不均勻磁場的補償方法
2023-06-12 13:41:56
專利名稱：不均勻磁場的補償方法
技術領域：
本發明涉及一種使磁場均勻化的技術。
背景技術：
在實踐中，由於各種幹擾源的存在，磁場往往是不均勻的，這會給工程應用帶來不利 影響。例如在對磁場進行測量的情況下需要被測磁場是均勻的，不能存在磁場強度的梯度 變化。如果被測磁場存在所述梯度變化，則測量結果會出現誤差，因為測量用傳感器本身 具有一定的幾何尺寸，如果磁場存在比較大的梯度變化，則一個傳感器上不同點所處磁場 強度就會不同，因此會導致測量結果混亂。這一問題在航空、航天、船舶等對精度要求高 的領域更為突出。
因此，需要採取措施消除磁場中存在的梯度變化，目前常採用的方法是採用亥姆霍茲 線圈形成的磁場進行補償。亥姆霍茲線圈為如圖1所示的兩組平行共軸的圓形線圈，當兩 組線圈通過的電流相反時，在兩組線圈之間產生具有梯度變化的磁場，利用這個具有梯度 變化的磁場可以抵消被測磁場的梯度變化，即圖1所示亥姆霍茲線圈產生的磁場的梯度變 化的大小與被測磁場需要補償的磁場梯度變化大小相等，梯度變化的方向相反。這種現有 的不均勻磁場的補償方法在實踐應用中存在以下問題線圈材料造成的磁場強度梯度變化 總是無論如何調整電流都無法消除。在對磁場精度要求高的測量領域，這些無法消除的磁 場強度梯度變化成為阻礙實現測量目的的關鍵問題。
發明內容
為了解決現有技術存在的無法消除被測磁場的磁場強度梯度變化的問題，本發明提供 了一種不均勻磁場的補償方法，可以有效解決這一問題。 本發明的技術方案如下 不均勻磁場的補償方法包括如下步驟
將磁偶極子產生的磁場補償所述不均勻磁場存在的磁場強度的梯度變化，即將磁偶極 子產生的磁場中存在磁場強度梯度變化的某一區域反向疊加於所述不均勻磁場中的待補償 區域。
所述待補償區域與所述某一區域，不僅兩者磁場強度梯度變化的方向相反，而且兩者 磁場強度梯度變化的大小相等。 所述某一區域符合下列條件其中，r為待補償區域到磁偶極子的距離，Ar為磁場強度發生變化方向上兩點間的距離。 所述磁偶極子為電磁線圈。
本發明的技術效果
具有等值異號的兩個點磁荷構成的系統稱為磁偶極子，比如， 一根小磁針就可以視為一
個磁偶極子。地磁場也可以看作是由磁偶極子產生的場。磁偶極子產生形如圖2所示的磁 場，圖2中心為磁偶極子，橢圓形線圈為磁偶極子產生的磁力線。
本發明採用磁偶極子產生的磁場對不均勻磁場存在的磁場強度梯度進行補償比現有的 亥姆霍茲線圈方法具有良好的效果。對比的實驗及結果如下-
對同一被測磁場垂直方向的磁場強度梯度(主要是對於地磁場的影響)進行補償，補 償的區域為垂直方向30cm的範圍。採用亥姆霍茲線圈補償後的結果，經測試，被測磁場在 所述範圍內仍存留有49993.5nT-50007.5nT的磁場強度梯度，磁場強度梯度差為14nT;採用 本發明的方法進行補償後，經測試，被測磁場在所述範圍內的磁場強度梯度為 50000.0nT-50001.0nT，磁場強度梯度差為l.OnT。
圖1為亥姆霍茲線圈的原理圖。
圖2為本發明磁偶極子產生的磁場的示意圖。
具體實施例方式
磁偶極子產生的磁場中一點的磁感應強度與該點與磁偶極子間的距離r的三次方成反
比
E =戶
4訂3 公式l;
其中B為磁感應強度，/"°是真空磁導率，m是磁矩。
根據公式1可以將磁偶極子產生的磁場的根據前述大小相等，方向相反的原則補償被 測磁場的磁場強度梯度變化。
更進一步的，磁偶極子產生磁感應強度的梯度變化如果與距離r成線性變化，則在補償 被測磁場時更容易控制，因此，需要推導出磁偶極子產生的磁感應強度與距離r能夠符合線 性變化的條件。為此，對公式l進行求導，得到如下公式
B'"3，公式2 W
則B的增量為AB=-3^Ar公式3，
W
其中AB為B的公式i中B的增量，Ar為公式i中r的增量。對於特定的磁偶極子，〃。和m時常數，當r 時(在本實施例中當^<0.1時即可)，即r相對於變量Ar為常數，
formula see original document page 5
因此AB與Ar成線性關係。"T的比值具體為多少可以使得AB與Ar成線性關係要依據產生
的磁感應強度梯度所要求的精度進行確定。
本發明的磁偶極子為電磁線圈，這樣可以通過調整電流準確控制磁偶極子產生的磁場 強度，使得一套設備方便應用於多種場合。
權利要求
1、不均勻磁場的補償方法，其特徵在於包括如下步驟將磁偶極子產生的磁場補償所述不均勻磁場存在的磁場強度的梯度變化，即將磁偶極子產生的磁場中存在磁場強度梯度變化的某一區域反向疊加於所述不均勻磁場中的待補償區域。
2、 根據權利要求1所述不均勻磁場的補償方法，其特徵在於所述待補償區域與所述某 一區域，不僅兩者磁場強度梯度變化的方向相反，而且兩者磁場強度梯度變化的大小相等。
3、 根據權利要求1或2所述不均勻磁場的補償方法，其特徵在於所述某一區域符合 下列條件^<0.1 r其中，r為待補償區域到磁偶極子的距離，"為磁場強度發生變化方向上兩點間的距離。
4、 根據權利要求3所述的不均勻磁場的補償方法，其特徵在於所述磁偶極子為電磁線圈。
全文摘要
為了解決現有技術存在的無法消除某些磁場的磁場強度梯度變化的問題，本發明提供了一種不均勻磁場的補償方法，包括將磁偶極子產生的磁場補償所述不均勻磁場存在的磁場強度的梯度變化，即將磁偶極子產生的磁場中存在磁場強度梯度變化的某一區域反向疊加於所述不均勻磁場中，設置在所述不均勻磁場中的區域為與所述某一區域磁場強度梯度變化方向相反、大小相等的區域。本發明可以應用於磁場測量領域等需要對磁場強度梯度進行補償的領域。
文檔編號H01F5/00GK101533701SQ20081023912
公開日2009年9月16日 申請日期2008年12月9日 優先權日2008年12月9日
發明者趙曉光 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一四研究所