CN116299092A - 一种极弱磁性材料梯度磁化场的实现装置及方法 - Google Patents

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赵文纯
程华富
官业欣
何登
肖磊
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Abstract

本发明涉及一种被测材料梯度磁化的实现装置及方法，属于弱磁材料磁化率检测技术领域。通过根据被测材料的磁参数选定材料然后设计出一个立式的锥形磁场结构，克服了现技术受结构特定限制，其磁场均匀区较小、梯度磁化范围小、磁化牵引力不足，其工作腔体仅对可对标准测试样件进行测试，对非标件、极弱磁性材料无法进行有效测量的问题。

Description

一种极弱磁性材料梯度磁化场的实现装置及方法
技术领域
本发明涉及一种被测材料梯度磁化的实现装置及方法，属于弱磁材料磁化率检测技术领域。
背景技术
目前用于材料磁参数测量的主要是Gouy磁天平,运用电磁铁对被测磁性材料进行磁化，受结构特点限制，其磁场均匀区较小、梯度磁化范围小、磁化牵引力不足，其工作腔体仅对可对标准测试样件进行测试，对非标件、极弱磁性材料无法进行有效测量。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种极弱磁性材料的梯度磁化场的实现装置及方法，主要应用于各种新型弱磁材料、无磁材料磁性能的测量领域，能够克服已有技术的缺陷，为了解决现有故依法梯度磁化范围较小，无法实现非标材料、极弱材料的磁性能测试的问题
实现本发明的技术方案如下：
一种极弱磁性材料梯度磁化场的实现装置，包括：锥形芯和磁通线圈；
其中，所述锥形芯作为支撑骨架，其上面立式塔形排布所述磁通线圈，按自顶层向下按照线圈匝数逐层增加绕制励磁线圈，所述锥形芯内设为用于放置被测对象的空心结构。
进一步地，所述锥形芯的锥度为：
Ф＝3HMax
其中，Ф为锥形芯的锥度，HMax为锥形芯的最大磁场强度。
进一步地，所述锥形芯的空心工作腔直径不小于被测材料的直径的1.25倍。
进一步地，所述磁通线圈的绕制匝数：
N1＝2πD
Figure BDA0003968343020000021
Figure BDA0003968343020000022
Figure BDA0003968343020000023
其中，D为锥形芯的空心工作腔直径；Ni为第i层线圈的匝数；σj为锥形内壁第j层绕组的直径。
一种极弱磁性材料梯度磁化场的实现方法，主要包括以下步骤：
步骤一、选定最大磁场强度小于被测材料的最大磁化磁场强度的材料并设计锥形结构的锥度；
步骤二、根据被测对象的尺寸规格，设计锥形芯的空心工作腔直径和第一层线圈的绕制匝数；
步骤三、根据第一层线圈绕制匝数确定线圈的各层直径和线圈各层的绕制匝数；
进一步地，所述设计锥形结构的锥度，锥形芯的锥度设计满足：
Ф＝3HMax
其中，Ф为锥形芯的锥度，HMax为锥形芯的最大磁场强度。
进一步地，所述设计锥形芯的空心工作腔直径和第一层线圈的绕制匝数，锥形芯的空心工作腔直径不小于被测材料的直径的1.25倍，第一层线圈的绕制匝数满足：
N1＝2πD
其中，D为锥形芯的空心工作腔直径；N1为第1层线圈的匝数。
进一步地，所述根据第一层线圈绕制匝数确定线圈的各层直径和线圈各层的绕制匝数，磁通线圈的绕制匝数和直径满足：
N1＝2πD
Figure BDA0003968343020000031
Figure BDA0003968343020000032
Figure BDA0003968343020000033
其中，D为锥形芯的空心工作腔直径；Ni为第i层线圈的匝数；σj为锥形内壁第j层绕组的直径。
有益效果：
1.本发明根据被测材料的最大磁化磁场强度选定锥形芯的材料并设计锥形结构的锥度，相比于原有技术的台型结构，锥形结构的磁场强度更为均匀稳定。
2.锥形芯的空心工作腔直径不小于被测材料的直径的1.25倍，能防止锥形芯与被测材料之间间距过小，磁场准确度低。
3.根据相应公式设定第一层线圈绕制匝数确定线圈的各层直径和线圈各层的绕制匝数，稳定系统的梯度磁化范围。
4.本装置仅包含锥形芯和磁通线圈，所有材料简单，装置组装难度低，所用材料成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
本发明提出一种针对极弱磁性材料的梯度磁化场实现装置及方法，克服了传统结构磁场均匀区较小、梯度磁化范围小、磁化牵引力不足的问题。
一种极弱磁性材料梯度磁化场的实现方法，主要包括以下步骤：
步骤一、选定最大磁场强度小于被测材料的最大磁化磁场强度的材料根据被测材料的最大磁化磁场强度选定锥形芯的材料并设计锥形结构的锥度；
根据锥形芯的最大磁场强度，按照如下公式设计锥形芯的结构：
Ф＝3HMax
其中，Ф为锥形芯的锥度，HMax为锥形芯的最大磁场强度。
步骤二、根据被测对象的尺寸规格，设计锥形芯的空心工作腔直径和第一层线圈的绕制匝数；
锥形芯的空心工作腔直径不小于被测材料的直径的1.25倍，并根据锥形芯的空心工作腔直径，按照如下公式设计第一层线圈的绕制匝数：
N1＝2πD
其中，D为锥形芯的空心工作腔的直径，Ni为第i层线圈的匝数。
步骤三、根据第一层线圈绕制匝数确定线圈的各层直径和线圈各层的绕制匝数。
根据如下公式，计算线圈的第一层绕制匝数和线圈的各层直径和线圈各层的绕制匝数：
Figure BDA0003968343020000051
Figure BDA0003968343020000052
Figure BDA0003968343020000053
其中，D为锥形芯的空心工作腔直径；Ni为第i层线圈的匝数；σj为锥形内壁第j层绕组的直径。
最终制成一个，以锥形空心芯为支撑骨架，其上面立式塔形排布励磁线圈，自顶层向下按照线圈匝数逐层增加绕制励磁线圈的装置(如附图1所示)，该结构可以为放置在空心腔体中的被测材料提供均匀稳定的磁场。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种极弱磁性材料梯度磁化场的实现装置，其特征在于，包括：锥形芯和磁通线圈；
其中，所述锥形芯作为支撑骨架，其上面立式塔形排布所述磁通线圈，按自顶层向下按照线圈匝数逐层增加绕制励磁线圈，所述锥形芯内设为用于放置被测对象的空心结构。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述锥形芯的锥度为：
Ф＝3HMax
其中，Ф为锥形芯的锥度，HMax为锥形芯的最大磁场强度。
3.如权利要求1-2任一项所述的装置，所述锥形芯的空心工作腔直径不小于被测材料的直径的1.25倍。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁通线圈的绕制匝数：
N1＝2πD
Figure FDA0003968343010000011
Figure FDA0003968343010000012
Figure FDA0003968343010000013
其中，D为锥形芯的空心工作腔直径；Ni为第i层线圈的匝数；σj为锥形内壁第j层绕组的直径。
5.基于权利要求1-4任一系统所述的一种极弱磁性材料梯度磁化场的实现方法，主要包括以下步骤：
步骤一、选定最大磁场强度小于被测材料的最大磁化磁场强度的材料并设计锥形结构的锥度；
步骤二、根据被测对象的尺寸规格，设计锥形芯的空心工作腔直径和第一层线圈的绕制匝数；
步骤三、根据第一层线圈绕制匝数确定线圈的各层直径和线圈各层的绕制匝数。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述设计锥形结构的锥度，锥形芯的锥度设计满足：
Ф＝3HMax
其中，Ф为锥形芯的锥度，HMax为锥形芯的最大磁场强度。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述设计锥形芯的空心工作腔直径和第一层线圈的绕制匝数，锥形芯的空心工作腔直径不小于被测材料的直径的1.25倍，第一层线圈的绕制匝数满足：
N1＝2πD
其中，D为锥形芯的空心工作腔直径；N1为第1层线圈的匝数。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据第一层线圈绕制匝数确定线圈的各层直径和线圈各层的绕制匝数，磁通线圈的绕制匝数和直径满足：
N1＝2πD
Figure FDA0003968343010000021
Figure FDA0003968343010000022
Figure FDA0003968343010000023
其中，D为锥形芯的空心工作腔直径；Ni为第i层线圈的匝数；σj为锥形内壁第j层绕组的直径。
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