CN109839605B - 一种高精度磁场测量感应线圈的电缆结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度磁场测量感应线圈的电缆结构，其特点是：该电缆结构由两段不同结构的电缆通过同轴电缆接头连接而成：连接感应线圈探头一端的、被包围在加速器磁铁内的电缆为双绞线电缆，连接积分器一端的加速器磁铁以外的电缆为带双层屏蔽的同轴电缆，同轴电缆外屏蔽层与积分器外壳相连并进行接地。本发明将两种电缆结构组合使用，解决了本领域长期以来的疑难问题，即：当感应线圈放置在磁铁内，需要通过长电缆与磁铁外面的积分器相连，此时测量信号极易受到连接电缆的电磁干扰信号影响的疑难问题。组合以后的效果是组合以前单一使用双绞线或单一使用同轴电缆所所不能达到的效果。

Description

一种高精度磁场测量感应线圈的电缆结构

技术领域

本发明属于磁场测量技术领域，尤其涉及一种高精度磁场测量感应线圈探头的电缆结构。

背景技术

感应线圈在磁场中运动感生出电动势，通过测量电动势随时间的积分值可以得到磁场的变化量。感应线圈法需要配套积分器进行磁场测量，是一种高精度的磁场测量方法，测量磁场范围广，广泛用于各种磁铁或加速器的磁场测量。

在磁铁磁场测量领域，有时需要的磁场测量相对精度好于10^-4，对应要求感应线圈感生的电压测量精度在μV量级。感应线圈放置在磁铁内，需要通过长电缆与磁铁外面的积分器相连，测量信号极易受到连接电缆的电磁干扰信号的影响。一方面，电缆在磁铁中的部分切割磁场会产生额外的电动势，带来测量误差，另一方面，外部交变电场噪声与电缆形成寄生电容，电缆自身的振动也会带来电缆上的电荷积累，从而影响积分器测量结果。目前感应线圈电缆的选择有两种：(1)采用带屏蔽的双绞线，电缆在磁场中移动时产生的电动势相互抵消，但屏蔽层在磁场中运动会产生涡流，经积分器外壳传入地，形成回路电流，影响测量结果；(2)采用电屏蔽同轴线，可以较好地防止振动或外部噪声电场的干扰，但同轴线在磁场中运动产生额外的电动势。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种高精度磁场测量感应线圈的电缆结构，目的是解决电缆在磁场中运动产生的额外电动势，以及在外部交变电场噪声或自身振动作用下产生的电缆表面电荷累积对测量结果的影响。

本发明为解决其技术问题采取以下技术方案：

一种高精度磁场测量感应线圈的电缆结构，其特点是：该电缆结构由两段不同结构的电缆通过同轴电缆接头连接而成：连接感应线圈探头一端的、被包围在加速器磁铁内的电缆为双绞线电缆，连接积分器一端的加速器磁铁以外的电缆为带双层屏蔽的同轴电缆，同轴电缆外屏蔽层与积分器外壳相连并进行接地。

所述双绞线由较细的漆包线密绞而成，并进行浇铸固定，漆包线的直径小于0.1mm,双绞线单位cm内绞的次数在20～50次之间。

所述带双层屏蔽的同轴电缆包含两根内芯，每根内芯均带独立的屏蔽层，同时两根内芯又包裹在一层外部屏蔽层内，两根内芯中心的距离小于2mm。

所述双绞线和同轴电缆的分界在于，处于加速器磁铁磁场中随探头一起运动的部分为双绞线，而处于加速器磁铁以外的磁场位置相对固定的部分为同轴电缆，双绞线两个端头焊接在同轴线电缆接头上，并用绝缘胶带缠绕进行保护。

本发明的优点效果

1、本发明克服了长期以来的偏见，综合考虑了磁场中切割磁力线部分电缆的磁屏蔽和磁场外非切割磁力线部分电缆的电屏蔽，将满足磁屏蔽需求和满足电屏蔽需求的两种不同结构电缆连接后分段使用：对处于加速器磁场切割磁力线的部分电缆采用双绞线电缆，对处于加速器磁场以外非切割磁力线的部分电缆采用同轴电缆，提高了磁场测量的精度。

2、本发明将两种电缆结构组合使用，解决了本领域长期以来的疑难问题，即：当感应线圈放置在磁铁内，需要通过长电缆与磁铁外面的积分器相连，此时测量信号极易受到连接电缆的电磁干扰信号影响的疑难问题。组合以后的效果是组合以前单一使用双绞线或单一使用同轴电缆所所不能达到的效果。

附图说明

图1为磁铁中感应线圈磁场测量方案；

图2双芯双屏蔽同轴电缆示意；

1-1、1-2：加速器磁铁上下部分；2-加速器磁铁间磁极线；3-感应线圈；4-双绞线；5-双绞线浇铸绝缘层；6-同轴电缆接头；7-双屏蔽同轴电缆；7-1：外屏蔽层；7-2-内屏蔽层；7-3-两根导电芯；8-积分器。

具体实施方式

发明原理

1、感应线圈磁场测量原理

感应线圈磁场测量方法采用电磁感应原理进行磁场测量，感应线圈在磁场中运动产生电动势V，积分器通过电缆连接测量感应线圈两端的电压，并对电压进行时间积分，获得磁场变化值,可用公式表示为：

ΔB＝∫Vdt/S

其中，ΔB为测量磁场差值，V为感应线圈感生电压，t为时间，S为感应线圈的面积。

2、双绞线的磁屏蔽原理

导线在磁场中运动会产生电动势，双绞线会使相邻绞线产生的电动势方向相反，因而相互抵消，起到类似屏蔽磁场的效果，磁屏蔽的效果取决于单位长度内绞的次数，绞得越密，屏蔽效果越好。

3、同轴电缆的电屏蔽原理

环境中交变电场与线圈电缆形成寄生电容，电场的变化会在电缆表面累积电荷，影响积分器从电缆两端测得的电压，接地可以减少交变电场的耦合作用，同轴电缆采用双层屏蔽，外部屏蔽层把累积电荷导入大地，内部屏蔽层感应到的交变电场作用非常小，对内芯的影响就更小了。

4、本发明电缆的电磁屏蔽原理

连接感应线圈和积分器的电缆会给测量结果带来电磁干扰，处于磁场中的部分电缆包围在磁铁内，本身起到一定的屏蔽外部电磁干扰的影响，但电缆在磁铁中运动切割磁场本身会带来测量误差，因而这部分采用密绞的双绞线可以屏蔽大部分切割磁场产生的电流影响；而在加速器外部分，磁场作用较小，因而主要受到电缆寄生电容或振动带来的电荷积累的影响，采用双层屏蔽的同轴电缆可以起到良好的电屏蔽作用；同时两根内芯距离较小，切割外部磁场的影响也可以减到最小。

基于以上发明原理，本发明设计了一种高精度磁场测量感应线圈的电缆结构。

1-1、1-2：加速器磁铁上下部分；2-加速器磁铁间磁极线；3-感应线圈；4-双绞线；5-双绞线浇铸绝缘层；6-同轴电缆接头；7-双屏蔽同轴电缆；7-1：外屏蔽层；7-2-内屏蔽层；7-3-两根导电芯；8-积分器。

一种高精度磁场测量感应线圈的电缆结构如图1、图2所示，其特点是：该电缆结构由两段不同结构的电缆通过同轴电缆接头连接而成：连接感应线圈3探头一端的、被包围在加速器磁铁1-1、1-2内的电缆为双绞线电缆4，连接积分器8一端的加速器磁铁1-1、1-2以外的电缆为带双层屏蔽的同轴电缆7，同轴电缆外屏蔽层7-1与积分器外壳8相连并进行接地。

所述双绞线4由较细的漆包线密绞而成，并进行浇铸固定，漆包线的直径小于0.1mm,双绞线单位cm内绞的次数在20～50次之间。

所述带双层屏蔽的同轴电缆7包含两根内芯7-3，每根内芯7-3均带独立的屏蔽层7-2，同时两根内芯7-3又包裹在一层外部屏蔽层7-1内，两根内芯7-3中心的距离小于2mm。

所述双绞线4和同轴电缆7的分界在于，处于加速器磁铁1-1、1-2磁场中随探头一起运动的部分为双绞线4，而处于加速器磁铁以外的磁场位置相对固定的部分为同轴电缆7，双绞线4两个端头焊接在同轴线电缆接头6上，并用绝缘胶带缠绕进行保护。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例。

Claims (4)

1.一种高精度磁场测量感应线圈的电缆结构，其特征在于：该电缆结构由两段不同结构的电缆通过同轴电缆接头连接而成：连接感应线圈探头一端的、被包围在加速器磁铁内的电缆为双绞线电缆，连接积分器一端的加速器磁铁以外的电缆为带双层屏蔽的同轴电缆，同轴电缆外屏蔽层与积分器外壳相连并进行接地。

2.根据权利要求1所述一种高精度磁场测量感应线圈的电缆结构，其特征在于：所述双绞线由较细的漆包线密绞而成，并进行浇铸固定，漆包线的直径小于0.1mm,双绞线单位cm内绞的次数在20~50次之间。

3.根据权利要求1所述一种高精度磁场测量感应线圈的电缆结构，其特征在于：所述带双层屏蔽的同轴电缆包含两根内芯，每根内芯均带独立的屏蔽层，同时两根内芯又包裹在一层外部屏蔽层内，两根内芯中心的距离小于2mm。

4.根据权利要求1所述一种高精度磁场测量感应线圈的电缆结构，其特征在于：所述双绞线和同轴电缆的分界在于，处于加速器磁铁磁场中随探头一起运动的部分为双绞线，而处于加速器磁铁以外的磁场位置相对固定的部分为同轴电缆，双绞线两个端头焊接在同轴电缆接头上，并用绝缘胶带缠绕进行保护。

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