CN105070455B

CN105070455B - 一种径向开口的无矩螺线管磁场线圈

Info

Publication number: CN105070455B
Application number: CN201510424584.XA
Authority: CN
Inventors: 程华富; 翟晶晶; 李享; 侯钱
Original assignee: 710th Research Institute of CSIC
Current assignee: 710th Research Institute of CSIC
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2035-07-20
Also published as: CN105070455A

Abstract

本发明公开了一种径向开口的无矩螺线管磁场线圈，磁场线圈由内外两个螺线管组合而成，每个螺线管上沿中心剖面为中轴左右对称分布有两对绕组，每对绕组包括两段绕组，处于中轴同一侧的一对绕组，两段绕组之间留有空隙；其中中轴两侧的两段绕组间的空隙开设径向开口；内外两个螺线管的中心磁轴重合，内外两个螺线管反向串联；且两个螺线管的绕组间距与半径之间、线圈绕组匝数与间距之间、线圈绕组匝数与螺线管半径之间均需满足一定的关系，从而符合无矩线圈的径向测试需求。

Description

一种径向开口的无矩螺线管磁场线圈

技术领域

本发明涉及磁场线圈技术，特别是涉及一种径向开口的无矩螺线管磁场线圈技术。

背景技术

在磁测量、原子光学等领域，为了轴向、径向都能进行测试工作，经常需要使用径向开口的无矩磁场线圈。而常规的无矩磁场线圈一般选用同轴但半径不等的两个螺线管磁场线圈的组合方式。这种常规的无矩磁场线圈具有结构简单的优点，但只有轴向具有开口空间，无法满足径向的测试需求。如采用亥姆霍兹型无矩线圈，虽然能满足轴向、径向同时开口的需求，但至少需要4个环才能组成无矩磁场线圈，增加了结构难度，特别是在需要小尺寸无矩线圈的场合。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种径向开口的无矩螺线管磁场线圈，其结构简单、且且轴向、径向均有开口空间，并符合无矩线圈的径向测试需求。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：该磁场线圈由内外两个螺线管组合而成，每个螺线管上沿中心剖面为中轴左右对称分布有两对绕组，每对绕组包括两段绕组，处于中轴同一侧的一对绕组，两段绕组之间留有空隙；其中中轴两侧的两段绕组间的空隙开设径向开口。

内外两个螺线管的中心磁轴重合，内外两个螺线管反向串联；

在中轴的同一侧，以R₁、R₂为内外两螺线管绕线后的有效半径；L_1,1、L_1,2、L_1,3、L_1,4分别为内螺线管在该侧的一对绕组边缘与中轴的距离，L_1,1与L_1,2之间为靠近中轴的一段绕组，匝数为w_1,1，L_1,3与L_1,4之间为另一段绕组，匝数为w_1,2；L_2,1、L_2,2、L_2,3、L_2,4分别为外螺线管在该侧的一对绕组边缘与中轴的距离，L_2,1与L_2,2之间为靠近中轴的一段绕组，匝数为w_2,1，L_2,3与L_2,4之间为另一段绕组，匝数为w_2,2。

两个螺线管的绕组间距与半径之间满足以下关系。

线圈绕组匝数与间距之间满足以下关系：

线圈绕组匝数与螺线管半径之间满足以下关系：

进一步地，单个螺线管的绕组间距与半径之间满足以下关系。

当时，

有益效果：

1、本发明公开了一种径向开口的无矩螺线管磁场线圈，该磁场线圈的骨架采用由两个同轴但半径不等的螺线管组合而成，具有结构简单且轴向、径向均有开口空间，并符合无矩线圈的径向测试需求。

2、本发明中通过设计螺线管中各绕组和螺线管半径之间的关系，能够保证线圈产生磁场的均匀性，且均匀区近似球形，径向开口的球形空间磁场非均匀性优于0.01％。

附图说明

图1为径向开口的无矩螺线管磁场线圈的示意图。

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。

实施例1、磁场线圈的骨架采用由两个同轴但半径不等的螺线管组合而成，每个螺线管上沿中心剖面为中轴左右对称分布有两对绕组，每对绕组包括两段绕组，处于中轴同一侧的一对绕组，两段绕组之间留有空隙；其中中轴两侧的两段绕组间的空隙用于径向开口。

内外两个螺线管的中心磁轴重合，内外两个螺线管反向串联。

两个螺线管的尺寸、绕组如图1所示，在中轴的同一侧，以R₁、R₂为内外两螺线管绕线后的有效半径；L_1,1、L_1,2、L_1,3、L_1,4分别为内螺线管在该侧的一对绕组边缘与中轴的距离，L_1,1与L_1,2之间为靠近中轴的一段绕组，匝数为w_1,1，L_1,3与L_1,4之间为另一段绕组，匝数为w_1,2；L_2,1、L_2,2、L_2,3、L_2,4分别为外螺线管在该侧的一对绕组边缘与中轴的距离，L_2,1与L_2,2之间为靠近中轴的一段绕组，匝数为w_2,1，L_2,3与L_2,4之间为另一段绕组，匝数为w_2,2。

保证线圈的无矩性，即磁矩为0的特性，需满足以下关系式：

1、L_1,1、L_1,2、L_1,3、L_1,4、L_2,1、L_2,2、L_2,3、L_2,4与R₁、R₂之间有以下关系。

2、w_1,1、w_1,2与L_1,1、L_1,2、L_1,3、L_1,4及w_2,1、w_2,2与L_2,1、L_2,2、L_2,3、L_2,4之间有以下关系。

3、w_1,1、w_1,2、w_2,1、w_2,2与R₁、R₂之间有以下关系。

单个螺线管上的线圈绕制好后，将内外两个螺线管反向串联。

为了保证线圈产生磁场的均匀性，L_1,1、L_1,2、L_1,3、L_1,4与R₁之间有以下关系。

当时，

这种螺线管的线圈常数k_B可以通过标准磁强计进行标定，线圈复现的标准磁场为线圈常数与线圈通过电流的乘积B＝k_B×I。

综上，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

1.一种径向开口的无矩螺线管磁场线圈，其特征在于，所述磁场线圈由内外两个螺线管组合而成，每个螺线管上沿中心剖面为中轴左右对称分布有两对绕组，每对绕组包括两段绕组，处于中轴同一侧的一对绕组，两段绕组之间留有空隙；其中中轴两侧的两段绕组间的空隙开设径向开口；

在中轴的同一侧，以R₁、R₂为内外两螺线管绕线后的有效半径；L_1,1、L_1,2、L_1,3、L_1,4分别为内螺线管在该侧的一对绕组边缘与中轴的距离，L_1,1与L_1,2之间为靠近中轴的一段绕组，匝数为w_1,1，L_1,3与L_1,4之间为另一段绕组，匝数为w_1,2；L_2,1、L_2,2、L_2,3、L_2,4分别为外螺线管在该侧的一对绕组边缘与中轴的距离，L_2,1与L_2,2之间为靠近中轴的一段绕组，匝数为w_2,1，L_2,3与L_2,4之间为另一段绕组，匝数为w_2,2；

两个螺线管的绕组间距与半径之间满足以下关系：

\frac{L_{1, 1}}{R_{1}} = \frac{L_{2, 1}}{R_{2}}; \frac{L_{1, 2}}{R_{1}} = \frac{L_{2, 2}}{R_{2}}; \frac{L_{1, 3}}{R_{1}} = \frac{L_{2, 3}}{R_{2}}; \frac{L_{1, 4}}{R_{1}} = \frac{L_{2, 4}}{R_{2}};

线圈绕组匝数与间距之间满足以下关系：

\frac{w_{1, 1}}{w_{1, 2}} = \frac{L_{1, 2} - L_{1, 1}}{L_{1, 4} - L_{1, 3}}; \frac{w_{2, 1}}{w_{2, 2}} = \frac{L_{2, 2} - L_{2, 1}}{L_{2, 4} - L_{2, 3}};

线圈绕组匝数与螺线管半径之间满足以下关系：

(w_{1, 1} + w_{1, 2}) R_{1}^{2} = (w_{2, 1} + w_{2, 2}) R_{2}^{2} .

2.根据权利要求1所述的一种径向开口的无矩螺线管磁场线圈，其特征在于：单个螺线管的绕组间距与半径之间满足以下关系：

当时，