DE4136834C2 - Magnetic field correction device - Google Patents

Magnetic field correction device

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DE4136834C2
DE4136834C2 DE19914136834 DE4136834A DE4136834C2 DE 4136834 C2 DE4136834 C2 DE 4136834C2 DE 19914136834 DE19914136834 DE 19914136834 DE 4136834 A DE4136834 A DE 4136834A DE 4136834 C2 DE4136834 C2 DE 4136834C2
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Description

Die Erfindung betrifft Magnetfeld-Korrekturvorrichtungen, die beispielsweise bei Elektromagneten verwendet werden, um ein gleichförmiges Feld für eine magnetische Kernresonanz zu erzeugen.The invention relates to magnetic field correction devices, used for example in electromagnets, around a uniform field for a magnetic To generate nuclear magnetic resonance.

Fig. 8 ist eine schematische, perspektivische Darstellung einer bekannten Magnetfeld-Korrekturvorrichtung, die beispielsweise in der JP-OS 52-193230 angegeben wird. Innerhalb einer Spule (3) ist ein Innenzylinder (10) aus einem nichtmagnetischen Werkstoff angeordnet, an dem stabförmige Magnetelemente (2) anhaften. Das durch die Spule (3) erzeugte Magnetfeld ist nicht ausreichend gleichförmig, wie es innerhalb des gleichförmigen Feldbereiches (4) erforderlich ist. Somit sind die Magnetelemente (2) am Innenzylinder (10) befestigt, um die räumliche Verteilung des Magnetfeldes zu modifizieren und die Gleichmäßigkeit des Magnetfeldes innerhalb des gleichförmigen Feldbereiches (4) zu verbessern. Fig. 8 is a schematic perspective view of a known magnetic field correction device, which is given, for example, in JP-OS 52-193230. An inner cylinder ( 10 ) made of a non-magnetic material, to which rod-shaped magnetic elements ( 2 ) adhere, is arranged within a coil ( 3 ). The magnetic field generated by the coil ( 3 ) is not sufficiently uniform, as is required within the uniform field area ( 4 ). The magnetic elements ( 2 ) are thus attached to the inner cylinder ( 10 ) in order to modify the spatial distribution of the magnetic field and to improve the uniformity of the magnetic field within the uniform field region ( 4 ).

Bei der bekannten Vorrichtung sind die Magnetelemente (2) am Innenzylinder (10) an willkürlich ausgewählten Positionen befestigt und die Änderung der Magnetfeldverteilung innerhalb des gleichförmigen Feldbereiches (4) wird experimentell bestimmt. Eine Anordnung der Magnetelemente (2) wird vom Fachmann auf der Grundlage seiner Erfahrung ausgewählt, um die erforderliche Gleichförmigkeit innerhalb des gleichförmigen Feldbereiches (4) zu erreichen.In the known device, the magnetic elements ( 2 ) are attached to the inner cylinder ( 10 ) at arbitrarily selected positions and the change in the magnetic field distribution within the uniform field area ( 4 ) is determined experimentally. An arrangement of the magnetic elements ( 2 ) is selected by the person skilled in the art on the basis of his experience in order to achieve the required uniformity within the uniform field area ( 4 ).

Die vorstehend aufgeführte Magnetfeld-Korrekturvorrichtung hat folgende Nachteile. Die Abmessungen, die Anzahl und die Positionen der Magnetelemente (2) werden hauptsächlich durch die Erfahrung des Montageingenieurs bestimmt. Es gibt keine raschen und festgelegten Regeln zur Bestimmung der Abmessungen, der Anzahl und der Positionen der Magnetelemente (2). Somit werden die Anordnungen der Magnetelemente (2) nicht notwendigerweise optimiert und die Qualität des Magnetfeldes schwankt von einer Vorrichtung zur anderen. Ferner sind die Magnetelemente (2) manchmal an Positionen außerhalb des Bereiches befestigt, in dem der Konstrukteur der Magnetfeld-Korrekturvorrichtung die Magnetelemente (2) anzuordnen wünscht, um Beeinträchtigungen mit anderen Teilchen der Vorrichtung zu vermeiden. The above-mentioned magnetic field correction device has the following disadvantages. The dimensions, the number and the positions of the magnetic elements ( 2 ) are mainly determined by the experience of the assembly engineer. There are no quick and fixed rules for determining the dimensions, the number and the positions of the magnetic elements ( 2 ). Thus the arrangements of the magnetic elements ( 2 ) are not necessarily optimized and the quality of the magnetic field fluctuates from one device to another. Furthermore, the magnetic elements ( 2 ) are sometimes attached at positions outside the area in which the designer of the magnetic field correction device desires to place the magnetic elements ( 2 ) in order to avoid interference with other particles of the device.

Aus der Druckschrift WO 88/08126 ist eine Formel zur Entwicklung des Magnetfelds Hz in einer ein Magnetfeld erzeugenden Vorrichtung bekannt. Ferner wird ein System beschrieben, welches aus einer Anzahl von ferromagnetischen Teilen besteht, um bestimmte Terme in der Gleichung, welche verschieden von der nullten Ordnung sind, zu beseitigen. Die Entwicklungsformel enthält Terme, welche gemessene Feldverzerrungen darstellen.A formula for developing the magnetic field H z in a device generating a magnetic field is known from the publication WO 88/08126. Also described is a system consisting of a number of ferromagnetic parts to remove certain terms in the equation that are different from the zero order. The development formula contains terms that represent measured field distortions.

Der Artikel "Shimming Solenoidal Magnets" von John H. Coupland in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A256 (1987), S. 174-179, beschreibt theoretische Grundlagen zum Trimmen von Solenoid-Magneten. Es wird ein mathematischer Ausdruck für das Magnetfeld eines langen Trimmelements angegeben. Diese Druckschrift enthält jedoch keine Hinweise auf die Anordnung und Dimensionierung von Trimmelementen, um damit gezielt bestimmte Fehlerordnungen zu beseitigen.The article "Shimming Solenoidal Magnets" by John H. Coupland in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A256 (1987) pp. 174-179 describes theoretical Basics of trimming solenoid magnets. It will be a mathematical expression for the magnetic field of a long Trimmings specified. However, this document contains no evidence of the arrangement and dimensioning of Trimming elements in order to target specific error orders remove.

Aus den US-Patenten 4,698,611 und 4,803,433 sind Anordnungen zum Trimmen von Magneten bekannt, welche jedoch beide keine Hinweise auf die Dimensionierung bzw. Anordnung der verwendeten Trimmelemente geben, um damit bestimmte Fehlerordnungen eines Magnetfeldes zu korrigieren.From US Patents 4,698,611 and 4,803,433 there are arrangements known for trimming magnets, but neither of them Notes on the dimensioning or arrangement of the used trim elements to give certain Correct error orders of a magnetic field.

Die Offenlegungsschrift DE-40 21 345 A1, welche erst nach dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde, selbst jedoch einen älteren Zeitrang hat, beschreibt eine passive Kompensationsanordnung zur Homogenisierung eines Magnetfelds. In einer solchen Kompensationsanordnung werden passive Kompensationselemente, welche aus zwei Elementen bestehen, die unterschiedlich lang sind und unterschiedliche Stirnflächen aufweisen, in nicht-magnetische Halter an der Innenwand eines Stützzylinders einer Zylinderspule 3 angeordnet. Um in einem bestimmten Bereich des Magnetfelds Terme erster und höherer Ordnung in einer Komponente des Magnetfeldes zum Verschwinden zu bringen, wird einerseits ein bestimmter Einbauwinkel gewählt, und andererseits werden die Kompensationselemente bezüglich der zur magnetischen Achse senkrechten Ebene symmetrisch angeordnet. Durch die Nullsetzung zweier Entwicklungsterme in dem mathematischen Ausdruck für die Magnetfeldkomponente werden bestimmte Stirnflächenwinkel der Kompensationselemente bestimmt und daraus ein Stirnflächenverhältnis der Elemente abgeleitet.The published patent application DE-40 21 345 A1, which was only published after the priority date of the present application, but which itself has an older seniority, describes a passive compensation arrangement for the homogenization of a magnetic field. In such a compensation arrangement, passive compensation elements, which consist of two elements, which are of different lengths and have different end faces, are arranged in non-magnetic holders on the inner wall of a support cylinder of a solenoid 3 . In order to make terms of first and higher order disappear in a component of the magnetic field in a certain region of the magnetic field, a certain installation angle is selected on the one hand, and on the other hand the compensation elements are arranged symmetrically with respect to the plane perpendicular to the magnetic axis. By zeroing two development terms in the mathematical expression for the magnetic field component, certain end face angles of the compensation elements are determined and an end face ratio of the elements is derived therefrom.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Korrekturvorrichtung zu schaffen, mittels welcher sich die Anordnung und die Abmessungen von Magnetelementen, die zur Korrektur von Inhomogenitäten eines Magnetfeldes verwendet werden, auf einfache Weise ergeben.The object of the invention is a To create correction device by means of which the Arrangement and dimensions of magnetic elements used for Correction of inhomogeneities in a magnetic field is used will result in a simple way.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen bezeichneten Magnetfeld-Korrekturvorrichtungen gelöst. This object is achieved by the in the claims designated magnetic field correction devices solved.  

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Elektromagnetvorrichtung, die mit einer erfindungsgemäßen Magnetfeld-Korrekturvorrichtung ausgestattet ist; Fig. 1 is a cross sectional view of a solenoid device, which is equipped with an inventive magnetic field correction device;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht der Vorrichtung nach Fig. 1; Fig. 2 is a longitudinal sectional view of the device of Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung, die die umfangsseitige Position eines Trimmagnetelementes (magnetic shim) (nachfolgend auch als Magnetelement bezeichnet) darstellt; Fig. 3 is a schematic cross-sectional view showing the circumferential position of a trim magnetic element (magnetic shim) (hereinafter also referred to as a magnetic element);

Fig. 4 eine schematische Längsschnittansicht eines Trimmagnetelementes; Fig. 4 is a schematic longitudinal sectional view of a Trimmagnetelementes;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Trimmagnetelementes, das aus zwei Stabkomponenten besteht; Fig. 5 is a perspective view of a trim magnetic element consisting of two rod components;

Fig. 6 eine Kurvendarstellung, die die Werte einer Funktion g(alpha) gegenüber einem Endwinkel (alpha) angibt; Fig. 6 is a graph showing the values of a function g indicates the (alpha) relative to a final angle (alpha);

Fig. 7 eine Darstellung eines Beispiels der Umfangswinkelpositionen der nichtmagnetischen Rohre zur Aufnahme der Trimmagnetelemente; und Fig. 7 is an illustration of an example of the circumferential angular positions of the non-magnetic tubes for receiving the trim magnetic elements; and

Fig. 8 eine schematische, perspektivische Darstellung einer bekannten Magnetfeld-Korrekturvorrichtung. Fig. 8 is a schematic perspective view of a known magnetic field correction device.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile oder Abschnitte.In the drawings, the same reference numerals are used same or corresponding parts or sections.

Unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen werden nunmehr bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.With reference to the accompanying drawings now preferred embodiments of the invention described.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Elektromagnetvorrichtung, die mit einer erfindungsgemäßen Magnetfeld-Korrekturvorrichtung ausgestattet ist, und Fig. 2 zeigt eine Längsschnittdarstellung der Vorrichtung nach Fig. 1. Fig. 1 shows a cross-sectional view of a solenoid device, which is equipped with an inventive magnetic field correction device, and FIG. 2 1 is a longitudinal sectional view of the apparatus of FIG..

Ein Innenzylinder (10) ist koaxial innerhalb einer zylinderförmigen Spule (3) angeordnet, die in ihr das Hauptmagnetfeld erzeugt. Eine Anzahl nichtmagnetischer Rohre (1) aus nichtmagnetischem Werkstoff sind an der Innenfläche des Innenzylinders (10) derart befestigt, daß die Magnetelemente (2) selektiv in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre (1) eingeführt und aus ihnen entfernt werden können. Zur Vereinfachung zeigen die Fig. 1 und 2 nur die nichtmagnetischen Rohre (1) und die Magnetelemente (2) zur Korrektur des positiven linearen X-Komponente-Fehlerfeldes. Wie nachstehend beschrieben wird, wird das Feld innerhalb eines gleichförmigen Feldbereiches (4) mittels der Felder homogen gemacht, die durch die Magnetelemente (2) erzeugt werden. An inner cylinder ( 10 ) is arranged coaxially within a cylindrical coil ( 3 ), which generates the main magnetic field in it. A number of non-magnetic tubes ( 1 ) made of non-magnetic material are attached to the inner surface of the inner cylinder ( 10 ) in such a way that the magnetic elements ( 2 ) can be selectively inserted into and removed from the respective non-magnetic tubes ( 1 ). For simplification, FIGS. 1 and 2 show only the non-magnetic tubes ( 1 ) and the magnetic elements ( 2 ) for correcting the positive linear X-component error field. As will be described below, the field is made homogeneous within a uniform field region ( 4 ) by means of the fields generated by the magnetic elements ( 2 ).

Erfindungsgemäß werden die Parameter (die Anzahl, die umfangsseitigen und axialen Positionen, die Querschnittsflächen etc.) der Magnetelemente in Einklang mit der Erfindung bestimmt, um bestimmten vorgegebenen Beziehungen zu genügen. Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die die umfangsseitige Position eines Trimmagnetelementes angibt, und Fig. 4 ist eine schematische Längsschnittansicht eines Trimmagnetelementes. In den Fig. 3 und 4 hat ein stabförmiges Trimmagnetelement (2) eine Querschnittsfläche (A) und ist in einem Radius (a) relativ zur Z-Achse angeordnet und in einem Winkel (psi) gegenüber der X-Achse. Die beiden Enden des Trimmagnetelementes (2) bildet einen größeren Winkel (alpha I) (der als "äußerer Endwinkel" bezeichnet wird) und einen kleineren Winkel (alpha II) (der als "innerer Endwinkel" bezeichnet wird) mit der Z-Achse, die mit der Mittelachse der Spule (3) zusammenfällt. Die X-Y-Ebene schneidet die Spule (3) in ihrem Mittelpunkt, so daß der Ursprung (0, 0, 0) mit dem Mittelpunkt des gleichförmigen Feldbereiches (4) zusammenfällt. Die Position eines willkürlichen Punktes (P) innerhalb des gleichförmigen Feldbereiches (4) wird durch die Polarkoordinaten (r, Theta, Phi) dargestellt.According to the invention, the parameters (the number, the circumferential and axial positions, the cross-sectional areas, etc.) of the magnetic elements are determined in accordance with the invention in order to satisfy certain predetermined relationships. Fig. 3 is a schematic cross-sectional view indicating the circumferential position of a Trimmagnetelementes, and Fig. 4 is a schematic longitudinal sectional view of a Trimmagnetelementes. In FIGS. 3 and 4 has a rod-shaped Trimmagnetelement (2) a cross-sectional area (A) and is in a radius (a) relative to the Z-axis disposed at an angle (psi) relative to the X-axis. The two ends of the trim magnet element ( 2 ) form a larger angle (alpha I) (which is referred to as the "outer end angle") and a smaller angle (alpha II) (which is referred to as the "inner end angle") with the Z axis, which coincides with the central axis of the coil ( 3 ). The XY plane intersects the coil ( 3 ) in its center, so that the origin (0, 0, 0) coincides with the center of the uniform field area ( 4 ). The position of an arbitrary point (P) within the uniform field area ( 4 ) is represented by the polar coordinates (r, theta, phi).

Somit wird die Z-Komponente (Bz) des durch ein Trimmagnetelement (2) am Punkt (p) erzeugten Magnetfeldes wie folgt dargestellt:
The Z component (Bz) of the magnetic field generated by a trim magnetic element ( 2 ) at point (p) is thus represented as follows:

wobei
K eine Konstante ist, die durch die magnetischen Eigenschaften des Trimmagnetelementes bestimmt wird,
Epsilon m der Neumann-Koeffizient ist, der für m = 0 gleich 1 ist, und der im übrigen gleich 2 ist; und
Pmn stellt das zugeordnete Legendresche Polynom n-ten Grades und m-ter Ordnung dar.
in which
K is a constant which is determined by the magnetic properties of the trim magnetic element,
Epsilon m is the Neumann coefficient, which is equal to 1 for m = 0 and which is otherwise equal to 2; and
P m n represents the assigned legend threshing polynomial of the nth degree and mth order.

Der Zusammenhang zwischen den Ausdrücken in dem Polarkoordinatenausdruck (1) und jenen in kartesischen Koordinaten wird bis zu n = 2 in der unten stehenden Tabelle 1 angegeben:The relationship between the expressions in the Polar coordinate expression (1) and that in Cartesian Coordinates will be up to n = 2 in the below Table 1 stated:

TABELLE 1 TABLE 1

In obiger Tabelle 1 entsprechen die ganzen Zahlen n und m jenen der vorstehenden Gleichung (1).In Table 1 above, the integers correspond to n and m that of equation (1) above.

Andererseits wird die Z-Komponente (Bcz) des Magnetfeldes, das durch die Spule (3) in dem gleichförmigen Feldbereich (4) erzeugt wird, bis zu den Ausdrücken zweiter Ordnung wie folgt ausgedrückt:
On the other hand, the Z component (Bcz) of the magnetic field generated by the coil ( 3 ) in the uniform field region ( 4 ) is expressed up to the second-order terms as follows:

Bcz = B0 +A1X + A2Y + A3ZX + A4ZY + A5XY + A6(X2 - Y2) (2)
B cz = B 0 + A 1 X + A 2 Y + A 3 ZX + A 4 ZY + A 5 XY + A 6 (X 2 - Y 2 ) (2)

wobei (B0) das Magnetfeld am Ursprung (0,0,0) darstellt, und der Ausdruck (A1X) beispielsweise die lineare oder Fehlerkomponente erster Ordnung längs der X-Achse darstellt.where (B 0 ) represents the magnetic field at the origin (0,0,0), and the expression (A1X) represents, for example, the linear or error component of the first order along the X-axis.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Fehlerglieder bis zur zweiten Ordnung gemäß der Gleichung (2) kompensiert und mittels der Magnetelemente (2) eliminiert, so daß das Magnetfeld innerhalb des gleichförmigen Feldbereiches (4) im wesentlichen gleichförmig gemacht wird. Somit werden die Ausdrücke (A1X, A2Y, A3ZX etc.) mittels des durch die Magnetelemente (2) erzeugten Magnetfeldes kompensiert. Nachfolgend wird die Anordnung (Positionen und Abmessungen) der Magnetelemente (2) zur Kompensation des X-Komponente-Fehlers (A1X) beispielsweise beschrieben.According to one embodiment of the invention, the error elements are compensated up to the second order according to equation (2) and eliminated by means of the magnetic elements ( 2 ), so that the magnetic field is made substantially uniform within the uniform field region ( 4 ). The expressions (A1X, A2Y, A3ZX etc.) are thus compensated for by means of the magnetic field generated by the magnetic elements ( 2 ). The arrangement (positions and dimensions) of the magnetic elements ( 2 ) for compensating for the X component error (A1X) is described below, for example.

Wie aus Gleichung (1) hervorgeht, ist die Anzahl der durch ein Trimmagnetelement (2) erzeugten Magnetfeldkomponenten unendlich. Da jedoch der Befestigungsradius (a) des Trimmagnetelementes (2) größer als (r) ist (a < r), ist der Faktor: (r/a)n, der in der Gleichung (1) erscheint, vernachlässigbar klein, falls (n) ausreichend groß ist. Somit sind allein die Ausdrücke der Gleichung (1) für kleine Werte von (n, m) praktisch bedeutsam. Hier werden nur die radialen Komponenten von (Bz) (nämlich die Ausdrücke für die (m ≠ 0)) gilt, in Betracht gezogen. Somit werden folgende Ausdrücke Bnm in Betracht gezogen: (n und m entsprechend jenen der Gleichung (1)): B11, B21, B22, B31, B32, B33, B41, B42, B43, B44, B51, B52, B53, B54.As can be seen from equation (1), the number of magnetic field components generated by a trim magnetic element ( 2 ) is infinite. However, since the mounting radius (a) of the trim magnetic element ( 2 ) is larger than (r) (a <r), the factor: (r / a) n that appears in equation (1) is negligibly small if (n ) is sufficiently large. Thus, the expressions of equation (1) alone are of practical importance for small values of (n, m). Only the radial components of (Bz) (namely the expressions for (m ≠ 0)) are considered here. Thus, the following expressions B nm are considered: (n and m corresponding to those of equation (1)): B 11 , B 21 , B 22 , B 31 , B 32 , B 33 , B 41 , B 42 , B 43 , B 44 , B 51 , B 52 , B 53 , B 54 .

Wie in der vorstehenden Tabelle 1 angegeben ist, entspricht die B11-Komponente der X-Komponente in den kartesischen Koordinaten. Das Ziel hier ist es, den Fehlerausdruck (A1X) zu kompensieren. Somit müssen die vorstehenden Ausdrücke (Bnm) mit Ausnahme von B11 verschwinden. Um dies zu erreichen, werden die Positionen und Abmessungen der Magnetelemente (2) in Einklang mit dem Grundgedanken der Erfindung wie folgt bestimmt. Zunächst werden gemäß Fig. 1 acht Magnetelemente (2) längs des Umfanges derart angeordnet, daß ihre Umfangswinkel (psi) gegenüber der X-Achse liegen bei:
As indicated in Table 1 above, the B 11 component corresponds to the X component in the Cartesian coordinates. The goal here is to compensate for the error expression (A1X). Thus, the above expressions (B nm ) except B 11 must disappear. To achieve this, the positions and dimensions of the magnetic elements ( 2 ) are determined in accordance with the basic idea of the invention as follows. First, according to FIG. 1, eight magnetic elements ( 2 ) are arranged along the circumference in such a way that their circumferential angles (psi) with respect to the X axis are:

ψ = (π/2)(±(1/2)±(1/3)±(1/4)), (3)
ψ = (π / 2) (± (1/2) ± (1/3) ± (1/4)), (3)

so daß sich für m = 2, 3 und 4 ergibt
so that m = 2, 3 and 4

Σ cos m(Φ-ψ) = 0
Σ cos m (Φ-ψ) = 0

wobei sich die Summierung über die acht Werte von Psi erstreckt, die durch vorstehende Gleichung (3) angegeben werden. where the summation is over the eight values of psi which is given by equation (3) above become.  

Somit verschwinden die Komponenten Bnm für m = 2, 3, 4, nämlich B22, B32, B33, B42, B43, B44, B52, B53, B54. Nur die Ausdrücke Bnm für m = 1 bleiben: B11, B21, B31, B41 und B51, die mit Ausnahme des ersten Ausdrucks B11 noch verschwinden sollen.Thus, the components B nm disappear for m = 2, 3, 4, namely B 22 , B 32 , B 33 , B 42 , B 43 , B 44 , B 52 , B 53 , B 54 . Only the expressions B nm for m = 1 remain: B 11 , B 21 , B 31 , B 41 and B 51 , which are to disappear with the exception of the first expression B 11 .

Die Ausdrücke B21 und B41 verschwinden, indem die Endwinkel der Magnetelemente (2) entsprechend gewählt werden. Ist nämlich die Summe des inneren Endwinkels (alpha I) und des äußeren Endwinkels (alpha II) des Trimmagnetelementes (2) gleich pi (= 3,14):
The expressions B 21 and B 41 disappear by selecting the end angles of the magnetic elements ( 2 ) accordingly. If the sum of the inner end angle (alpha I) and the outer end angle (alpha II) of the trim magnet element ( 2 ) is equal to pi (= 3.14):

αI = π - αII (4)
αI = π - αII (4)

so gilt
so applies

Somit verschwinden B21 und B41.Thus B 21 and B 41 disappear.

Schließlich sollen die Ausdrücke B31 und B51 verschwinden. Somit bestehen die Magnetelemente (2) jeweils aus zwei Stäben, wie in Fig. 5 gezeigt ist, und ihre Querschnittsflächen (A1, A2) und inneren Endwinkel (alpha 1, alpha 2) werden derart ausgewählt, daß sie den vorstehend aufgeführten Beziehungen genügen, wobei die äußeren Endwinkel durch obige Gleichung (4) bestimmt werden. Die Längen (L1, L2) der beiden stabförmigen Komponenten der Magnetelemente werden durch die inneren und äußeren Endwinkel und den Befestigungsradius (a) der Magnetelemente (2) (siehe Fig. 4) bestimmt.Finally, the expressions B 31 and B 51 should disappear. Thus, the magnetic elements ( 2 ) each consist of two bars, as shown in Fig. 5, and their cross-sectional areas (A1, A2) and inner end angle (alpha 1, alpha 2) are selected such that they satisfy the relationships listed above, the outer end angles being determined by equation (4) above. The lengths (L1, L2) of the two rod-shaped components of the magnetic elements are determined by the inner and outer end angles and the fastening radius (a) of the magnetic elements ( 2 ) (see FIG. 4).

Die Ausdrücke B31 und B51 für das Trimmagnetelement (2) der Fig. 5 genügen folgenden Proportionalitäten:
The expressions B 31 and B 51 for the trim magnet element ( 2 ) in FIG. 5 satisfy the following proportions:

B31 ∝ A1 [P1 4(cosα1)sin5α1] + A2 [P1 4(cosα2)sin5α2] (5)
B 31 ∝ A 1 [P 1 4 (cosα 1 ) sin 5 α 1 ] + A 2 [P 1 4 (cosα 2 ) sin 5 α 2 ] (5)

B51 ∝ A1 [P1 6(cosα1)sin7α1] + A2 [P1 6(cosα2)sin7α2] (6)B 51 ∝ A 1 [P 1 6 (cosα 1 ) sin 7 α 1 ] + A 2 [P 1 6 (cosα 2 ) sin 7 α 2 ] (6)

Eine Funktion g(alpha) von alpha sei bestimmt durch:
Let a function g (alpha) of alpha be determined by:

g(α) P1 6(cosα)sin7α/P1 4(cosα)sin5α = P1 6(cosα)sin2α/P1 4(cosα) (7)g (α) P 1 6 (cosα) sin 7 α / P 1 4 (cosα) sin 5 α = P 1 6 (cosα) sin 2 α / P 1 4 (cosα) (7)

Somit wird für die Proportionalitätsbeziehung (6) erhalten:
Thus for the proportionality relationship (6) we get:

B51 ∝ A1g(α1)[P1 4(cosα1)sin5α1] + A2g(α2)[P1 4(cosα2)sin5α2] (7a)B 51 ∝ A 1 g (α 1 ) [P 1 4 (cosα 1 ) sin 5 α 1 ] + A 2 g (α 2 ) [P 1 4 (cosα 2 ) sin 5 α 2 ] (7a)

Fig. 6 zeigt die Werte von g(alpha) in bezug auf den Winkel (alpha). Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß bei gegebenem R für (alpha 1, alpha 2) solche Werte vorliegen, daß
Figure 6 shows the values of g (alpha) with respect to the angle (alpha). From Fig. 6 it can be seen that given R for (alpha 1, alpha 2) there are values such that

R = g(α1) = g(α2), α1≠α2 (8)R = g (α 1 ) = g (α 2 ), α 1 ≠ α 2 (8)

Substituiert man R der Gleichung (8) in die Gleichung (7a), so ergibt sich:
Substituting R of equation (8) into equation (7a) results in:

B51 ∝ R{A1[P1 4(cosα1)sin5α1] + A2 [P1 4(cosα2)sin5α2]} (7b)B 51 ∝ R {A 1 [P 1 4 (cosα 1 ) sin 5 α 1 ] + A 2 [P 1 4 (cosα 2 ) sin 5 α 2 ]} (7b)

Der Ausdruck innerhalb der Klammern { } der Gleichung (7b) ist identisch mit der rechten Seite der Gleichung (5). Wie vorstehend erwähnt wurde, ergibt sich aus der Fig. 6, daß bei einem bestimmten gewählten Wert für R zwei bestimmte Winkel (alpha 1, alpha 2), die die obige Gleichung (8) für diesen Wert von R erfüllen, bestimmt werden können. Für ein derartiges Paar (alpha 1, alpha 2) sind die Ausdrücke B31 und B51 einander proportional, da:
The expression within the brackets {} of equation (7b) is identical to the right side of equation (5). As mentioned above, it can be seen from Fig. 6 that at a particular selected value for R, two particular angles (alpha 1, alpha 2) that satisfy equation (8) above for that value of R can be determined. For such a pair (alpha 1, alpha 2) the expressions B 31 and B 51 are proportional to each other because:

B31 ∝ A1[P1 4(cosα1)sin5α1] + A2 [P1 4(cosα2)sin5α2]
B 31 ∝ A 1 [P 1 4 (cosα 1 ) sin 5 α 1 ] + A 2 [P 1 4 (cosα 2 ) sin 5 α 2 ]

B51 ∝ R{A1[P1 4(cosα1)sin5α1] + A2 [P1 4(cosα2)sin5α2]}B 51 ∝ R {A 1 [P 1 4 (cosα 1 ) sin 5 α 1 ] + A 2 [P 1 4 (cosα 2 ) sin 5 α 2 ]}

Somit verschwinden beide Ausdrücke B31 und B51, falls die Querschnittsbereiche (A1, A2) folgender Beziehung genügen:
Both expressions B 31 and B 51 thus disappear if the cross-sectional areas (A1, A2) satisfy the following relationship:

A1[P1 4(cosα1)sin5α1] + A2 [P1 4(cosα2)sin5α2] = 0 (9)
A 1 [P 1 4 (cosα 1 ) sin 5 α 1 ] + A 2 [P 1 4 (cosα 2 ) sin 5 α 2 ] = 0 (9)

oder
or

A2/A1 = -P1 4(cosα1)sin5α1/P1 4 (cosα2)sin5α2 (9a)A 2 / A 1 = -P 1 4 (cosα 1 ) sin 5 α 1 / P 1 4 (cosα 2 ) sin 5 α 2 (9a)

Die Gleichung (9a) gibt das Querschnittsverhältnis der beiden Stabkomponenten eines jeden Magnetelementes (2) an. Equation (9a) gives the cross-sectional ratio of the two rod components of each magnetic element ( 2 ).

Es wird nunmehr ein spezifisches numerisches Beispiel aufgeführt. Es sei angenommen, daß der Konstrukteur der Magnetfeld-Korrekturvorrichtung die Absicht hat, den Bereich für die Endwinkel der Magnetelemente (2) auf einen Bereich innerhalb von 140° zubeschränken. Wird der Wert von R = g(alpha) gemäß Fig. 6 mit R = -0,5 gewählt, so sind die inneren Endwinkel der jeweiligen Stabkomponenten eines Trimmagnetelementes (2), die obige Gleichung (8) erfüllen: alpha 1 = 40,1° und alpha 2 = 66,5°. Dabei sind die diesen entsprechenden äußeren Endwinkel:
pi - 40,1° = 139,9° und pi - 66,5° = 113,5°, die innerhalb der vom Konstrukteur der Magnetfeld-Korrekturvorrichtung beabsichtigten 140° liegen. Ferner wird das Querschnittsflächenverhältnis der beiden Stabkomponenten gemäß Fig. 5 durch obige Gleichung (9a) wie folgt bestimmt: A2/A1 = 0,1336, so daß die beiden Ausdrücke B31 und B51 verschwinden. Da der Wert für R frei gewählt werden kann, ist die Entwurfsfreiheit der Magnetfeld-Korrekturvorrichtung gewährleistet.
A specific numerical example is now given. It is assumed that the designer of the magnetic field correction device intends to limit the range for the end angles of the magnetic elements ( 2 ) to a range within 140 °. If the value of R = g (alpha) is chosen according to FIG. 6 with R = -0.5, then the inner end angles of the respective rod components of a trim magnet element ( 2 ) which satisfy the above equation (8): alpha 1 = 40, 1 ° and alpha 2 = 66.5 °. The outer end angles corresponding to these are:
pi - 40.1 ° = 139.9 ° and pi - 66.5 ° = 113.5 °, which are within the 140 ° intended by the designer of the magnetic field correction device. Furthermore, the cross-sectional area ratio of the two rod components according to FIG. 5 is determined by the above equation (9a) as follows: A2 / A1 = 0.1336, so that the two expressions B 31 and B 51 disappear. Since the value for R can be chosen freely, the design freedom of the magnetic field correction device is guaranteed.

Durch Anordnung der Magnetelemente (2) bei Umfangswinkeln Psi = (pi/2)(±1/2±1/3±1/4)±pi/4: gegenüber der X-Achse gemäß Fig. 1, wird eine negative lineare (oder erster Ordnung) X-Komponente (A1X < 0) erzeugt. Werden die Winkel (Psi) jeweils um (pi) derart erhöht, daß Psi → Psi + pi, oder Psi = (pi/2)((±1/2)±(1/3)±(1/4)) + pi gilt, dann wird eine positive lineare X-Komponente (A1X < 0) erzeugt.By arranging the magnetic elements ( 2 ) at circumferential angles Psi = (pi / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4) ± pi / 4: with respect to the X axis according to FIG. 1, a negative linear ( or first order) X component (A1X <0) is generated. The angles (Psi) are increased by (pi) such that Psi → Psi + pi, or Psi = (pi / 2) ((± 1/2) ± (1/3) ± (1/4)) + pi applies, then a positive linear X component (A1X <0) is generated.

In ähnlicher Weise wird durch Anordnung der Magnetelemente (2) bei Umfangswinkeln Psi = (pi/2)(±1/2)±(1/3)±(1/4)+pi/2 gegenüber der X-Achse, eine negative lineare Y-Komponente (A2Y < 0) erzeugt. Werden ferner die Winkel Psi jeweils um pi derart erhöht, daß Psi = (pi/2)(±(1/2)±(1/3)±(1/4))+3 pi/2, so wird eine positive lineare Y-Komponente (A2Y < 0) erzeugt. Somit kann der lineare Ausdruck oder Ausdruck erster Ordnung in der Gleichung (2) jeder Polarität kompensiert und eliminiert werden.Similarly, by arranging the magnetic elements ( 2 ) at circumferential angles, Psi = (pi / 2) (± 1/2) ± (1/3) ± (1/4) + pi / 2 with respect to the X axis, becomes a negative one linear Y component (A2Y <0) generated. Furthermore, if the angles Psi are each increased by pi in such a way that Psi = (pi / 2) (± (1/2) ± (1/3) ± (1/4)) + 3 pi / 2, a positive linear becomes Y component (A2Y <0) generated. Thus, the linear expression or first order expression in equation (2) of any polarity can be compensated for and eliminated.

Gemäß Tabelle 1 entsprechen die Ausdrücke zweiter Ordnung (A3ZX, A4ZY) in der Gleichung (2) dem Ausgangsausdruck B21 der Magnetelemente (2), während die Ausdrücke (AsXY und As(X2-Y2) dem Ausdruck B22 entsprechen. Somit wird durch eine Dokumentation ähnlich der vorstehenden gezeigt, daß die Fehlerkomponenten zweiter Ordnung kompensiert und eliminiert werden können, indem die Magnetelemente (2) von denen jedes aus zwei Stabkomponenten (mit einer Querschnittsfläche (A1, A2), Endwinkeln (alpha) und Umfangswinkeln (Psi) gegenüber der X-Achse) besteht, derart angeordnet werden, daß die Endwinkel und die Umfangswinkel (Psi) spezifischen Beziehungen genügen.According to Table 1, the second order expressions (A3ZX, A4ZY) in the equation (2) correspond to the output expression B 21 of the magnetic elements ( 2 ), while the expressions (AsXY and As (X 2 -Y 2 ) correspond to the expression B 22 It is shown by documentation similar to the above that the second order error components can be compensated and eliminated by the magnetic elements ( 2 ), each of which consists of two rod components (with a cross-sectional area (A1, A2), end angles (alpha) and circumferential angles (Psi ) with respect to the X axis), be arranged such that the end angles and the circumferential angles (Psi) satisfy specific relationships.

Insbesondere dient zur Eliminierung der Fehlerausdrücke erster und zweiter Ordnung gegenüber X und Y: (1) die nichtmagnetischen Rohre werden an Umfangswinkeln (pi/2)(±1/2±1/3±1/4), (pi/2)(±1/2±1/3±1/4)+pi, (pi/2)(±1/2±1/3±1/4)+(1/2)pi oder (pi/2)(±1/2±1/3±1/4)+(3/2)pi angeordnet, um dort jeweilige Magnetelemente (2) aufzunehmen; (2) werden diese Magnetelemente in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre eingesetzt, so ist eine Summe der beiden Endwinkel eines jeden der beiden stabförmigen Komponenten der Magnetelemente gegenüber einem Ursprungspunkt an der Mitte eines gleichförmigen Feldbereiches gleich pi; und (3) wenn die Magnetelemente in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre eingesetzt werden, so genügen die Querschnittsflächen (A1, A2) und die inneren Endwinkel (alpha 1, alpha 2) relativ zum Vorsprung der beiden stabförmigen Komponenten der Magnetelemente der folgenden Gleichung:
In particular, the first and second order error expressions with respect to X and Y are eliminated: (1) the non-magnetic tubes are attached at circumferential angles (pi / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4), (pi / 2) ( ± 1/2 ± 1/3 ± 1/4) + pi, (pi / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4) + (1/2) pi or (pi / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4) + (3/2) pi arranged to accommodate respective magnetic elements ( 2 ) there; (2) If these magnetic elements are inserted into the respective non-magnetic tubes, then a sum of the two end angles of each of the two rod-shaped components of the magnetic elements with respect to an origin point at the center of a uniform field area is equal to pi; and (3) when the magnetic elements are inserted into the respective non-magnetic tubes, the cross-sectional areas (A1, A2) and the inner end angles (alpha 1, alpha 2) relative to the projection of the two rod-shaped components of the magnetic elements satisfy the following equation:

(A2/A1) = -P1 4(cosα1)sin5α1/P1 4 (cosα2)sin5α2,
(A 2 / A 1 ) = -P 1 4 (cosα 1 ) sin 5 α 1 / P 1 4 (cosα 2 ) sin 5 α 2 ,

wobei P1 4 ein zugeordnetes Legendresches Polynom ist, und alpha 1 und alpha 2 zwei spezifische Winkel, so daß g(alpha 1) = g(alpha 2), wobei g(alpha)=P1 6(cos alpha)sin2alpha/P1 4(cos alpha), wobei P1 6 und P1 4 zugeordnete Legendresche Polynome sind.where P 1 4 is an associated Legendresch polynomial, and alpha 1 and alpha 2 two specific angles, so that g (alpha 1) = g (alpha 2), where g (alpha) = P 1 6 (cos alpha) sin 2 alpha / P 1 4 (cos alpha), where P 1 6 and P 1 4 are associated Legendresches polynomials.

Um die Ausdrücke zweiter Ordnung gegenüber Zx und Zy zu eliminieren: (1) die nichtmagnetischen Rohre werden bei folgenden Umfangswinkeln angeordnet (pi/2)(±1/2±1/3±1/4), (pi/2)(±1/2±1/3±1/4)+pi, (pi/2)(±1/2±1/3±1/4)+(1/2)pi oder (pi/2)(±1/2±1/3±1/4)+(3/2)pi, um jeweilige Magnetelemente (2) dort aufzunehmen; (2) wenn diese Magnetelemente in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre eingesetzt sind, sind die äußeren Endwinkel der beiden stabförmigen Komponenten der Magnetelemente einander gleich; und (3) sind die Magnetelemente in die jeweiligen nicht-magnetischen Rohre eingesetzt, so genügen die Querschnittsflächen (A1, A2) und die inneren Endwinkel (alpha 1, alpha 2) relativ zum Vorsprung der beiden stabförmigen Komponenten der Magnetelemente der Beziehung:
To eliminate the second-order expressions compared to Zx and Zy: (1) the non-magnetic tubes are arranged at the following circumferential angles (pi / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4), (pi / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4) + pi, (pi / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4) + (1/2) pi or (pi / 2) (± 1 / 2 ± 1/3 ± 1/4) + (3/2) pi to accommodate respective magnetic elements ( 2 ) there; (2) when these magnetic elements are inserted into the respective non-magnetic tubes, the outer end angles of the two rod-shaped components of the magnetic elements are equal to each other; and (3) if the magnetic elements are inserted into the respective non-magnetic tubes, the cross-sectional areas (A1, A2) and the inner end angles (alpha 1, alpha 2) relative to the projection of the two rod-shaped components of the magnetic elements satisfy the relationship:

(A2/A1) = -P1 5(cosα1) sin6α1/P1 5(cosα2) sin6α2,
(A 2 / A 1 ) = -P 1 5 (cosα 1 ) sin 6 α 1 / P 1 5 (cosα 2 ) sin 6 α 2 ,

wobei P1 5 ein zugeordnetes Legendresches Polynom ist; und alpha 1 und alpha 2 sind zwei spezifische Winkel, so daß g(alpha 1) = g(alpha 2), wobei g(alpha)=P1 7(cos alpha)sin2alpha/P1 5(cos alpha), und P1 7 und P1 5 sind zugeordnete Legendresche Polynome.where P 1 5 is an associated legend threshing polynomial; and alpha 1 and alpha 2 are two specific angles such that g (alpha 1) = g (alpha 2), where g (alpha) = P 1 7 (cos alpha) sin 2 alpha / P 1 5 (cos alpha), and P 1 7 and P 1 5 are assigned legend threshing polynomials.

Um die Fehler zweiter Ordnung gegenüber XY und X2-Y2 zu eliminieren: (1) die nichtmagnetischen Rohre werden angeordnet bei Umfangswinkeln
(pi/2)(±1±1/3±1/4)+(1/4)pi, (pi/2)(±1/1±1/3±1/4)+(3/4)pi, (pi/2)(±1/1±1/3±1/4) oder (pi/2)(±1/1±1/3±1/4)+(1/2)pi, um dort die jeweiligen Magnetelemente aufzunehmen; (2) sind die Magnetelemente in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre eingesetzt, so ist die Summe zweier Endwinkel eines jeden der beiden stabförmigen Komponenten der Magnetelemente gleich pi; und (3) sind die Magnetelemente in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre eingesetzt, so genügen die Querschnittsflächen (A1, A2) und die inneren Endwinkel (alpha 1, alpha 2) relativ zum Vorsprung der beiden stabförmigen Komponenten der Magnetelemente folgender Gleichung:
To eliminate the second order errors compared to XY and X 2 -Y 2 : (1) the non-magnetic tubes are arranged at circumferential angles
(pi / 2) (± 1 ± 1/3 ± 1/4) + (1/4) pi, (pi / 2) (± 1/1 ± 1/3 ± 1/4) + (3/4) pi, (pi / 2) (± 1/1 ± 1/3 ± 1/4) or (pi / 2) (± 1/1 ± 1/3 ± 1/4) + (1/2) pi, um there to record the respective magnetic elements; (2) if the magnetic elements are inserted into the respective non-magnetic tubes, the sum of two end angles of each of the two rod-shaped components of the magnetic elements is pi; and (3) if the magnetic elements are inserted into the respective non-magnetic tubes, then the cross-sectional areas (A1, A2) and the inner end angles (alpha 1, alpha 2) relative to the projection of the two rod-shaped components of the magnetic elements are sufficient according to the following equation:

(A2/A1) = -P2 5(cosα1)sin6α1/P2 5(cosα2)sin6α2,
(A 2 / A 1 ) = -P 2 5 (cosα 1 ) sin 6 α 1 / P 2 5 (cosα 2 ) sin 6 α 2,

wobei P2 5 ein zugeordnetes Legendresches Polynom ist; und alpha 1 und alpha 2 sind zwei spezifische Winkel, so daß g(alpha 1) = g(alpha 2), wobei g(alpha)=P2 7(cos alpha)sin2alpha/P2 5(cos alpha), und P2 7 und P2 5 sind zugeordnete Legendresche Polynome.where P 2 5 is an associated Legendre's polynomial; and alpha 1 and alpha 2 are two specific angles such that g (alpha 1) = g (alpha 2), where g (alpha) = P 2 7 (cos alpha) sin 2 alpha / P 2 5 (cos alpha), and P 2 7 and P 2 5 are assigned legend threshing polynomials.

Die nachstehende Tabelle 2 zeigt ein Beispiel der numerischen Werte der Anordnung der Magnetelemente (2). Table 2 below shows an example of the numerical values of the arrangement of the magnetic elements ( 2 ).

Tabelle 2 Table 2

In der Tabelle 2 werden alternative Werte der Paare von Endwinkeln für die Komponenten ZX und ZY angegeben.Table 2 shows alternative values of the pairs of End angles specified for components ZX and ZY.

Somit können, indem jedes der Magnetelemente (2) aus zwei Stabkomponenten hergestellt und auf vorgegebene Werte festgelegt wird, nämlich
Thus, by making each of the magnetic elements ( 2 ) from two rod components and setting them to predetermined values, namely

  • (1) das Querschnittsflächenverhältnis (A1/A2) der beiden Stabkomponenten eines jeden der Magnetelemente (2);(1) the cross sectional area ratio (A1 / A2) of the two rod components of each of the magnetic elements ( 2 );
  • (2) die Endwinkel (alpha) der beiden Stabkomponenten eines jeden der Magnetelemente (2); und(2) the end angles (alpha) of the two rod components of each of the magnetic elements ( 2 ); and
  • (3) die umfangsseitigen Befestigungswinkel (Psi) der Magnetelemente (2),(3) the circumferential mounting brackets (Psi) of the magnetic elements ( 2 ),

alle Fehlerausdrücke bis zur zweiten Ordnung in der Gleichung kompensiert und mittels des durch die Magnetelemente (2) erzeugten Magnetfeldes eliminiert werden. Somit werden erfindungsgemäß die nichtmagnetischen Rohre (1) an vorbestimmten Stellen gegenüber der Spule (3) angeordnet, so daß die Magnetelemente (2) selektiv in diese eingesetzt werden, um die Fehlerausdrücke in der Gleichung (2) zu kompensieren und zu beseitigen.all error expressions up to the second order in the equation are compensated for and eliminated by means of the magnetic field generated by the magnetic elements ( 2 ). Thus, according to the invention, the non-magnetic tubes ( 1 ) are arranged at predetermined locations opposite the coil ( 3 ), so that the magnetic elements ( 2 ) are selectively inserted therein in order to compensate and eliminate the error expressions in the equation (2).

Fig. 7 ist eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels der umfangsseitigen Winkelpositionen der nichtmagnetischen Rohre zur Aufnahme der Trimmagnetelemente, wobei die Bezugszeichen (1A) die nichtmagnetischen Rohre zur Kompensierung der X- und Y-Komponenten darstellen; (1B) die nichtmagnetischen Rohre für die ZX- und ZY-Komponenten; und (1C) die nichtmagnetischen Rohre für die XY- und X2-Y2-Komponenten. Die nichtmagnetischen Rohre (1) haben Längen, die den Längen der Magnetelemente (2) entsprechen, die dort eingesetzt werden sollen. Fig. 7 is an illustration of an embodiment of the circumferential angular positions of non-magnetic tubes for receiving the Trimmagnetelemente, wherein the reference numeral (1 A) represent the non-magnetic tubes to compensate for the X and Y components; ( 1 B) the non-magnetic tubes for the ZX and ZY components; and ( 1 C) the non-magnetic tubes for the XY and X 2 -Y 2 components. The non-magnetic tubes ( 1 ) have lengths that correspond to the lengths of the magnetic elements ( 2 ) that are to be used there.

Wie aus obiger Gleichung (1) ersichtlich ist, kann der absolute Ausgangswert der Korrekturausdrücke (Bmn) (beispielsweise (B11) für (A1X)) eingestellt werden, indem die Gesamtquerschnittsfläche der Magnetelemente (2) ausgewählt wird, während das Flächenverhältnis (A2/A1) der beiden Stabkomponenten bei dem spezifischen vorgegebenen Wert beibehalten wird. Somit werden eine Anzahl Magnetelemente mit unterschiedlichen Gesamtquerschnittsflächen vorgesehen (die Längen werden durch die Endwinkel und dem Befestigungsradius in der vorstehend angegebenen Weise bestimmt und die Querschnittsflächenverhältnisse werden wie vorstehend angegeben bestimmt), und jene, die ausgleichend die Fehlerglieder kompensieren, werden ausgewählt und in die nichtmagnetischen Rohre (1) eingeführt. Die nichtmagnetischen Rohre (1) haben somit ausreichende Innendurchmesser, um die Magnetelemente (2) mit der größten Querschnittsfläche aufzunehmen, die dort zur Einführung vorgesehen sind.As can be seen from equation (1) above, the absolute output value of the correction terms (B mn ) (e.g. (B 11 ) for (A1X)) can be set by selecting the total cross-sectional area of the magnetic elements ( 2 ) while the area ratio (A2 / A1) of the two rod components is maintained at the specific predetermined value. Thus, a number of magnetic elements with different total cross-sectional areas are provided (the lengths are determined by the end angles and the mounting radius in the manner indicated above and the cross-sectional area ratios are determined as indicated above), and those which compensate for the error members are selected and included in the non-magnetic ones Pipes ( 1 ) introduced. The non-magnetic tubes ( 1 ) thus have sufficient internal diameters to accommodate the magnetic elements ( 2 ) with the largest cross-sectional area, which are provided for insertion there.

Claims (3)

1. Magnetfeld-Korrekturvorrichtung zur Korrektur von Fehlern 1. Ordnung innerhalb einer hohlzylinderförmigen Spule (3) mit
einer Anzahl nichtmagnetischer Rohre (1), die an einem Zylinder (10) mit einem vorgegebenen Radius angebracht und koaxial zur Spule (3) angeordnet sind, und die sich jeweils längs der Achsrichtung der Spule (3) erstrecken und an vorgegebenen Winkeln längs eines Umfanges des Zylinders (10) liegen; und
einer Anzahl stabförmiger Magnetelemente (2), die abnehmbar in die nichtmagnetischen Rohre (1) eingesetzt sind, wobei jedes Magnetelement (2) aus zwei stabförmigen Komponenten vorgegebener Länge und mit einem vorgegebenen Querschnittsflächenverhältnis besteht, so daß die Magnetelemente vorgegebene Endwinkel (αI, αII) haben, wenn sie in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre (1) eingesetzt sind,
wobei die nichtmagnetischen Rohre (1) an Umfangswinkeln (π/2)(±1/2+±1/3±1/4), (π/2)(±1/2±1/3±1/4)+π, (π/2)(±1/2±1/3±1/4)+(1/2)π oder (π/2)(±1/2±1/3±1/4)+(3/2)π angeordnet sind, um dort jeweilige Magnetelemente (2) aufzunehmen;
und wenn die Magnetelemente (2) in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre (1) eingesetzt sind, eine Summe der beiden Endwinkel (αI, αII) einer jeden der beiden stabförmigen Komponenten der Magnetelemente (2) gegenüber einem Ursprungspunkt am Mittelpunkt eines gleichförmigen Feldbereiches gleich π ist;
und wenn die Magnetelemente in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre eingesetzt sind, die Querschnittsflächen (A1, A2) und die inneren Endwinkel (α1, α2) relativ zum Ursprung der beiden stabförmigen Komponenten der Gleichung genügen:
(A2/A1) = - P1 4(cosα1)sin5α1/P1 4 (cosα2)sin5α2)
wobei P1 4 ein zugeordnetes Legendresches Polynom ist; und α1 und α2 zwei spezifische Winkel sind, so daß
g(α1) = g(α2)≠0, wobei g(α) = P1 6 (cosα)sin2α/P1 4 (cosα) und P1 6 und P1 4 zugeordnete Legendresche Polynome sind.
1. Magnetic field correction device for correcting errors of the 1st order within a hollow cylindrical coil ( 3 )
a number of non-magnetic tubes ( 1 ) which are attached to a cylinder ( 10 ) with a predetermined radius and are arranged coaxially to the coil ( 3 ) and which each extend along the axial direction of the coil ( 3 ) and at predetermined angles along a circumference of the cylinder ( 10 ); and
a number of rod-shaped magnetic elements ( 2 ) which are removably inserted into the non-magnetic tubes ( 1 ), each magnetic element ( 2 ) consisting of two rod-shaped components of a predetermined length and with a predetermined cross-sectional area ratio, so that the magnetic elements have predetermined end angles (α I , α II ) if they are inserted into the respective non-magnetic tubes ( 1 ),
the non-magnetic tubes ( 1 ) at circumferential angles (π / 2) (± 1/2 + ± 1/3 ± 1/4), (π / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4) + π, (π / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4) + (1/2) π or (π / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4) + ( 3/2) π are arranged to receive respective magnetic elements ( 2 ) there;
and when the magnetic elements ( 2 ) are inserted into the respective non-magnetic tubes ( 1 ), a sum of the two end angles (α I , α II ) of each of the two rod-shaped components of the magnetic elements ( 2 ) with respect to an origin point at the center of a uniform field region is the same is π;
and when the magnetic elements are inserted into the respective non-magnetic tubes, the cross-sectional areas (A1, A2) and the inner end angles (α 1 , α 2 ) relative to the origin of the two rod-shaped components of the equation are sufficient:
(A2 / A1) = - P 1 4 (cosα 1 ) sin 5 α 1 / P 1 4 (cosα 2 ) sin 5 α 2 )
where P 1 4 is an associated Legendresch polynomial; and α 1 and α 2 are two specific angles, so that
g (α 1 ) = g (α 2 ) ≠ 0, where g (α) = P 1 6 (cosα) sin 2 α / P 1 4 (cosα) and P 1 6 and P 1 4 are associated Legendesches polynomials.
2. Magnetfeld-Korrekturvorrichtung zur Korrektur von Fehlern 2. Ordnung innerhalb einer hohlzylinderförmigen Spule (3) in den ZX- und ZY-Komponenten mit
einer Anzahl nichtmagnetischer Rohre (1), die an einem Zylinder (10) mit einem vorgegebenen Radius angebracht und koaxial zur Spule (3) angeordnet sind, und die sich jeweils längs der Achsrichtung der Spule (3) erstrecken und an vorgegebenen Winkeln längs eines Umfangs des Zylinders (10) liegen; und
einer Anzahl stabförmiger Magnetelemente (2), die abnehmbar in die nichtmagnetischen Rohre (1) eingesetzt sind, wobei jedes Magnetelement (2) aus zwei stabförmigen Komponenten vorgegebener Länge und mit einem vorgegebenen Querschnittsflächenverhältnis besteht, so daß die Magnetelemente vorgegebene Endwinkel (αI, αII) haben, wenn sie in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre (1) eingesetzt sind;
wobei die nichtmagnetischen Rohre bei den Umfangswinkeln (π/2)(±1/2±1/3±1/4), (π/2)(±1/2±1/3±1/4)±π, (π/2)(±1/2±1/3±1/4)+(1/2)π oder (π/2)(±1/2±1/3±1/4)+(3/2)π angeordnet sind, um dort die jeweiligen Magnetelemente (2) aufzunehmen;
und wenn die Magnetelemente (2) in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre (1) eingesetzt sind, die äußeren Endwinkel der beiden stabförmigen Komponenten der Magnetelemente (2) einander gleich sind; und
wenn die Magnetelemente (2) in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre (1) eingesetzt sind, die Querschnittsflächen (A1/A2) und die inneren Endwinkel (α1, α2) relativ zum Ursprung der beiden stabförmigen Komponenten der Magnetelemente folgender Gleichung genügen:
(A2/A1) = -P1 5(cosα1)sin6α1/P1 5(cosα2)sin6α2,
wobei P1 5 ein zugeordnetes Legendresches Polynom ist; und α1 und α2 zwei spezifische Winkel sind, so daß
g(α1) = g(α2)≠0, und
g(α) = P1 7(cosα)sin2α/P1 5 (cosα), wobei P1 7 und P1 5 zugeordnete Legendresche Polynome sind.
2. Magnetic field correction device for correcting 2nd order errors within a hollow cylindrical coil ( 3 ) in the ZX and ZY components
a number of non-magnetic tubes ( 1 ) which are attached to a cylinder ( 10 ) with a predetermined radius and are arranged coaxially to the coil ( 3 ) and which each extend along the axial direction of the coil ( 3 ) and at predetermined angles along a circumference of the cylinder ( 10 ); and
a number of rod-shaped magnetic elements ( 2 ) which are removably inserted into the non-magnetic tubes ( 1 ), each magnetic element ( 2 ) consisting of two rod-shaped components of a predetermined length and with a predetermined cross-sectional area ratio, so that the magnetic elements have predetermined end angles (α I , α II ) if they are inserted into the respective non-magnetic tubes ( 1 );
where the non-magnetic tubes at the circumferential angles (π / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4), (π / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4) ± π, ( π / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4) + (1/2) π or (π / 2) (± 1/2 ± 1/3 ± 1/4) + (3/2 ) π are arranged to receive the respective magnetic elements ( 2 ) there;
and when the magnetic elements (2) are inserted into the respective non-magnetic tubes (1), the outer end angle of the two rod-like components of the magnetic elements (2) are equal to each other; and
if the magnetic elements ( 2 ) are inserted into the respective non-magnetic tubes ( 1 ), the cross-sectional areas (A1 / A2) and the inner end angles (α 1 , α 2 ) relative to the origin of the two rod-shaped components of the magnetic elements satisfy the following equation:
(A2 / A1) = -P 1 5 (cosα 1 ) sin 6 α 1 / P 1 5 (cosα 2 ) sin 6 α 2 ,
where P 1 5 is an associated legend threshing polynomial; and α 1 and α 2 are two specific angles, so that
g (α 1 ) = g (α 2 ) ≠ 0, and
g (α) = P 1 7 (cosα) sin 2 α / P 1 5 (cosα), where P 1 7 and P 1 5 are associated Legendresches polynomials.
3. Magnetfeld-Korrekturvorrichtung zur Korrektur von Fehlern 2. Ordnung innerhalb einer hohlzylinderförmigen Spule (3) in den XY- und (X2-Y2)-Komponenten mit
einer Anzahl nichtmagnetischer Rohre (1), die an einem Zylinder (10) mit einem vorgegebenen Radius angebracht und koaxial zur Spule (3) angeordnet sind, und die sich jeweils längs der Achsrichtung der Spule (3) erstrecken und an vorgegebenen Winkeln längs eines Umfangs des Zylinders (10) liegen; und
einer Anzahl stabförmiger Magnetelemente (2), die abnehmbar in die nichtmagnetischen Rohre (1) eingesetzt sind, wobei jedes Magnetelement (2) aus zwei stabförmigen Komponenten vorgegebener Länge und mit einem vorgegebenen Querschnittsflächenverhältnis besteht, so daß die Magnetelemente vorgegebene Endwinkel (αI, αII) haben, wenn sie in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre (1) eingesetzt sind;
wobei die nichtmagnetischen Rohre (1) bei Umfangswinkeln (π/2)(±1±1/3±1/4)+(1/4)π, (π/2)±1±1/3±1/4)+(3/4)π, (π/2)(±1±1/3±1/4) oder (π/2)(±1±1/3±1/4)+(1/2)π angeordnet sind, um dort jeweilige Magnetelemente (2) aufzunehmen;
und wenn die Magnetelemente (2) in die jeweiligen nichtmagnetischen Rohre (1) eingesetzt sind, eine Summe der beiden Endwinkel (αI, αII) eines jeden der beiden stabförmigen Komponenten der magnetischen Elemente (2) gleich π ist;
und wenn die Magnetelemente (2) in die jeweiligen nicht-magnetischen Rohre (1) eingesetzt sind, die Querschnittsflächen (A1, A2) und die inneren Endwinkel (α1, α2) relativ zum Ursprung der beiden stabförmigen Komponenten der Magnetelemente (2) folgender Gleichung genügen:
(A2/A1) = -P2 5(cosα1)sin6α1/P2 5 (cosα2)sin6α2,
wobei P2 5 ein zugeordnetes Legendresches Polynom ist; und α1 und α2 zwei spezifische Winkel sind, so daß
g(α1) = g(α2)≠ 0, wobei g(α) = P2 7(cosα)sin2α/P2 5 (cosα), und P2 7 und P2 5 zugeordnete Legendresche Polynome sind.
3. Magnetic field correction device for correcting 2nd order errors within a hollow cylindrical coil ( 3 ) in the XY and (X 2 -Y 2 ) components
a number of non-magnetic tubes ( 1 ) which are attached to a cylinder ( 10 ) with a predetermined radius and are arranged coaxially to the coil ( 3 ) and which each extend along the axial direction of the coil ( 3 ) and at predetermined angles along a circumference of the cylinder ( 10 ); and
a number of rod-shaped magnetic elements ( 2 ) which are removably inserted into the non-magnetic tubes ( 1 ), each magnetic element ( 2 ) consisting of two rod-shaped components of a predetermined length and with a predetermined cross-sectional area ratio, so that the magnetic elements have predetermined end angles (α I , α II ) if they are inserted into the respective non-magnetic tubes ( 1 );
the non-magnetic tubes ( 1 ) at circumferential angles (π / 2) (± 1 ± 1/3 ± 1/4) + (1/4) π, (π / 2) ± 1 ± 1/3 ± 1/4) + (3/4) π, (π / 2) (± 1 ± 1/3 ± 1/4) or (π / 2) (± 1 ± 1/3 ± 1/4) + (1/2) π are arranged to receive respective magnetic elements ( 2 ) there;
and when the magnetic elements (2) are inserted into the respective non-magnetic tubes (1), a sum of the two end angle (α I, α II) of each of the two rod-shaped components of the magnetic elements (2) is equal to π;
and when the magnetic elements (2) are inserted into the respective non-magnetic tubes (1), the cross-sectional areas (A1, A2) and the inner end angle (α 1, α 2) relative to the origin of the two rod-like components of the magnetic elements (2) the following equation is sufficient:
(A2 / A1) = -P 2 5 (cosα 1 ) sin 6 α 1 / P 2 5 (cosα 2 ) sin 6 α 2 ,
where P 2 5 is an associated Legendre's polynomial; and α 1 and α 2 are two specific angles, so that
g (α 1 ) = g (α 2 ) ≠ 0, where g (α) = P 2 7 (cosα) sin 2 α / P 2 5 (cosα), and P 2 7 and P 2 5 are associated Legendesches polynomials.
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