CN211698150U - 抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈。所述抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈，通过将第一亥姆霍兹线圈固定安装在第二亥姆霍兹线圈中，且两者的几何中心和轴线重合设置，并且两者反向串联，且展开面积相等，当受到远端磁场的波动干扰而分别产生感应时，第一亥姆霍兹线圈的感应与第二亥姆霍兹线圈的感应可以直接抵消，从而使外部磁场的波动不再对积分有贡献，从而隔离了远端磁场的波动干扰，从而可以使用到更恶劣的环境中，并且相较于现有亥姆霍兹线圈连接磁通计进行自动或手动漂移偏置调节时准确度也更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及亥姆霍兹线圈技术领域，特别地，涉及一种抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈。
背景技术
亥姆霍兹线圈具有开敞性质，方便永磁材料样品置入或移出，适合用于对永磁材料样品的磁矩测量。现有利用亥姆霍兹线圈对永磁样品或永磁器件的磁矩进行测量的过程具体为：采用提拉法将永磁磁体从线圈的中心移除到线圈的外部，在此过程中因磁场的变化，亥姆霍兹线圈将有感应电压输出V，通过与线圈输出端连接的积分器将获得磁通量φ，将磁通量乘以线圈的磁矩线圈常数K，可获得样品的磁矩M。这也是大家所共知的传统方法。
但是，测试亥姆霍兹线圈不光对永磁磁体的提拉进行感应积分，同时也会对空间磁场的波动进行感应积分，例如地磁波动、远端铁磁物移动引起的磁场变化、远端永磁材料移动引起的磁场变化等，这些远端磁场的波动干扰会对测试亥姆霍兹线圈的感应积分带来干扰，在有远端磁场波动的环境中不能保证测试结果的准确性和重复性。
因此，现有的亥姆霍兹线圈无法适用于周围磁场变化的恶劣环境，在利用磁通计进行自动或手动漂移偏置调节时的准确度也无法控制，由此造成测试获得磁通值的准确度和重复性比较差，甚至无法使用。
实用新型内容
本实用新型提供了一种抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈，有利于解决现有的亥姆霍兹线圈容易受到远端磁场的波动干扰而导致无法适用于周围磁场变化的环境问题，同时也有利于满足磁通计进行自动或手动漂移调节时准确度较低的技术问题。
根据本实用新型的一个方面，提供一种抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈，包括第一亥姆霍兹线圈和第二亥姆霍兹线圈，所述第一亥姆霍兹线圈固定安装在第二亥姆霍兹线圈中，两者的几何中心和轴线均重合，所述第一亥姆霍兹线圈和第二亥姆霍兹线圈反向串联，且两者的展开面积相等。
进一步地，所述第一亥姆霍兹线圈包括第一线圈框架和周向套设在第一线圈框架上的第一对线圈，所述第二亥姆霍兹线圈包括第二线圈框架和周向套设在第二线圈框架上的第二对线圈，所述第二线圈框架的顶端中部镂空，所述第二线圈框架的底端设置有安装板，所述第一线圈框架固定安装在所述安装板上且位于所述第二线圈框架的内部，且所述第一对线圈和第二对线圈反向串联。
进一步地，所述第一亥姆霍兹线圈的线圈总匝数为N1，线圈的单匝平均面积为S1，所述第二亥姆霍兹线圈的线圈总匝数为N2，线圈的单匝平均面积为S2，N1*S1＝N2*S2。
进一步地，所述第一亥姆霍兹线圈的有效半径为R1，所述第二亥姆霍兹线圈的有效半径为R2，N1/N2＝4，R1/R2＝1/2。
进一步地，所述第一亥姆霍兹线圈的线圈匝数为2580匝，有效半径为75mm，所述第二亥姆霍兹线圈的线圈匝数为645匝，有效半径为150mm。
进一步地，所述第一亥姆霍兹线圈和第二亥姆霍兹线圈均为标准的一维亥姆霍兹线圈。
进一步地，所述第一对线圈和第二对线圈的形状为圆形或者方形。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型的抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈，通过将第一亥姆霍兹线圈固定安装在第二亥姆霍兹线圈中，且两者的几何中心和轴线重合设置，并且两者反向串联，且展开面积相等，当受到远端磁场的波动干扰而分别产生感应时，第一亥姆霍兹线圈的感应与第二亥姆霍兹线圈的感应可以直接抵消，从而使外部磁场的波动不再对积分有贡献，从而隔离了远端磁场的波动干扰，从而可以使用到更恶劣的环境中，并且相较于现有亥姆霍兹线圈连接磁通计进行自动或手动漂移亥姆霍兹线圈是一种制造小范围区域均匀磁场的器件，调节时准确度也更高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型优选实施例的抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈的结构示意图。
图2是本实用新型优选实施例的抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈的具体结构示意图。
附图标号说明：
1、第一亥姆霍兹线圈；2、第二亥姆霍兹线圈；11、第一线圈框架；12、第二线圈框架；13、安装板。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
为了便于理解，如图1所示，本实用新型的优选实施例提供一种抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈，用于对永磁样品或永磁器件的磁矩进行测量，其包括第一亥姆霍兹线圈1和第二亥姆霍兹线圈2，所述第一亥姆霍兹线圈1固定安装在第二亥姆霍兹线圈2中，两者的几何中心和轴线均重合，所述第一亥姆霍兹线圈1和第二亥姆霍兹线圈2反向串联，且两者的展开面积相等。具体地，所述第一亥姆霍兹线圈1的线圈总匝数为N1，线圈的单匝平均面积为S1，所述第二亥姆霍兹线圈2的线圈总匝数为N2，线圈的单匝平均面积为S2，则N1*S1＝N2*S2。将本优选实施例的亥姆霍兹磁矩测试线圈应用于永磁样品或永磁器件的磁矩测量时，来自远端的磁场干扰可视为一个较大空间的均匀磁场H(t)，而两个亥姆霍兹线圈相对于干扰磁场而言则可视为空间中放置的4个螺线管，外部磁场的波动通过线圈感应，由于第一亥姆霍兹线圈1和第二亥姆霍兹线圈2的展开面积相等，即N1*S1＝N2*S2，并且第一亥姆霍兹线圈1和第二亥姆霍兹线圈2反向串联，则两个线圈之间的感应直接抵消，从而使外部磁场的波动不再对积分有贡献，从而隔离了远端磁场的波动干扰，从而可以使本实施例的亥姆霍兹磁矩测试线圈应用到更恶劣的环境中，并且相较于现有亥姆霍兹线圈连接磁通计进行自动或手动漂移偏置调节时准确度更高。另外，可以理解，所述第一亥姆霍兹线圈1和第二亥姆霍兹线圈2均为标准的一维亥姆霍兹线圈。
在本实施例中，通过将第一亥姆霍兹线圈1固定安装在第二亥姆霍兹线圈2中，且两者的几何中心和轴线重合设置，并且两者反向串联，且展开面积相等，当受到远端磁场的波动干扰而分别产生感应时，第一亥姆霍兹线圈1的感应与第二亥姆霍兹线圈2的感应可以直接抵消，从而使外部磁场的波动不再对积分有贡献，从而隔离了远端磁场的波动干扰，从而可以使用到更恶劣的环境中，并且相较于现有亥姆霍兹线圈连接磁通计进行自动或手动漂移偏置时准确度也更高。
具体地，如图2所示，所述第一亥姆霍兹线圈1包括第一线圈框架11和周向套设在第一线圈框架11上的第一对线圈，所述第二亥姆霍兹线圈2包括第二线圈框架12和周向套设在第二线圈框架12上的第二对线圈，所述第二线圈框架12的顶端中部镂空，所述第二线圈框架12的底端设置有安装板13，所述第一线圈框架11固定安装在所述安装板13上且位于所述第二线圈框架12的内部，且所述第一对线圈和第二对线圈反向串联。通过在第二线圈框架12的底端设置一块安装板13，然后将第一亥姆霍兹线圈1从第二线圈框架12的顶端中部镂空处放入至第二线圈框架12内且固定安装在所述安装板13上，整个组装过程方便快捷，并且可以确保第一亥姆霍兹线圈1和第二亥姆霍兹线圈2的均匀区充分重叠，确保测量结果更准确。另外，所述第一对线圈和第二对线圈的形状可以是圆形或者方形，即可以采用两个圆形的亥姆霍兹线圈进行组装，也可以采用两个方形的亥姆霍兹线圈进行组装，或者采用一个圆形、一个方形的亥姆霍兹线圈进行组装。
本实施例的亥姆霍兹磁矩测试线圈的线圈常数的标定过程具体为：首先，通过现有方法分别标定第一亥姆霍兹线圈1和第二亥姆霍兹线圈2的线圈磁通常数Kφ1和Kφ2；再通过现有方法分别测得第一亥姆霍兹线圈1和第二亥姆霍兹线圈2的真实磁通量φ1和φ2；采用两个线圈分别测量测试样品的磁矩M，则M＝Kφ1*φ1＝Kφ2*φ2；将两个线圈反向串联形成本实施例的亥姆霍兹磁矩测试线圈，测试样品的真实磁通量φ3，设定亥姆霍兹磁矩测试线圈的线圈常数为Kφ3，则M＝Kφ3*φ3。由于在同样的测试条件下，测试样品的磁矩M是相同的，并且φ3＝φ1-φ2，则Kφ3＝Kφ1*Kφ2/(Kφ2-Kφ1)。最后，再通过φ3＝φ1-φ2计算得到测试样品的真实磁通量φ3，则测试样品的磁矩M＝Kφ3*(φ1-φ2)。
另外，本实施例的亥姆霍兹磁矩测试线圈还可以采用电流磁场法来进行线圈常数的标定，因为第一亥姆霍兹线圈1和第二亥姆霍兹线圈2均为标准的一维亥姆霍兹线圈，则磁场电流常数也满足：H＝I*KI3＝I*(KI1-KI2)，其中，I为线圈通电电流，KI1为第一亥姆霍兹线圈的磁场电流常数，KI2为第二亥姆霍兹线圈的磁场电流常数，KI3为本实施例的亥姆霍兹磁矩测试线圈的磁场电流常数。而线圈的磁场电流常数和磁通常数互为倒数，则KI1＝1/Kφ1，KI2＝1/Kφ2，KI3＝1/Kφ3，将其带入公式KI3＝(KI1-KI2)，则也可以得到Kφ3＝Kφ1*Kφ2/(Kφ2-Kφ1)。
在本实用新型的一实施例中，本实施例的亥姆霍兹磁矩测试线圈的线圈常数的标定过程具体为：采用一个有效半径R1＝75mm的标准一维亥姆霍兹线圈作为第一亥姆霍兹线圈1，该线圈为主线圈，线圈匝数N1为2580匝，漆包线直径为0.25mm，计算其磁通常数Kφ1＝1.397*R1/N1＝1.397*75mm/2580＝0.04061mm。采用一个有效半径R2＝150mm的标准一维亥姆霍兹线圈作为第二亥姆霍兹线圈2，该线圈为补偿远端磁场干扰线圈，根据线圈展开面积预确定匝数N2为645匝。将加工好的线圈，分别在大型均匀磁场中进行180度翻转测试磁通变化，确定线圈匝数达到624匝时(与设计匝数偏差来源于所使用漆包线直径为0.51mm)，满足两线圈展开面积一致，达到对远端磁场补偿的目的，计算第二亥姆霍兹线圈2的磁通常数Kφ2＝1.397*R2/N2＝1.397*150mm/624＝0.33582mm。则可以通过公式Kφ3＝Kφ1*Kφ2/(Kφ2-Kφ1)计算得到亥姆霍兹磁矩测试线圈的磁通常数Kφ3为0.046196。
另外，采用电流磁场法对本实施例的亥姆霍兹磁矩测试线圈进行线圈常数的标定具体为：将第一亥姆霍兹线圈1和第二亥姆霍兹线圈2的几何中心、轴线重合，以此保证两个线圈的均匀区进行叠加，然后主线圈分别通恒流：0.05A和0.1A，采用高斯计测量磁场强度，获得磁场值：15.5Gs和31.0Gs，实际获得第一亥姆霍兹线圈的磁通常数Kφ1＝0.040537mm；然后补偿线圈分别通恒流0.5A和1.0A，采用高斯计测量磁场强度，获得磁场值：18.7Gs和37.4Gs，实际获得第二亥姆霍兹线圈的磁通常数Kφ2＝0.33600mm。将两线圈反向串联后分别通恒流0.05A和0.1A，采用高斯计测量磁场强度，获得磁场值13.6Gs和27.2Gs，实际获得组合线圈(即亥姆霍兹磁矩测试线圈)的磁通常数Kφ1＝0.04620mm，与上述计算得到的计算值高度一致。另外，根据实测值验算Kφ3＝Kφ1*Kφ2/(Kφ2-Kφ1)＝0.04610mm。两种标定方法之间的不确定度为1-0.04610/0.046196＝0.217％，与仪器的极限精度相一致。
还可以理解，在本实用新型的其它实施例中，N1/N2＝4，R1/R2＝1/2。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈，其特征在于，
包括第一亥姆霍兹线圈(1)和第二亥姆霍兹线圈(2)，所述第一亥姆霍兹线圈(1)固定安装在第二亥姆霍兹线圈(2)中，两者的几何中心和轴线均重合，所述第一亥姆霍兹线圈(1)和第二亥姆霍兹线圈(2)反向串联，且两者的展开面积相等。
2.如权利要求1所述的抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈，其特征在于，
所述第一亥姆霍兹线圈(1)包括第一线圈框架(11)和周向套设在第一线圈框架(11)上的第一对线圈，所述第二亥姆霍兹线圈(2)包括第二线圈框架(12)和周向套设在第二线圈框架(12)上的第二对线圈，所述第二线圈框架(12)的顶端中部镂空，所述第二线圈框架(12)的底端设置有安装板(13)，所述第一线圈框架(11)固定安装在所述安装板(13)上且位于所述第二线圈框架(12)的内部，且所述第一对线圈和第二对线圈反向串联。
3.如权利要求1所述的抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈，其特征在于，
所述第一亥姆霍兹线圈(1)的线圈总匝数为N1，线圈的单匝平均面积为S1，所述第二亥姆霍兹线圈(2)的线圈总匝数为N2，线圈的单匝平均面积为S2，N1*S1＝N2*S2。
4.如权利要求3所述的抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈，其特征在于，
所述第一亥姆霍兹线圈(1)的有效半径为R1，所述第二亥姆霍兹线圈(2)的有效半径为R2，N1/N2＝4，R1/R2＝1/2。
5.如权利要求4所述的抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈，其特征在于，
所述第一亥姆霍兹线圈(1)的线圈匝数为2580匝，有效半径为75mm，所述第二亥姆霍兹线圈(2)的线圈匝数为645匝，有效半径为150mm。
6.如权利要求2所述的抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈，其特征在于，
所述第一亥姆霍兹线圈(1)和第二亥姆霍兹线圈(2)均为标准的一维亥姆霍兹线圈。
7.如权利要求2所述的抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈，其特征在于，
所述第一对线圈和第二对线圈的形状为圆形或者方形。
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| CN202020077090.5U CN211698150U (zh) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | 抗远端磁场波动干扰的亥姆霍兹磁矩测试线圈 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115020065A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-09-06 | 北京理工大学 | 一种用于微机器人的线上磁化系统及磁化方法 |
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2020
- 2020-01-14 CN CN202020077090.5U patent/CN211698150U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN115020065A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-09-06 | 北京理工大学 | 一种用于微机器人的线上磁化系统及磁化方法 |
| CN115020065B (zh) * | 2022-06-29 | 2023-09-05 | 北京理工大学 | 一种用于微机器人的线上磁化系统及磁化方法 |
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