CN110993252A - 分布式退磁线圈系统、屏蔽装置及退磁方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分布式退磁线圈系统、屏蔽装置及退磁方法，该系统包括多匝退磁线圈以及多个连接导线；屏蔽装置中屏蔽体的每个屏蔽面上均匀间隔缠绕多匝所述退磁线圈，每匝所述退磁线圈一半位于所缠绕的屏蔽体内侧，另一半位于所缠绕的屏蔽体外侧，用于提供相应的退磁磁场，以构成闭合的磁通回路；各连接导线均回折设置于屏蔽面外侧，每个连接导线一半与相对应的各退磁线圈连接，另一半原路反向折回，接入供电模块，用于使其连接的各退磁线圈通入相应的退磁电流。本发明采用了分布式设置的退磁线圈，相较于现有技术能够大幅度提高退磁效果，将屏蔽装置中的静态磁场降低到极低程度，有效解决微弱磁场信号检测时对无磁环境的迫切需求。

Description

分布式退磁线圈系统、屏蔽装置及退磁方法
技术领域
本发明涉及磁场屏蔽技术领域，尤其涉及一种分布式退磁线圈系统、屏蔽装置及退磁方法。
背景技术
屏蔽装置可以屏蔽外界地磁场和环境干扰磁场，提供一个绝对磁场及其微弱的磁场环境。航天工程、国防工业、空间科学、生命科学、基础物理等多种方向的发展都对屏蔽装置提出了应用需求，且随着研究深入，近年来对屏蔽装置的内部磁场环境的要求不断提高。
屏蔽装置内的剩余静态磁场是衡量其近零磁场接近真正零磁场程度的直接指标，采用装置内部空间的静态磁感应强度幅值表示。屏蔽体通常由磁导率很高的屏蔽材料(例如坡莫合金材料)构成，这意味着在屏蔽外界磁场的同时，屏蔽材料也被磁化。外界静态磁场被屏蔽后的参与磁场和材料自身磁场共同决定了剩余静态磁场的大小。为了消除/削弱材料的磁化强度，必须对屏蔽材料进行退磁处理。
某些屏蔽装置为对屏蔽材料进行退磁而设计了退磁线圈系统，能够通过退磁优化屏蔽装置内部的剩余静态磁场，但目前现有技术中的退磁线圈系统往往存在退磁磁场不均匀等弱点，导致屏蔽材料在不同位置的退磁曲线不同，退磁结束后屏蔽材料内部磁化强度不同，屏蔽装置内部的磁场绝对值和梯度分布难以满足日益更新的科学研究和工程测量对清洁磁场环境的迫切需求。
因此，针对以上不足，需要提供一种能够均匀、高效对屏蔽装置进行退磁的退磁线圈系统。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有屏蔽装置的退磁线圈系统通常不能提供均匀退磁磁场、退磁效果较差的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种分布式退磁线圈系统，包括：多匝退磁线圈以及多个连接导线；
屏蔽装置中屏蔽体的每个屏蔽面上均匀间隔缠绕多匝所述退磁线圈，每匝所述退磁线圈一半位于所缠绕的屏蔽体内侧，另一半位于所缠绕的屏蔽体外侧，用于提供相应的退磁磁场，以构成闭合的磁通回路；
各所述连接导线均回折设置于屏蔽面外侧，每个所述连接导线一半为电流去路连接导线，与相对应的各所述退磁线圈连接，另一半为电流回路连接导线，原路反向折回，电流去路连接导线、电流回路连接导线均接入供电模块，用于使其连接的各所述退磁线圈通入相应的退磁电流。
优选地，所述连接导线中，电流回路连接导线设于电流去路连接导线外侧。
优选地，所述供电模块包括控制器，所述控制器与各所述连接导线连接，用于根据用户输入生成相应的控制指令并发送，以控制各所述退磁线圈通入的退磁电流；
所述控制器生成的控制指令包括退磁电流对应的数字波形；
所述供电模块还包括：
数模转换器，与所述控制器连接，用于接收所述数字波形并转换为模拟信号；
分压器，与所述数模转换器连接，用于接收所述模拟信号并调整其幅值；
低通滤波器，与所述分压器连接，用于接收调整幅值后的模拟信号并对其中的高频干扰信号进行滤波处理；
功率放大器，与所述低通滤波器连接，用于接收滤波后的模拟信号并输出大功率退磁电流；
变压器，与所述功率放大器连接，用于接收大功率退磁电流并滤除退磁电流的直流偏置；
继电器，连接所述变压器与所述连接导线，用于控制相应的所述退磁线圈的通断。
优选地，所述退磁线圈通入的退磁电流为线性衰减退磁电流、二阶衰减退磁电流或指数衰减退磁电流。
优选地，所述线性衰减退磁电流的包络线函数表达式为：
Figure BDA0002336774390000031
其中，IM为使得该方向退磁磁场达到饱和的退磁电流，fD为交变电流频率，n为交变周期的个数；
所述二阶衰减退磁电流的包络线函数表达式为：
Figure BDA0002336774390000032
其中，IM为使得该方向退磁磁场达到饱和的退磁电流，fD为交变电流频率，n为交变周期的个数；
所述指数衰减退磁电流的包络线函数表达式为：
Figure BDA0002336774390000033
其中，IM为使得该方向退磁磁场达到饱和的退磁电流，fD为交变电流频率，n为交变周期的个数，b为调节参数，调整指数衰减的下降速度；
所述退磁线圈通入的退磁电流的电流强度表达式为：
I＝IEsin(2πfDt)。
本发明还提供了一种屏蔽装置，包括如上述任一项所述的分布式退磁线圈系统及至少一层屏蔽体。
优选地，所述屏蔽体为中空长方体结构，具有六个平面屏蔽面，其六个平面屏蔽面上均设有多匝所述退磁线圈，每匝退磁线圈一半位于所缠绕的平面屏蔽面内侧，另一半位于平面屏蔽面外侧，沿任一方向设置的四个平面屏蔽面上缠绕的各匝所述退磁线圈平行间隔分布，构成对应该方向的磁通回路，六个平面屏蔽面上相应的所述退磁线圈构成3方向正交的磁通回路。
优选地，任一屏蔽面上缠绕的相邻两匝平行的所述退磁线圈之间的间隔，不超过该屏蔽面沿所述退磁线圈垂向尺寸的1/3。
优选地，所述屏蔽体为中空圆柱体结构，具有一个弧形屏蔽面和两个平面圆形屏蔽面，其弧形屏蔽面上，各匝所述退磁线圈沿圆柱体的周向平行间隔分布，其上下两个平面圆形屏蔽面上，各匝所述退磁线圈沿其所缠绕的平面圆形屏蔽面的周向间隔分布。
本发明还提供了一种退磁方法，该方法基于如上述所述的屏蔽装置实现退磁，且屏蔽装置中各层屏蔽体同时退磁，退磁时间根据最外层屏蔽体尺寸与最内层屏蔽体尺寸的差值设置。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种分布式退磁线圈系统、屏蔽装置及退磁方法，该分布式退磁线圈系统包括多匝退磁线圈，且退磁线圈分布式设置，屏蔽装置的每个屏蔽面上均匀间隔分布有若干退磁线圈，可以产生极其均匀的退磁磁场，使得屏蔽体各处软磁材料受到充分一致的退磁，屏蔽装置所承受的退磁磁场均匀性大大提高，显著提升退磁效果；并且通入退磁线圈的退磁电流的来去回路并排，连接导线内电流所产生的、与目标退磁磁场方向不同的干扰磁场能够自身互相抵消，更进一步降低干扰磁场，提升退磁效果。
附图说明
图1是本发明实施例中一种分布式退磁线圈系统的线圈缠绕结构(3方向)示意图；
图2是本发明实施例中分布式退磁线圈系统产生磁通回路(3方向)示意图；
图3(a)是本发明实施例中分布式退磁线圈系统的线圈缠绕结构(Z方向)示意图；
图3(b)是本发明实施例中分布式退磁线圈系统产生磁通回路(Z方向)示意图；
图4(a)是本发明实施例中分布式退磁线圈系统无磁干扰式的线圈连接方式(对应3方向)示意图；
图4(b)是本发明实施例中分布式退磁线圈系统无磁干扰式的线圈连接方式(仅对应Z方向)示意图；
图5是本发明实施例中分布式退磁线圈系统的供电模块结构框图；
图6(a)为本发明实施例中分布式退磁线圈系统提供的退磁磁场示意图；
图6(b)为图6(a)对应的屏蔽材料内部的磁化曲线示意图；
图7(a)示出了仅在棱边处设置退磁线圈(仅对应Z方向)产生的退磁磁场；
图7(b)示出了分布式退磁线圈系统(仅对应Z方向)产生的退磁磁场；
图7(c)示出了仅在棱边处设置退磁线圈(仅对应X方向)产生的退磁磁场；
图7(d)示出了分布式退磁线圈系统(仅对应X方向)产生的退磁磁场；
图7(e)示出了仅在棱边处设置退磁线圈(仅对应Y方向)产生的退磁磁场；
图7(f)示出了分布式退磁线圈系统(仅对应Y方向)产生的退磁磁场；
图8是本发明实施例中另一种分布式退磁线圈系统的线圈缠绕结构示意图。
图中：1：屏蔽体；2：第一退磁线圈；3：角落孔洞；4：第二退磁线圈；5：边线孔洞；6：电流去路连接导线；7：电流回路连接导线；8：电流输入端口；9：电流输出端口；10：控制器；11：数模转换器；12：分压器；13：低通滤波器；14：功率放大器；15：变压器；16：继电器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的一种分布式退磁线圈系统，包括多匝退磁线圈以及多个连接导线。
屏蔽装置包括至少一层屏蔽材料构成的屏蔽体1，退磁线圈需缠绕屏蔽材料，形成一个闭合的磁通回路，才能在退磁过程中磁化屏蔽材料至饱和。退磁线圈可采用具有绝缘层的铜线绕制，在此不再进一步限定。
具体的，屏蔽装置中屏蔽体1的每个屏蔽面上均匀间隔缠绕多匝退磁线圈。其中，均匀间隔分布包括沿屏蔽面宽度方向、长度方向、高度方向或周向均匀间隔分布(即等角度均匀间隔分布)。
如图1所示，屏蔽体1需穿线位置处开设有线孔，包括设置在屏蔽体1角落附近的角落孔洞3以及设置在屏蔽体1边线附近的边线孔洞5，退磁线圈分别穿入相对应的线孔，进而缠绕屏蔽体1，每匝退磁线圈一半位于所缠绕的屏蔽体1内侧，另一半位于屏蔽体1外侧，产生的磁场位于屏蔽面内，用于提供相应的退磁磁场，以构成闭合的磁通回路。
如图1所示，一个具体实施方式中，对于一个中空长方体结构的屏蔽体1的一个屏蔽面上，设有2个不同方向的退磁线圈：第一退磁线圈2和第二退磁线圈4，屏蔽体1的六个屏蔽面均设置相应的退磁线圈后，可产生如图2所示的3方向正交的磁通回路。具体的，图3(a)示出了分布式退磁线圈系统的线圈缠绕结构(Z方向)示意图，图3(b)示出了分布式退磁线圈系统产生磁通回路(Z方向)示意图，对应Z方向的多匝退磁线圈构成的磁通回路中心轴沿Z方向。
由于退磁线圈间隔分布在整个屏蔽面上，可以产生更为均匀的退磁磁场，使得屏蔽装置各处软磁材料受到充分一致的退磁。相比于仅在屏蔽面边侧(屏蔽体1的棱边处)设置退磁线圈的集中式退磁线圈方案，施加同样的退磁电流，屏蔽装置所承受的退磁磁场均匀性显著提高。
各个连接导线均回折设置于屏蔽面外侧，如图1所示，每个连接导线一半为电流去路连接导线6，与其相对应的各退磁线圈连接，另一半为电流回路连接导线7，原路反向折回，即连接导线的去路与回路并行，二者的路径基本相同。连接导线回折而形成的两个开放端：电流去路连接导线6的一端，即电流输入端口8、电流回路连接导线7的一端，即电流输出端口9，均接入供电模块，用于使连接导线连接的各退磁线圈通入相应的退磁电流，使各退磁线圈根据需要产生退磁磁场。一个连接导线中，与其连接的各退磁线圈同步供电。
本发明所提供的分布式退磁线圈系统中，穿过相应线孔的每匝退磁线圈之间的连接采用了电流磁场互相抵消的连接方式，如图4所示，图4(a)示出了对应3方向的分布式退磁线圈系统无磁干扰式的线圈连接方式示意图，图4(b)示出了仅对应Z方向的分布式退磁线圈系统无磁干扰式的线圈连接方式示意图。当一匝退磁线圈缠绕完毕后，通过连接导线连接至下一退磁线圈位置，两匝退磁线圈中间的连接导线内的电流会产生目标退磁磁场以外的干扰磁场，因此电流回路连接导线7(回路)沿电流去路连接导线6(去路)原路折回使得每个连接导线中退磁电流的来、去回路并行，两个电流产生的磁场互相抵消、互相补偿，因此不产生退磁磁场以外的干扰磁场，确保退磁效果。
优选地，该分布式退磁线圈系统的各个连接导线中，电流回路连接导线7设于电流去路连接导线6的外侧。采用该方式能够使提供退磁磁场的线圈尽量贴合屏蔽材料，减小空气中的漏磁。采用该方式还能够保护连接导线，避免线路供电出现问题。
综上，本发明所提供的分布式退磁线圈系统相较于一般的退磁系统能够大幅度提高退磁效果，将屏蔽装置中的静态磁场降低到极低程度，有效解决微弱磁场信号检测时对无磁环境的迫切需求。
在一些优选的实施方式中，本发明提供的分布式退磁线圈系统中，供电模块包括控制器10，控制器10与各连接导线连接，用于根据用户输入生成相应的控制指令并发送，以控制各退磁线圈通入的退磁电流。通过控制器10可更改分布式退磁线圈系统通入退磁电流的频率、幅值等参数，实现对退磁电流的精密自动控制，避免人工操作引起的误差。
优选地，如图5所示，该供电模块进一步包括数模转换器11、分压器12、低通滤波器13、功率放大器14、变压器15和继电器16。其中，控制器10生成的控制指令包括退磁电流对应的数字波形，即控制器10用于根据用户输入产生退磁电流的可编程数字波形。数模转换器11与控制器10连接，用于接收数字波形并转换为模拟信号，数字波形经由数模转换器11变化为模拟信号用于功率放大。分压器12与数模转换器11连接，用于接收模拟信号并调整其幅值，利用分压器12调整模拟信号幅值适用于功率放大器14的最大输入信号范围，充分利用数模转换器11的精度。低通滤波器13与分压器12连接，用于接收调整幅值后的模拟信号并对其中的高频干扰信号进行滤波处理，滤除高频干扰信号。功率放大器14与低通滤波器13连接，用于接收滤波后的模拟信号并输出大功率退磁电流。变压器15与功率放大器14连接，用于接收大功率退磁电流并滤除退磁电流的直流偏置，避免退磁过程反而对屏蔽装置造成磁化。继电器16连接变压器15与连接导线，用于控制相应的退磁线圈的通断，以更换退磁顺序。供电模块提供退磁电流注入到退磁线圈中，其中连接端子为无磁端子，最终产生退磁磁场。其中，功率放大器14应采用电流源工作模式，以确保控制信号直接控制退磁线圈内的电流，即直接控制退磁磁场。
本发明提供的供电模块能够实现对各退磁线圈通入任意包络函数的退磁电流，并能够保证退磁电流的误差和直流偏移在允许范围内，且能够实现不同层屏蔽体、不同方向(磁通回路中心轴沿不同方向)的退磁线圈的退磁顺序控制，相比人工控制，更为准确、高效、可靠。应用时，功率放大器14由具体屏蔽装置而确定其功率等级。根据屏蔽装置尺寸和屏蔽材料确定退磁磁场应具有的幅值及退磁电流应具有的幅值，退磁线圈选取适宜的导线规格，进而确定功率放大器14应提供的电压值。
请参阅图6，图6(a)为本发明所提供分布式退磁线圈系统在一种具体的实施方式中的退磁磁场，图6(b)为相应的屏蔽材料退磁曲线，横轴为退磁磁场H，纵轴为材料内部的磁感应强度B。进行退磁时，向退磁线圈中施加幅值逐渐减小的交流电流，则屏蔽材料承受逐渐减小的交流退磁磁场；材料跟随该磁场被反复磁化，磁感应强度跟随磁滞回线的变化，涡旋式趋近于零点，当退磁磁场降低至零时，软磁材料的磁化强度和磁感应强度也接近于零。
退磁磁场的幅值大小由退磁电流大小和屏蔽装置的尺寸决定，为了达到最好的退磁效果，退磁磁场初始值应能使屏蔽材料达到饱和。例如，对于坡莫合金类型的屏蔽材料，其内部的磁感应强度应能够达到约0.6～0.8T。对于一个具体的屏蔽装置，应根据具体的屏蔽面尺寸和屏蔽材料，施加合适的退磁的电流初始值。
需要说明的是，图6(a)所示的退磁磁场在整个下降过程中具有14个正弦周期，是为示意退磁磁场的变化规律。实际中本领域技术人员可以采用更多周期的退磁磁场实现退磁，经验证表明，1000～2000个周期的退磁磁场已经具有很好的退磁效果。图6(a)所示的退磁磁场以线性规律随时间而降低幅值(即采用了线性衰减退磁电流)，只是最为简单的一种实现方式，本领域技术人员可以采用其他规律的退磁磁场，例如不同下降速度的指数规律的退磁磁场等。
优选地，本发明分布式退磁线圈系统中，退磁线圈通入的退磁电流为线性衰减退磁电流、二阶衰减退磁电流或指数衰减退磁电流。
进一步地，线性衰减退磁电流的包络线函数表达式为：
Figure BDA0002336774390000101
其中，IM为使得该方向退磁磁场达到饱和的退磁电流，fD为交变电流频率，n为交变周期的个数。
特别地，为了使得退磁过程能够更精细的控制退磁曲线稳步向零趋近，本发明提供的分布式退磁线圈系统还可采用以下两种特定的退磁电流波形实现退磁，即退磁线圈通入的退磁电流为二阶衰减退磁电流或指数衰减退磁电流，以加快退磁磁场强度衰减速度，而使得退磁磁通密度衰减的速度在退磁过程中前后较为一致。
具体的，二阶衰减退磁电流的包络线函数表达式为：
Figure BDA0002336774390000102
其中，IM为使得该方向(磁通回路中心轴沿不同方向)退磁磁场达到饱和的退磁电流，fD为交变电流频率，n为交变周期的个数。
指数衰减退磁电流的包络线函数表达式为：
Figure BDA0002336774390000103
其中，IM为使得该方向(磁通回路中心轴沿不同方向)退磁磁场达到饱和的退磁电流，fD为交变电流频率，n为交变周期的个数，b为调节参数，调整指数衰减的下降速度。
退磁线圈通入的退磁电流的电流强度与包络线函数相关，电流强度表达式为：
I＝IEsin(2πfDt)。
进一步地，为了能够精确控制屏蔽装置中屏蔽材料的退磁曲线，在初始周期应确保材料恰好达到饱和：不饱和导致材料的剩磁Br无法完全消除，而过饱和则导致在有限的退磁时间下，有效的退磁周期个数减少了，本发明提供的分布式退磁线圈系统优选采用不同方向(磁通回路中心轴沿不同方向)的退磁线圈分别独立控制的方法进行退磁，根据各磁路的长短来确定退磁电流的初始幅值。
在一些优选的实施方式中，当屏蔽装置包括不止一层屏蔽体，而是由多层屏蔽体套设组成，不同层屏蔽体上均设有相应的退磁线圈，各层屏蔽体上的退磁线圈的退磁顺序可通过控制器10进行控制。
为实现对屏蔽材料的尽可能彻底地退磁，需要屏蔽装置上不同位置的屏蔽材料尽可能经历相同精度的退磁磁场，即起始退磁磁场一致，退磁磁场降低规律一致，最后时刻的退磁磁场一致。进一步地，为使得对应一个方向的各个退磁线圈通入的退磁电流保持一致，可将屏蔽装置中同一层屏蔽体1上、对应一个方向的各退磁线圈对应的连接导线串联，形成一个电流回路，可以避免退磁线圈分开控制时，由于退磁电流不能完全一致带来的退磁线圈互扰。
实施例二
本发明实施例二提供了一种屏蔽装置，该屏蔽装置包括如上述任一项的分布式退磁线圈系统及至少一层屏蔽体。当屏蔽装置包括多层屏蔽体，各层屏蔽体由内到外逐级套设。
在一些优选的实施方式中，屏蔽体为中空长方体结构(包括正方体结构)，具有六个平面屏蔽面，其六个平面屏蔽面上均设有多匝退磁线圈，每匝退磁线圈一半位于所缠绕的平面屏蔽面内侧，另一半位于平面屏蔽面外侧，沿任一方向设置的四个平面屏蔽面上，缠绕的各匝退磁线圈平行间隔分布，多匝退磁线圈构成对应该方向的磁通回路，如图1至图3所示，长方体的六个平面中，其法向垂直X、Y方向的两组相对的平面(共4个平面)均沿Z方向设置，4个平面上均缠绕有平行间隔设置的多匝退磁线圈，对应产生的退磁磁场构成中心轴沿Z方向的磁通回路。每一屏蔽面上缠绕有两组对应不同方向(磁通回路中心轴沿不同方向)的退磁线圈，六个平面屏蔽面上相应的所有退磁线圈构成3方向正交的磁通回路。即多个退磁线圈产生的合成退磁磁场形成围绕屏蔽装置四面的磁通回路，磁通回路具有中心旋转轴，所有六个屏蔽面的退磁线圈可产生旋转轴分别为X、Y和Z轴的三种退磁磁场。
请参阅图7，本发明对于仅在棱边处设置退磁线圈的技术方案(集中式退磁线圈方案)与本发明提供的技术方案进行了比较，其中色阶单位为磁感应强度单位T，图7(a)示出了仅对应Z方向，集中式退磁线圈方案产生的退磁磁场；图7(b)示出了仅对应Z方向，分布式退磁线圈系统产生的退磁磁场；图7(c)示出了仅对应X方向，集中式退磁线圈方案产生的退磁磁场；图7(d)示出了仅对应X方向，分布式退磁线圈系统产生的退磁磁场；图7(e)示出了仅对应Y方向，集中式退磁线圈方案产生的退磁磁场；图7(f)示出了仅对应Y方向，分布式退磁线圈系统产生的退磁磁场。由图7可知，本发明中退磁线圈不但存在于屏蔽面边缘的棱线处，而且也分布在整个屏蔽面上，对应每一个方向，4个侧面上的磁通分布均匀，顶面和底面上的多余磁场较少，干扰磁场幅值较低。由于退磁后材料内部的磁感应强度分布与微小电流产生的磁场强度的分布一致，因此退磁后材料内部和屏蔽室内部的磁感应强度均匀性提高了。
屏蔽装置中退磁线圈的具体数量、位置可根据屏蔽装置的具体大小、材料及结构等因素综合设置。优选地，为获得较好的退磁效果，任一屏蔽面上缠绕的相邻两匝平行的退磁线圈之间的间隔，不超过该屏蔽面沿该两匝退磁线圈垂向尺寸的1/3，优选间隔不超过垂向尺寸的1/5，此处的垂向尺寸即垂直线圈方向上屏蔽面的尺寸，若各匝退磁线圈沿屏蔽面长度方向平行间隔设置，长度方向与各退磁线圈垂直，长度即垂直线圈方向上屏蔽面的尺寸，相邻两退磁线圈之间间距不超过该屏蔽面长度的1/3(优选1/5)；同理，若各匝退磁线圈沿屏蔽面宽度方向平行间隔设置，相邻两退磁线圈之间间距不超过其宽度的1/3(优选1/5)。
优选地，同一平面屏蔽面上缠绕的各匝退磁线圈连接同一个连接导线，进一步地，同一方向对应的(即构成的磁通回路中心轴沿同一方向)各匝退磁线圈其相应的连接导线串联，以便实现同一方向同步退磁。即，首先将每个平面屏蔽面的各退磁线圈连接为一组，再将沿Z方向设置的4个屏蔽面的所有退磁线圈连接为一组，X、Y方向同理。最终还是具有电流输入输出两个端子。这种连接方式能够简化连接线路，在实际工程中安装线圈更为简单。
如图8所示，在一些优选的实施方式中，屏蔽体还可采用中空圆柱体结构，具有一个弧形屏蔽面和两个平面圆形屏蔽面，其弧形屏蔽面上设有多匝均匀分布退磁线圈，各匝退磁线圈沿圆柱体的周向平行间隔分布，构成磁通回路中心轴沿圆柱体中心对称轴的退磁磁场。其上下两个平面圆形屏蔽面上同样设有多匝均匀分布退磁线圈，各匝退磁线圈沿其所缠绕的平面圆形屏蔽面的周向间隔分布，即平面圆形屏蔽面中心、边缘设有线孔，各匝退磁线圈沿圆形径向设置，绕圆心分布，同样构成磁通回路中心轴沿圆柱体中心对称轴的退磁磁场。特别地，弧形屏蔽面上的退磁线圈可以与平面圆形屏蔽面上的退磁线圈连接，也可不连接。
实施例三
本发明实施例三提供了一种退磁方法，该方法基于上述任一项所述的屏蔽装置实现退磁，且屏蔽装置中各层屏蔽体同时退磁，退磁时间根据最外层屏蔽体尺寸与最内层屏蔽体尺寸的差值设置。
该方法可实现对具有多层屏蔽体的屏蔽装置进行退磁。需要说明的是，本发明提供的分布式退磁线圈系统、屏蔽装置也可根据需要采用其他退磁方法，例如：针对多层屏蔽体上的多匝退磁线圈，自内向外层层退磁、然后自外向内层层退磁，退磁效果比其他退磁顺序更为稳定。进一步地，针对单层屏蔽体或多层屏蔽体中同一层屏蔽体上的多匝退磁线圈，对不同方向(磁通回路中心轴沿不同方向)的退磁线圈优选同时退磁，既减少了退磁所需时间，也能很好的避免不同方向间的干扰，具有更好的退磁效果。
本发明还基于一些具体的退磁方法，对本发明提供的屏蔽装置性能进行了验证，经证明，利用本发明提供的屏蔽装置具有很低的内部剩余静态磁场。某2层坡莫合金屏蔽体与1层铝屏蔽体组成的屏蔽室，内部尺寸长2.78m、宽2.5m、高2.35m，准静态磁场屏蔽系数约为300。在地球磁场约50μT的环境下，外界磁场可被屏蔽至50μT/300即内部静磁场约为167nT。利用本发明屏蔽装置进行退磁后，内部静磁场幅值被磁通门磁传感器测量为低于2nT。某3层坡莫合金屏蔽体与1层铝屏蔽体组成的屏蔽室，内部尺寸长1.85m、宽1.85m、高1.85m，准静态磁场屏蔽系数约为5000。在地球磁场约50μT的环境下，外界磁场可被屏蔽至50μT/5000即内部静磁场约为10nT。利用本发明屏蔽装置进行退磁后，内部静磁场幅值被超导量子干涉仪测量为低于130pT。该磁场环境是比目前为止所发表论文或公开报道中更低的磁场环境。
综上所述，本发明提供了一种分布式退磁线圈系统、屏蔽装置及退磁方法，本发明通过在控制器中定义退磁电流的频率、频率、持续时长、包络函数等，可以实现任意波形的退磁电流，以对退磁磁场进行更为精准、高效的控制；通过分布式退磁线圈，产生均匀分布于屏蔽装置各处位置的退磁磁场；通过无磁干扰的退磁线圈连接方式，使得各连接导线产生的干扰磁场影响可以忽略。本发明能够实现屏蔽装置深度退磁，降低屏蔽装置内部的剩余静态磁场，对采用屏蔽装置进行的生物磁学、基础物理实验、航空磁探测、地磁异常探测等研究具有重要的支撑作用。并且，对应的屏蔽装置包括但不限于各种尺寸的正方体、长方体的屏蔽室、屏蔽箱，以及圆柱类型的屏蔽筒，应用范围较广，且操控便利、精度极高、退磁效果好。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种分布式退磁线圈系统，其特征在于，包括：多匝退磁线圈以及多个连接导线；
屏蔽装置中屏蔽体的每个屏蔽面上均匀间隔缠绕多匝所述退磁线圈，每匝所述退磁线圈一半位于所缠绕的屏蔽体内侧，另一半位于所缠绕的屏蔽体外侧，用于提供相应的退磁磁场，以构成闭合的磁通回路；
各所述连接导线均回折设置于屏蔽面外侧，每个所述连接导线一半为电流去路连接导线，与相对应的各所述退磁线圈连接，另一半为电流回路连接导线，原路反向折回，电流去路连接导线、电流回路连接导线均接入供电模块，用于使其连接的各所述退磁线圈通入相应的退磁电流。
2.根据权利要求1所述的分布式退磁线圈系统，其特征在于：所述连接导线中，电流回路连接导线设于电流去路连接导线外侧。
3.根据权利要求1所述的分布式退磁线圈系统，其特征在于，所述供电模块包括控制器，所述控制器与各所述连接导线连接，用于根据用户输入生成相应的控制指令并发送，以控制各所述退磁线圈通入的退磁电流；
所述控制器生成的控制指令包括退磁电流对应的数字波形；
所述供电模块还包括：
数模转换器，与所述控制器连接，用于接收所述数字波形并转换为模拟信号；
分压器，与所述数模转换器连接，用于接收所述模拟信号并调整其幅值；
低通滤波器，与所述分压器连接，用于接收调整幅值后的模拟信号并对其中的高频干扰信号进行滤波处理；
功率放大器，与所述低通滤波器连接，用于接收滤波后的模拟信号并输出大功率退磁电流；
变压器，与所述功率放大器连接，用于接收大功率退磁电流并滤除退磁电流的直流偏置；
继电器，连接所述变压器与所述连接导线，用于控制相应的所述退磁线圈的通断。
4.根据权利要求1所述的分布式退磁线圈系统，其特征在于：所述退磁线圈通入的退磁电流为线性衰减退磁电流、二阶衰减退磁电流或指数衰减退磁电流。
5.根据权利要求4所述的分布式退磁线圈系统，其特征在于：
所述线性衰减退磁电流的包络线函数表达式为：
Figure FDA0002336774380000021
其中，IM为使得该方向退磁磁场达到饱和的退磁电流，fD为交变电流频率，n为交变周期的个数；
所述二阶衰减退磁电流的包络线函数表达式为：
Figure FDA0002336774380000022
其中，IM为使得该方向退磁磁场达到饱和的退磁电流，fD为交变电流频率，n为交变周期的个数；
所述指数衰减退磁电流的包络线函数表达式为：
Figure FDA0002336774380000023
其中，IM为使得该方向退磁磁场达到饱和的退磁电流，fD为交变电流频率，n为交变周期的个数，b为调节参数，调整指数衰减的下降速度；
所述退磁线圈通入的退磁电流的电流强度表达式为：
I＝IEsin(2πfDt)。
6.一种屏蔽装置，其特征在于：包括如权利要求1-7任一项所述的分布式退磁线圈系统及至少一层屏蔽体。
7.根据权利要求6所述的屏蔽装置，其特征在于：所述屏蔽体为中空长方体结构，具有六个平面屏蔽面，其六个平面屏蔽面上均设有多匝所述退磁线圈，每匝退磁线圈一半位于所缠绕的平面屏蔽面内侧，另一半位于平面屏蔽面外侧，沿任一方向设置的四个平面屏蔽面上缠绕的各匝所述退磁线圈平行间隔分布，构成对应该方向的磁通回路，六个平面屏蔽面上相应的所述退磁线圈构成3方向正交的磁通回路。
8.根据权利要求7所述的屏蔽装置，其特征在于：任一屏蔽面上缠绕的相邻两匝平行的所述退磁线圈之间的间隔，不超过该屏蔽面沿所述退磁线圈垂向尺寸的1/3。
9.根据权利要求6所述的屏蔽装置，其特征在于：所述屏蔽体为中空圆柱体结构，具有一个弧形屏蔽面和两个平面圆形屏蔽面，其弧形屏蔽面上，各匝所述退磁线圈沿圆柱体的周向平行间隔分布，其上下两个平面圆形屏蔽面上，各匝所述退磁线圈沿其所缠绕的平面圆形屏蔽面的周向间隔分布。
10.一种退磁方法，其特征在于：该方法基于如权利要求6所述的屏蔽装置实现退磁，且屏蔽装置中各层屏蔽体同时退磁，退磁时间根据最外层屏蔽体尺寸与最内层屏蔽体尺寸的差值设置。
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