特定函数形式。
2.根据权利要求1所述的不等间距螺线管，其特征在于：所述特定函数包括：正弦函数、双曲正切函数、双曲正割函数、幂函数、正态分布函数和三次曲线函数。
3.根据权利要求1或2所述的不等间距螺线管，其特征在于：所述螺线管的线圈(2)采用导线或者薄膜电缆绕制。
4.根据权利要求1或2所述的不等间距螺线管，其特征在于：所述支架(1)可以使用聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯或聚酰亚胺制造，其上设置有线槽，用于绕制或设置线圈(2)，相邻线槽之间的间距值符合特定函数描述，从而使其上设置的相邻线圈(2)之间的间距值也符合同样的特定函数描述。
5.根据权利要求1所述的不等间距螺线管，其特征在于：所述特定函数为正弦函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝[-(n-1)/2:(n-1)/2]，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a1为正弦函数的频率，a1≤π/(n-1)。
6.根据权利要求1所述的不等间距螺线管，其特征在于：所述特定函数为双曲正切函数：
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a2为双曲正切函数的频率。
7.根据权利要求1所述的不等间距螺线管，其特征在于：所述特定函数为双曲正割函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a3为双曲正切函数的频率。
8.根据权利要求1所述的不等间距螺线管，其特征在于：所述特定函数为幂函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a4为幂函数的系数的倒数的一半，a4>2。
9.根据权利要求1所述的不等间距螺线管，其特征在于：所述特定函数为正态分布函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，e为自然对数的底数，a5为正态分布函数的标准偏差。
10.根据权利要求1所述的不等间距螺线管，其特征在于：所述特定函数为三次曲线函数
其中D为与线圈间距相关的计数数列，D＝-(n-1)/2,-(n+1)/2,…,(n-1)/2，L为螺线管长度，n为螺线管匝数，a6为三次曲线函数的二次项系数，4/L(n-1)>a6>0。
CN201811304808.3A 2018-11-02 2018-11-02 一种不等间距螺线管 Active CN109616276B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811304808.3A CN109616276B (zh) 2018-11-02 2018-11-02 一种不等间距螺线管

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811304808.3A CN109616276B (zh) 2018-11-02 2018-11-02 一种不等间距螺线管

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109616276A true CN109616276A (zh) 2019-04-12
CN109616276B CN109616276B (zh) 2020-08-11

Family

ID=66002708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811304808.3A Active CN109616276B (zh) 2018-11-02 2018-11-02 一种不等间距螺线管

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109616276B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110514192A (zh) * 2019-08-13 2019-11-29 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种磁场产生装置
CN112071553A (zh) * 2020-09-21 2020-12-11 北京海澳达科技有限公司 螺线管线圈及其制造方法和包括螺线管线圈的磁测量设备

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002130369A (ja) * 2000-10-27 2002-05-09 Tokico Ltd 電磁サスペンション装置
CN1702941A (zh) * 2004-05-26 2005-11-30 通用电气公司 用于电机中的转子冷却的可变节距岐管
CN101017816A (zh) * 2007-02-16 2007-08-15 上海集成电路研发中心有限公司 具有渐变金属导体线宽及间距的片上螺旋电感的设计方法
CN101556855A (zh) * 2008-01-30 2009-10-14 株式会社东芝 倾斜磁场线圈、磁共振成像装置、以及倾斜磁场线圈的制造方法
JP2011196440A (ja) * 2010-03-18 2011-10-06 Tsubakimoto Chain Co 可変速動力伝達機構
CN102645490A (zh) * 2012-04-18 2012-08-22 北京工业大学 一种频率可调的纵向模态磁致伸缩传感器
CN105359230A (zh) * 2013-07-17 2016-02-24 罗德施瓦兹两合股份有限公司 用于具有高的高频功率的开关装置的线圈
CN206516211U (zh) * 2017-02-23 2017-09-22 江南大学 一种线圈疏密度可调的螺线管

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002130369A (ja) * 2000-10-27 2002-05-09 Tokico Ltd 電磁サスペンション装置
CN1702941A (zh) * 2004-05-26 2005-11-30 通用电气公司 用于电机中的转子冷却的可变节距岐管
CN101017816A (zh) * 2007-02-16 2007-08-15 上海集成电路研发中心有限公司 具有渐变金属导体线宽及间距的片上螺旋电感的设计方法
CN101556855A (zh) * 2008-01-30 2009-10-14 株式会社东芝 倾斜磁场线圈、磁共振成像装置、以及倾斜磁场线圈的制造方法
JP2011196440A (ja) * 2010-03-18 2011-10-06 Tsubakimoto Chain Co 可変速動力伝達機構
CN102645490A (zh) * 2012-04-18 2012-08-22 北京工业大学 一种频率可调的纵向模态磁致伸缩传感器
CN105359230A (zh) * 2013-07-17 2016-02-24 罗德施瓦兹两合股份有限公司 用于具有高的高频功率的开关装置的线圈
CN206516211U (zh) * 2017-02-23 2017-09-22 江南大学 一种线圈疏密度可调的螺线管

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110514192A (zh) * 2019-08-13 2019-11-29 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种磁场产生装置
CN112071553A (zh) * 2020-09-21 2020-12-11 北京海澳达科技有限公司 螺线管线圈及其制造方法和包括螺线管线圈的磁测量设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN109616276B (zh) 2020-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109616276A (zh) 一种不等间距螺线管
CN105527594B (zh) 一种大均匀区三维磁线圈及其制造方法
CN105447223B (zh) 一种磁屏蔽环境下的高均匀区磁场线圈设计方法
CN102565728B (zh) 一种圆柱形软磁材料磁导率测量方法
JP6697187B2 (ja) 固体ｎｍｒ装置及びマジック角調整方法
CN104819712A (zh) 一种用于微型核磁共振陀螺仪的磁补偿线圈结构件
Rudd et al. Optimum spacing of square and circular coil pairs
JP5876145B2 (ja) 実質的に均一な磁場を発生させるための磁気ソレノイド
US8247977B2 (en) Induction coil, a plasma generator and a plasma generating method
CN105070455B (zh) 一种径向开口的无矩螺线管磁场线圈
CN106646732A (zh) 一种环形应力区-双折射保偏光纤及其制备方法
CN106971806B (zh) 一种核磁共振陀螺仪的三维Braunbeck驱动线圈
JP2012517108A (ja) 実質的均一磁場を発生させるための磁気ソレノイド
CN212516755U (zh) 螺线管线圈和包括螺线管线圈的磁测量设备
CN103871710A (zh) 一种正八边形三环磁场线圈
CN105424022A (zh) 一种核磁共振陀螺仪的磁场线圈结构
Hosoya et al. Coils for generating uniform fields in a cylindrical ferromagnetic shield
JP2006006689A (ja) 均一磁場発生装置
US11169298B2 (en) Shaped sensor coil for attenuating motion-induced noise during remote field testing of pipe
RU2522191C2 (ru) Катушки гельмгольца-ишкова
CN103176153B (zh) 高分辨率核磁共振分析装置
Murgatroyd et al. Inverse Helmholtz pairs
CN112444761B (zh) 一种八边形轴向匀场线圈设计方法
US6765381B2 (en) Extended maxwell pair gradient coils
CN205308566U (zh) 一种产生梯度弱磁场的线圈磁系

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant