用于磁強計校準的雙均勻區型磁場產生裝置及校準方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于磁強計校準的雙均勻區型磁場產生裝置及校準方法，該裝置包括滑動式梯度磁場線圈裝置和梯度磁場激勵裝置兩部分，滑動式梯度磁場線圈裝置包括勻強螺線管、無矩螺線管、滑臺和基座，梯度磁場激勵裝置由一臺雙輸出直流電流源和兩個電流表組成，能夠產生滿足梯度測試要求的兩個均勻磁場，解決了傳統梯度磁場裝置在校準過程中探頭定位誤差和位置微變對校準梯度磁強計校準結果的影響，能夠產生任意梯度的磁場輸出，且制造簡單，能夠提供大梯度的測量距離。
【專利說明】用于磁強計校準的雙均勻區型磁場產生裝置及校準方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及磁強計校準領域，具體用于磁強計校準的雙均勻區型磁場產生裝置及校準方法。
【背景技術】
[0002]目前，梯度磁強計采用梯度磁場裝置進行校準，傳統的梯度磁場裝置一般以繞組方向相反的亥姆霍茲梯度磁場線圈為磁場發生裝置，該裝置產生的磁場為線性連續的梯度磁場，在需要對分辨力高的梯度磁強計進行磁感應強度校準時，由于傳統的梯度磁場裝置產生線性連續的梯度磁場，在校準時，磁探頭位置的定位誤差以及磁探頭在校準過程中位置的輕微變化都會使得探頭所處磁場發生變化，從而使得校準不準確。
[0003]此外，對于梯度測量距離在Im以上磁強計進行校準時，由于傳統的梯度磁場裝置的磁場區域的大小受到梯度磁場線圈的體積的限制，使得產生的梯度尺度存在局限，為了滿足此類梯度磁強計檢定的要求，傳統的梯度磁場裝置需要大幅度增加梯度磁場線圈的體積，但是大型線圈制作復雜、加工誤差控制難。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明提供了一種用于磁強計校準的雙均勻區型磁場產生裝置及校準方法，該裝置解決了傳統梯度磁場裝置在校準過程中探頭定位誤差和位置微變對校準梯度磁強計校準結果的影響，能夠產生任意梯度的磁場輸出，且制造簡單，能夠提供大梯度的測
量距離。
[0005]一種用于梯度磁強計校準的雙均勻區型磁場產生裝置，包括滑動式梯度磁場線圈裝置和梯度磁場激勵裝置兩部分，所述滑動式梯度磁場線圈裝置包括勻強螺線管、無矩螺線管、滑臺和基座；勻強螺線管固定在基座上，基座內部有一通道，滑臺分為上下兩層，無矩螺線管固定于滑臺上層，滑臺下層與通道配合，無矩螺線管與勻強螺線管的軸線重合，且通過滑臺在勻強螺線管內部沿軸線方向調節位置，所述梯度磁場激勵裝置由一臺雙輸出直流電流源和兩個電流表組成，雙輸出直流電流源的Ii輸出依次與電流表A、勻強螺線管的線圈串聯，I2輸出依次與電流表B、無矩螺線管的線圈串聯。
[0006]滑臺的下層和基臺的配合采用螺桿式推動機構，調節距離為O?1.2m，所述勻強螺線管的長度為4m，直徑0.4m，繞組400匝，所述的無矩螺線管由內外兩個同軸螺線管組成，內螺線管的長度為0.6m、直徑為0.098m，繞組60匝，外螺線管的長度為0.596m、直徑0.12m，繞組40匝。
[0007]雙均勻區型磁場產生裝置對梯度磁強計進行校準的方法，所述雙均勻區型磁場產生裝置包括滑動式梯度磁場線圈裝置和梯度磁場激勵裝置兩部分，所述滑動式梯度磁場線圈裝置包括勻強螺線管、無矩螺線管、滑臺和基座；勻強螺線管固定在基座上，基座內部有一齒條通道，滑臺分為上下兩層，無矩螺線管固定于滑臺上層，滑臺下層與齒條通道配合，無矩螺線管與勻強螺線管的軸線重合，且通過滑臺在勻強螺線管內部沿軸線方向調節位置，所述梯度磁場激勵裝置由一臺雙輸出直流電流源和兩個電流表組成，雙輸出直流電流源的I1輸出依次與電流表A、勻強螺線管的線圈串聯，I2輸出依次與電流表B、無矩螺線管的線圈串聯；該方法具體包括下列步驟:
[0008]步驟一、調節滑臺，使得待測梯度磁強計的一個探頭置于所述勻強螺線管的內部且無矩螺線管以外的區域，另外一個探頭位于無矩螺線管的內部區域；
[0009]步驟二、根據待測磁強計的梯度量確定勻強螺線管和無矩螺線管中線圈所通電流的大小，對磁強計進行校準。
[0010]有益效果:
[0011]I)首先，本發明采用梯度磁場激勵裝置通過改變勻強螺線管和無矩螺線管的線圈的電流值來改變兩個均勻區型梯度磁場大小，能夠產生滿足梯度測試要求的兩個磁場，與傳統的采用梯度磁場線圈產生的磁場相比，只需要調節電流就可以實現任意梯度量的，能夠用于梯度校準中需求的任意梯度的輸出。
[0012]其次，本發明采用勻強螺線管和無矩螺線管分別產生兩個不同大小的磁場信號，采用滑臺調節兩個磁場之間的距離，能夠產生兩個大小不同的均勻的磁場，使梯度磁強計的磁傳感器能夠各自處于一定均勻的磁場環境下，解決了校準過程中探頭定位誤差和位置微變對校準梯度磁強計的影響及梯度磁強計無法正常工作問題。
[0013]再次，本發明通過調節滑臺來改變勻強螺線管和無矩螺線管的距離，產生任意尺度的磁場輸出，解決了傳統梯度磁場裝置梯度測量距離的限制，且與傳統的梯度磁場裝置相比，不存在線圈制作和加工上的困難。
[0014]2)本發明的滑臺的下層和基臺的配合采用螺桿式推動機構，調節距離為O?
1.2m，勻強螺線管的長度為4m，直徑0.4m，繞組400匝，無矩螺線管由內外兩個同軸螺線管組成，內螺線管的長度為0.6m、直徑為0.098m，繞組60匝，外螺線管的長度為0.596m、直徑
0.12m，繞組40匝，產生校準梯度磁強計的標準的磁場信號對雙探頭梯度磁強計的校準，能夠滿足當前標準梯度磁強計的校準需求，且探頭測試值穩定，能夠實現高精度的磁強計校準。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為雙均勻區型梯度磁場裝置示意圖；
[0016]圖2為無矩螺線管示意圖；
[0017]圖3為滑臺與無矩螺線管示意圖；
[0018]圖4為滑臺推動機構示意圖；
[0019]圖5為雙均勻區型梯度磁場裝置原理圖；
[0020]圖6為產生梯度磁場的磁感應強度與兩個螺線管的位置關系示意圖；
[0021]圖7校準梯度磁強計時的磁探頭的位置示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖，對本發明進行詳細描述。
[0023]本發明提供了一種用于梯度磁強計校準的雙均勻區型磁場產生裝置，包括滑動式梯度磁場線圈裝置和梯度磁場激勵裝置兩部分，所述滑動式梯度磁場線圈裝置包括勻強螺線管1、無矩螺線管2、滑臺3和基座4 ;如圖1所示。勻強螺線管I固定在基座4上，基座4內部有一齒條通道，滑臺3分為上下兩層，無矩螺線管2固定于滑臺上層，滑臺下層與齒條通道配合，無矩螺線管2與勻強螺線管I的軸線重合，無矩螺線管2由內外兩個同軸螺線管組成，如圖2所示，且通過滑臺3在勻強螺線管I內部沿軸線方向調節位置，梯度磁場激勵裝置由一臺雙輸出直流電流源和兩個電流表組成，雙輸出直流電流源的I1輸出依次與電流表A、勻強螺線管的線圈串聯，I2輸出依次與電流表B、無矩螺線管的線圈串聯，如圖5所示。
[0024]本發明產生的梯度磁場的數學模型為:Bgrad = IBffl-BcI,由于無矩螺線管2在勻強螺線管I的內部，因此無矩螺線管2內部的磁場為勻強螺線管I和無矩螺線管2自身產生的磁場的疊加，疊加后的無矩螺線管2的內部磁場Bm與勻強螺線管I產生的磁場B。量值不同，在裝置內部不同位置的兩區域之間就形成了一個類似臺階狀的梯度磁場，如圖6所示。勻強螺線管I和無矩螺線管2分別產生均勻磁場，保證了兩處磁場“臺階”的形成。通過線圈參數控制無距螺線管2的外部磁矩，使其非常微弱，加上外部磁感應強度隨距離按三次方關系衰減，因此在很短的距離上無矩螺線管2的外部磁場微弱，不會影響勻強螺線管I的磁場，使得本發明能夠在很短距離內產生雙均勻區型的梯度磁場，由于勻強螺線管的外部磁場比較強，因此，無矩螺線管2需在勻強螺線管的內部進行調節，此外，可以采用兩個無矩螺線管2產生兩個均勻磁場，但是由于無矩螺線管2有兩個同軸螺線管構成，加工麻煩，因此本實施例采用勻強螺線管2和無矩螺線管2的組合產生兩個勻強磁場。
[0025]在具體的設計過程中，通過設置滑臺3的調節距離來滿足梯度校準的要求。并通過控制無矩螺線管2的磁矩減少兩個均勻磁場的干擾，通過設置勻強螺線管I和無矩螺線管2的內外螺線管的長度、直徑和匝數來產生滿足磁場校準的需求。
[0026]本發明中勻強螺線管和無矩螺線管中的電流可以同向，也可以反向，其方向影響裝置所產生梯度磁場的梯度方向，同向時，無矩螺線管2內部的磁場為梯度磁場的高磁場區，勻強螺線管I內部的磁場為梯度磁場的低磁場區；反向時，無矩螺線管2內部的磁場為梯度磁場的低磁場區，勻強螺線管I內部的磁場為梯度磁場的高磁場區。
[0027]本實施例中的滑臺3的下層和基臺4的配合采用螺桿式推動機構，結構示意圖如圖4所示，調節距離為O?1.2m。勻強螺線管I的長度為4m，直徑0.4m,繞組400匝，產生磁場的均勻區內的磁場線圈常數為250 μ T/A，非均勻度為0.1%時，均勻區直徑為0.lm，長度為lm。無矩螺線管2由內外兩個同軸螺線管組成，內螺線管的長度為0.6m、直徑為0.098m,繞組60匝，外螺線管的長度為0.596m、直徑0.12m，繞組40匝。外部磁矩小于0.2 (mA)m2,產生磁場的均勻區內的磁場線圈常數為35 μ T/A，非均勻度為0.1%時，均勻區直徑為0.1m,長度0.1m,能夠滿足當前標準梯度磁強計的校準需求，且探頭測試值穩定，能夠實現高精度的磁強計校準。
[0028]通過梯度磁場激勵裝置來改變勻強螺線管I和無矩螺線管2的線圈的電流值，從而改變雙均勻區型梯度磁場的梯度量，通過調節勻強螺線管I和無矩螺線管2的距離來改變梯度場的梯度距離，因此，本發明采用梯度磁場激勵裝置通過改變勻強螺線管和無矩螺線管的線圈的電流值來改變雙均勻區型梯度磁場的梯度量，與傳統的采用梯度磁場線圈產生的磁場相比，只需要調節電流就可以實現任意梯度量的，能夠用于梯度校準中需求的任意梯度的輸出。
[0029]采用滑臺調節兩個磁場之間的距離，能夠產生兩個大小不同的均勻的磁場，使梯度磁強計的磁傳感器能夠各自處于一定均勻的磁場環境下，解決了校準過程中探頭定位誤差和位置微變對校準梯度磁強計的影響及梯度磁強計無法正常工作問題。
[0030]基于上述裝置的梯度磁強計的校準方法，具體包括下列步驟:
[0031]步驟一、調節滑臺3，使得待測梯度磁強計的一個探頭置于所述勻強螺線管I的內部且無矩螺線管2以外的區域，另外一個探頭位于無矩螺線管2的內部區域。
[0032]在對梯度磁強計進行校準時具體的位置關系如圖7所示，兩個磁傳感器(磁探頭)分別置于兩個勻強磁場區域內進行校準，磁場區域的中心均勻性最好，能夠更好的保證探頭所在區域的磁場的穩定性。
[0033]步驟二、根據待測磁強計的梯度量確定勻強螺線管I和無矩螺線管2中線圈所通電流的大小，對磁強計進行校準。
[0034]綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于梯度磁強計校準的雙均勻區型磁場產生裝置，其特征在于，包括滑動式梯度磁場線圈裝置和梯度磁場激勵裝置兩部分，所述滑動式梯度磁場線圈裝置包括勻強螺線管(I)、無矩螺線管(2)、滑臺(3)和基座(4);勻強螺線管(I)固定在基座(4)上，基座(4)內部有一通道，滑臺(3)分為上下兩層，無矩螺線管(2)固定于滑臺(3)上層，滑臺(3)下層與通道配合，無矩螺線管(2)與勻強螺線管(I)的軸線重合，且通過滑臺(3)在勻強螺線管(O內部沿軸線方向調節位置，所述梯度磁場激勵裝置由一臺雙輸出直流電流源和兩個電流表組成，雙輸出直流電流源的I1輸出依次與電流表A、勻強螺線管(I)的線圈串聯，I2輸出依次與電流表B、無矩螺線管(2 )的線圈串聯。
2.如權利要求1所述的一種產生雙均勻區型梯度磁場裝置，其特征在于，所述滑臺(3)的下層和基臺(4)的配合采用螺桿式推動機構，調節距離為O?1.2m，所述勻強螺線管(I)的長度為4m，直徑0.4m，繞組400匝，所述的無矩螺線管(2)由內外兩個同軸螺線管組成，內螺線管的長度為0.6m、直徑為0.098m，繞組60匝，外螺線管的長度為0.596m、直徑0.12m,繞組40匝。
3.雙均勻區型磁場產生裝置對梯度磁強計進行校準的方法，其特征在于，所述雙均勻區型磁場產生裝置包括滑動式梯度磁場線圈裝置和梯度磁場激勵裝置兩部分，所述滑動式梯度磁場線圈裝置包括勻強螺線管(I)、無矩螺線管(2)、滑臺(3)和基座(4);勻強螺線管(I)固定在基座(4)上，基座(4)內部有一齒條通道，滑臺(3)分為上下兩層，無矩螺線管(2)固定于滑臺(3)上層，滑臺(3)下層與齒條通道配合，無矩螺線管(2)與勻強螺線管(I)的軸線重合，且通過滑臺(3)在勻強螺線管(I)內部沿軸線方向調節位置，所述梯度磁場激勵裝置由一臺雙輸出直流電流源和兩個電流表組成，雙輸出直流電流源的I1輸出依次與電流表A、勻強螺線管(I)的線圈串聯，I2輸出依次與電流表B、無矩螺線管(2)的線圈串聯；該方法具體包括下列步驟: 步驟一、調節滑臺(3)，使得待測梯度磁強計的一個探頭置于所述勻強螺線管(I)的內部且無矩螺線管(2)以外的區域，另外一個探頭置于無矩螺線管(2)的內部區域； 步驟二、根據待測磁強計的梯度量確定勻強螺線管(I)和無矩螺線管(2)中線圈所通電流的大小，對磁強計進行校準。
【文檔編號】G01R35/00GK103885019SQ201410072564
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月28日 優先權日:2014年2月28日
【發明者】周鷹, 宋新昌, 楊云 申請人:中國船舶重工集團公司第七一〇研究所
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
