CN111025200A - 一种磁场梯度补偿系统 - Google Patents

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韩晓东
张晓锋
周鹰
杨云
蔡逍
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710th Research Institute of CSIC
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/022—Measuring gradient

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Abstract

本发明公开了一种磁场梯度补偿系统，所述补偿系统包括一对补偿线圈和恒流源；每个补偿线圈与磁场均匀区中心距离不小于3倍的补偿线圈长度；通过恒流源给补偿线圈施加电流，根据磁场的磁场梯度改变电流大小和方向，实现对磁场的梯度补偿。本发明能够实现磁场梯度的补偿，满足均匀区磁场梯度使用要求。

Description

一种磁场梯度补偿系统
技术领域
本发明属于电磁场领域，具体涉及一种磁场梯度补偿系统。
背景技术
现在随着磁场测量技术的不断发展，磁传感器的灵敏度越来越高，磁传感器测量对均匀区的要求越来越高。传统的方法为了获得越来越高的均匀区，采用磁场勘探的方式，选择适合地磁梯度的地点安装磁场发生系统；设计均匀区和均匀性高的磁场线圈，二者结合产生适合高灵敏磁传感器测量的低磁场梯度的均匀场。但是由于对均匀区内磁场梯度要求越来越高，采用地磁勘测的方式已经很难找到梯度满足要求的安装地点，而且随着周围环境的改变，安装地点的地磁梯度也会发生改变，地磁梯度不能满足使用要求；磁场线圈由于均匀性的提高、线圈加工和绕制工艺的限制，其均匀区也不能无限提高，这就限制了磁场线圈内部复现磁场梯度的提高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种磁场梯度补偿系统，能够实现磁场梯度的补偿，满足均匀区磁场梯度使用要求。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种磁场梯度补偿系统，所述补偿系统包括一对补偿线圈和恒流源；
每个补偿线圈与磁场均匀区中心距离不小于3倍的补偿线圈长度；通过恒流源给补偿线圈施加电流，根据磁场的磁场梯度改变电流大小和方向，实现对磁场的梯度补偿。
进一步地，所述磁场均匀区为磁场线圈产生的均匀区或人为设置的地磁场工作区。
进一步地，所述补偿线圈采用多层补偿线圈结构，且每层补偿线圈绕组的长径比等于
Figure BDA0002293952040000021
进一步地，补偿磁场线圈产生的磁场梯度时，补偿线圈与磁场线圈串联，实现对磁场线圈产生的不同磁场梯度进行同步补偿。
进一步地，补偿地磁场的磁场梯度时，在磁环境不变的情况下，保持电流恒定不变。
进一步地，所述补偿线圈采用密绕方式绕制。
有益效果：
1、本发明采用补偿线圈产生补偿磁场，与磁场线圈或者地磁场产生的磁场梯度相抵消，实现磁场梯度的补偿，采用磁场补偿系统可以把均匀区磁场梯度补偿到0.1nT以下，这是地磁场环境或者磁场线圈直接产生的磁场不可能达到的。本发明可以分别补偿地磁场的磁场梯度和磁场线圈产生的磁场梯度，保证磁场均匀区内的磁场梯度满足使用要求。其次，本发明采用补偿线圈和恒流源结合的方式，可以改变补偿线圈产生的磁场梯度，在磁场线圈磁场梯度变化后进行再次补偿，保证磁场梯度的稳定性，提高了磁场线圈均匀区的均匀度，可以根据环境变化进行调节，保证磁场线圈内磁场梯度满足要求，操作简单方便，提高了工作效率，降低了产生高均匀度均匀区的研究成本。而且，本发明还可以与磁场噪声补偿系统相配合，在磁场环境比较差的区域，建立高稳定高均匀性的磁场空间，满足高精度磁强计的测试。
2、本发明补偿线圈绕组的长径比满足
Figure BDA0002293952040000022
只会产生一个方向的磁场，在另外的方向不会发散，单轴性好，不干扰其他方向的磁场，磁场补偿的方向性好。
3、本发明补偿线圈与磁场线圈串联，能够对磁场线圈产生的不同磁场梯度进行同步补偿，进一步提高工作效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为补偿线圈的结构示意图；
其中，1-磁场线圈，2-补偿线圈，3-均匀区，4-线圈骨架，5-绕线。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种磁场梯度补偿系统，包括一对补偿线圈2和恒流源。
补偿磁场线圈1产生磁场梯度时，如图1所示，磁场线圈1与恒流源连接，产生磁场，磁场线圈1产生的磁场在均匀区3内存在一定的磁场梯度。补偿线圈2与恒流源连接产生补偿梯度磁场，从而实现梯度补偿。补偿线圈2采用一对，设置在磁场线圈1两侧，每个补偿线圈2与磁场线圈1均匀区3中心距离为r，r≥3L，L为补偿线圈2的长度。当然，根据磁场线圈1产生的磁场梯度不同，在距离r满足上述要求的条件下，可以改变两个补偿线圈2的放置位置，不一定要放置在磁场线圈1两侧，即两个补偿线圈2与均匀区3中心点连线的夹角可为任意角度；两个补偿线圈2的r可以相同，可以不同，根据所需产生的磁场梯度大小进行设置。
根据电流的方向，补偿线圈2产生不同的梯度场，补偿电流的大小和方向根据磁场线圈1的磁场梯度进行选择，两个补偿线圈2电流同向产生线性梯度场，反向产生非线性梯度场。
如图2所示，补偿线圈2的线圈采用密绕方式，绕线5缠绕在线圈骨架4上，为螺线管形式。线圈的长径比
Figure BDA0002293952040000031
L为线圈长度，D为线圈直径。补偿线圈2设在距离三倍补偿线圈2的长度L时，产生的磁场为磁偶极子磁场，可以在轴向上产生磁场，径向方向的磁场可忽略不计，避免补偿线圈2的补偿磁场破坏其他轴向的梯度。计入单层补偿线圈2产生的磁场强度不够，则可以采用多层补偿线圈结构，并保证每层绕组的长径比满足
Figure BDA0002293952040000041
的要求。
补偿线圈2在距离均匀区3中心r(r≥3L)处产生的磁场为：
Figure BDA0002293952040000042
式中：n为绕线5的匝数，I为补偿线圈2的电流，μ0为真空磁导率。可以根据磁场线圈1内部的磁场梯度，计算补偿磁场梯度，进行补偿。
假如需要补偿磁场线圈1轴向磁场，则补偿线圈2轴向放置，给补偿线圈2施加电流，根据磁场梯度的变化来改变补偿线圈2的电流大小和方向，实现梯度补偿。对于径向的磁场梯度，补偿线圈2径向放置，为了补偿磁场线圈1产生不同大小磁场导致的梯度变化，将补偿线圈2与磁场线圈1串联，通过变阻器改变电流的比例，进行同步补偿。
对于地磁场的梯度补偿，人为设置地磁场工作区，采用与补偿磁场线圈1相同的补偿系统，每个补偿线圈2与地磁场工作区均匀区的中心距离为r，r≥3L，L为补偿线圈2的长度。在磁环境不改变的情况下，电流保证恒定不变。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种磁场梯度补偿系统，其特征在于，所述补偿系统包括一对补偿线圈和恒流源；
每个补偿线圈与磁场均匀区中心距离不小于3倍的补偿线圈长度；通过恒流源给补偿线圈施加电流，根据磁场的磁场梯度改变电流大小和方向，实现对磁场的梯度补偿。
2.如权利要求1所述的磁场梯度补偿系统，其特征在于，所述磁场均匀区为磁场线圈产生的均匀区或人为设置的地磁场工作区。
3.如权利要求1所述的磁场梯度补偿系统，其特征在于，所述补偿线圈采用多层补偿线圈结构，且每层补偿线圈绕组的长径比等于
Figure FDA0002293952030000011
4.如权利要求2所述的磁场梯度补偿系统，其特征在于，补偿磁场线圈产生的磁场梯度时，补偿线圈与磁场线圈串联，实现对磁场线圈产生的不同磁场梯度进行同步补偿。
5.如权利要求2所述的磁场梯度补偿系统，其特征在于，补偿地磁场的磁场梯度时，在磁环境不变的情况下，保持电流恒定不变。
6.如权利要求1所述的磁场梯度补偿系统，其特征在于，所述补偿线圈采用密绕方式绕制。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112382479A (zh) * 2020-10-21 2021-02-19 惠州市明大精密电子有限公司 一种工字电感及其制作方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4906934A (en) * 1988-01-13 1990-03-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Shim coil for nuclear magnetic resonance imaging apparatus
CN101533701A (zh) * 2008-12-09 2009-09-16 中国航天科技集团公司第五研究院第五一四研究所 不均匀磁场的补偿方法
CN104224179A (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 中国科学院电工研究所 一种磁共振成像系统的磁场稳定方法和装置
CN108267791A (zh) * 2018-02-09 2018-07-10 中国科学技术大学 一种用于原子干涉仪探头的磁场系统
CN108267701A (zh) * 2017-12-27 2018-07-10 中国船舶重工集团公司第七0研究所 一种用于磁场复现线圈的环境磁干扰主动补偿系统
CN110133560A (zh) * 2019-05-31 2019-08-16 吉林大学 一种磁力仪测量范围与梯度容限指标测量装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4906934A (en) * 1988-01-13 1990-03-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Shim coil for nuclear magnetic resonance imaging apparatus
CN101533701A (zh) * 2008-12-09 2009-09-16 中国航天科技集团公司第五研究院第五一四研究所 不均匀磁场的补偿方法
CN104224179A (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 中国科学院电工研究所 一种磁共振成像系统的磁场稳定方法和装置
CN108267701A (zh) * 2017-12-27 2018-07-10 中国船舶重工集团公司第七0研究所 一种用于磁场复现线圈的环境磁干扰主动补偿系统
CN108267791A (zh) * 2018-02-09 2018-07-10 中国科学技术大学 一种用于原子干涉仪探头的磁场系统
CN110133560A (zh) * 2019-05-31 2019-08-16 吉林大学 一种磁力仪测量范围与梯度容限指标测量装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112382479A (zh) * 2020-10-21 2021-02-19 惠州市明大精密电子有限公司 一种工字电感及其制作方法
CN112382479B (zh) * 2020-10-21 2022-09-23 惠州市明大精密电子有限公司 一种工字电感及其制作方法

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