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产生均匀 磁场的增强补偿方法和装置及其使用方法

阅读：653发布：2020-05-12

专利汇可以提供产生均匀磁场的增强补偿方法和装置及其使用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种产生均匀磁场的增强补偿方法和装置及其使用方法，采用螺线管加高导磁材料外壳本体结构，通过调节螺线管的电流强度来调节工作区域磁场大小，用高导磁材料外壳本体聚集磁通，不但可以减少漏磁产生，增强工作区域的磁场，还有效地屏蔽了工作区域以外的磁场，抑制了外界干扰；为避免高导磁材料外壳本体的加工精度对磁场均匀性的影响，在工作区域附近放置分级绕组单元，用于改善工作区域磁场的均匀性。，下面是产生均匀磁场的增强补偿方法和装置及其使用方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种产生均匀磁场的增强补偿方法，设定磁场发生的空间V，空间V内所需磁场的目标工作磁通密度分别是B1、B2、……Bm，磁场的均匀度A0，m为自然数；其特征在于：增强补偿方法如下：
1)根据磁场发生的空间V确定螺线管长度L、螺线管半径R，根据螺线管长度L、螺线管半径R和螺线管中通入的电流I，计算螺线管工作区磁通密度B；
其中：
μ0为空气磁导率
n螺线管匝数
设空间V内的目标工作磁通密度为Bm，若B不等于Bm，调整螺线管匝数n和电流I，直至B等于Bm，且螺线管匝数n为自然数，记录电流Im的大小、螺线管匝数n和电流Im对应的目标工作磁通密度Bm；x是螺线管中心线上任意点到螺线管中心的距离；
保证螺线管匝数n不变，根据公式(1)计算目标工作磁通密度B1对应的电流I1、目标工作磁通密度B2对应的电流I2……目标工作磁通密度Bm-1对应的电流Im-1；
2)根据步骤1)中螺线管长度L、螺线管半径R、螺线管匝数n及补偿绕组(6)制备用于产生均匀磁场增强补偿的装置；
3)用高斯计探头测量试品区不同位置测量点的磁通密度，根据试品区不同位置测量点的最大磁通密度Bmax和最小磁通密度Bmin计算试品区磁通密度的均匀度A，计算公式(2)如下：
A＝(Bmax-Bmin)/Bmax×100％    (2)
若A大于A0，利用公式(3)计算最大磁通密度Bmax与目标工作磁通密度Bm的偏差⊿B1，利用公式(4)计算最大磁通密度Bmin与目标工作磁通密度Bm的偏差⊿B2，
⊿B1＝Bmax-Bm      (3)
⊿B2＝Bmin-Bm      (4)
若⊿B1>⊿B2，则给位于Bmax附近的绕组单元通入与螺线管电流Im方向相反的补偿电流Im1，补偿电流分辨率为1mA，从1mA开始由小到大设置，直到⊿B1<⊿B2；若⊿B1<⊿B2，则给位于Bmax附近的绕组单元通入与螺线管电流Im方向相同的补偿电流Im2，同理，补偿电流分辨率为1mA，从1mA开始由小到大设置，直到⊿B1>⊿B2；每调整一次补偿电流，重新测量一次试品区不同位置测量点的磁通密度，直到A4)根据步骤1)中计算的目标工作磁通密度B1对应的电流I1、目标工作磁通密度B2对应的电流I2……目标工作磁通密度Bm-1对应的电流Im-1重复步骤3)，测量并记录目标工作磁通密度为B1时绕组单元的通电个数、电流大小和电流方向，目标工作磁通密度为B2时绕组单元的通电个数、电流大小和电流方向……目标工作磁通密度为Bm-1时绕组单元的通电个数、电流大小和电流方向。
2.根据权利要求1所述产生均匀磁场的增强补偿方法，其特征在于：步骤1)中，调整电流I时保证电流I不能大于2安培。
3.根据权利要求1所述产生均匀磁场的增强补偿方法，其特征在于：步骤2)中，补偿绕组(6)包括若干个绕组单元(6.1)，若干个绕组单元(6.1)沿竖直方向分层布置，且最上一层绕组单元(6.1)位于试品区上表面的上方，最下一层绕组单元(6.1)位于试品区下表面的下方；每一层绕组单元(6.1)的匝数不大于3匝。
4.一种如权利要求1所述产生均匀磁场的增强补偿方法的装置，其特征在于：包括封闭外壳(14)、设置在所述封闭外壳(14)内腔中的绝缘筒(8)、绕制在所述绝缘筒(8)外周缘的螺线管(5)、绕制在所述螺线管(5)外周缘的补偿绕组(6)及内置在所述绝缘筒(8)中的试品放置架(7)，所述补偿绕组(6)的出线和所述螺线管(5)的出线均从所述封闭外壳(14)的出线孔(12)引出。
5.根据权利要求4所述产生均匀磁场的增强补偿方法的装置，其特征在于：所述补偿绕组(6)包括若干个绕组单元(6.1)，若干个所述绕组单元(6.1)沿竖直方向分层布置，且最上一层绕组单元(6.1)位于试品区上表面的上方，最下一层绕组单元(6.1)位于试品区下表面的下方，每一层所述绕组单元(6.1)的匝数不大于3匝。
6.根据权利要求4所述产生均匀磁场的增强补偿方法的装置，其特征在于：所述封闭外壳(14)包括高导磁材料底座(10)和底部开口的外壳(13)，所述外壳(13)包括底部开口的高导磁材料外壳本体(3)和两端开口的高导磁材料加强筒(4)，所述高导磁材料加强筒(4)通过焊接的方式固定在所述高导磁材料外壳本体(3)内壁；所述绝缘筒(8)的顶部插入上压板(1)的上凹槽(1.1)内，且所述上压板(1)固定在所述高导磁材料外壳本体(3)的顶部；所述绝缘筒(8)的底部插入下垫板(9)的下凹槽(9.1)内，且所述下垫板(9)固定在所述高导磁材料底座(10)上；高导磁材料外壳本体(3)、高导磁材料加强筒(4)、及高导磁材料底座(10)的相对磁导率均大于5000。
7.根据权利要求6所述产生均匀磁场的增强补偿方法的装置，其特征在于：所述下垫板(9)与所述高导磁材料底座(10)之间设置有高导磁材料升高垫(11)，所述高导磁材料升高垫(11)的长度等于所述外壳(13)的内径，所述高导磁材料外壳本体(3)的底部开口固定在高导磁材料底座(10)上、所述高导磁材料升高垫(11)插入所述外壳(13)的底部开口处构成闭磁路结构；高导磁材料升高垫(11)的相对磁导率均大于5000。
8.根据权利要求7所述产生均匀磁场的增强补偿方法的装置，其特征在于：所述上压板(1)采用绝缘材料制成，用螺栓(2)固定在所述高导磁材料外壳本体(3)的顶部；所述下垫板(9)采用绝缘材料制成，所述下垫板(9)用胶粘接在所述高导磁材料升高垫(11)上，所述高导磁材料升高垫(11)用胶粘接在所述高导磁材料底座(10)上。
9.一种产生均匀磁场增强补偿装置的使用方法，其特征在于：所述产生均匀磁场增强补偿装置，包括封闭外壳(14)、设置在所述封闭外壳(14)内腔中的绝缘筒(8)、绕制在所述绝缘筒(8)外周缘的螺线管(5)、绕制在所述螺线管(5)外周缘的补偿绕组(6)及内置在所述绝缘筒(8)中的试品放置架(7)，所述补偿绕组(6)的出线和所述螺线管(5)的出线均从所述封闭外壳(14)的出线孔(12)引出；
所述补偿绕组(6)包括若干个绕组单元(6.1)，若干个所述绕组单元(6.1)沿竖直方向分层布置，且最上一层绕组单元(6.1)位于试品区上表面的上方，最下一层绕组单元(6.1)位于试品区下表面的下方，每一层所述绕组单元(6.1)的匝数不大于3匝；
所述封闭外壳(14)包括高导磁材料底座(10)和底部开口的外壳(13)，所述外壳(13)包括底部开口的高导磁材料外壳本体(3)和两端开口的高导磁材料加强筒(4)，所述高导磁材料加强筒(4)通过焊接的方式固定在所述高导磁材料外壳本体(3)内壁；所述绝缘筒(8)的顶部插入上压板(1)的上凹槽(1.1)内，且所述上压板(1)固定在所述高导磁材料外壳本体(3)的顶部；所述绝缘筒(8)的底部插入下垫板(9)的下凹槽(9.1)内，且所述下垫板(9)固定在所述高导磁材料底座(10)上；高导磁材料外壳本体(3)、高导磁材料加强筒(4)、及高导磁材料底座(10)的相对磁导率均大于5000；
所述使用方法如下：
1)取下外壳(13)，将高斯计探头放置在试品放置架(7)上，然后罩上外壳(13)；
2)给螺线管(5)通电，增加电流大小，观测高斯计探头读数，达到所需磁场后，移动高斯计探头位置，如果不能满足工作区磁场均匀度要求，给补偿绕组(6)中的绕组单元(6.1)加电流，电流大小根据工作区域磁场变化情况确定，直到场强和均匀度达到要求，记录螺线管(5)和补偿绕组(6)中绕组单元(6.1)的电流大小；
3)取出高斯计探头，取下外壳(13)，将被测样品放置在试品放置架(7)上，然后罩上外壳(13)；
4)按步骤3)记录的电流大小给螺线管(5)和补偿绕组(6)通电，开始测量样品。

说明书全文

产生均匀磁场的增强补偿方法和装置及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电磁测量技术领域，具体地指一种产生均匀磁场的增强补偿方法和装置及其使用方法。

背景技术

[0002] 在许多实验和探测器中，施加均匀磁场是非常必要的。目前，国内外普遍使用的均匀磁场发生装置有亥母霍兹线圈、螺线管、电磁铁和永磁体等。其中，电磁铁和永磁体用于产生高场强领域，产生磁场的均匀性较差。

[0003] 中国发明专利申请“用于产生均匀磁场的装置和方法”[申请号：201610537023.5]中公开了一种扩大螺线管内部轴向磁场均匀范围的装置和方法，该方法使用多个螺线管，每个螺线管电流相互独立，但虽然均匀区范围扩大，并未增强磁场。

[0004] 中国发明专利“用于产生均匀磁场的装置和方法”[申请号：201510509718.8]中公开了一种由多对磁体和壳体组成的均匀磁场发生装置，可以限制磁通量并且减低杂散磁场的磁性重定向材料实现壳体。因为永磁体磁场不易调节，该方法限制了装置的应用范围。

[0005] 中国发明专利申请“均匀磁场发生器”[申请号：201710021664.X]中公开了一种多个高磁导率环和永磁体组成的均匀磁场发生器，但因其采用永磁体，不可调节磁场，且无补偿装置，导致工作区域磁场强度不能改变，且均匀性较差。

[0006] 在弱磁场应用领域，亥母霍兹线圈和螺线管以结构简单、性能稳定和精度高等优势被普遍采用。但因亥母霍兹线圈和螺线管产生磁场较弱，要提高磁场，需要在亥母霍兹线圈或者螺线管的导线上施加较大的励磁电流，因此将产生较大的功耗，引起导线发热。

发明内容

[0007] 本发明的目的就是要针上述技术的不足，提供了一种能增强工作区域磁场、改善工作区域磁场均匀性的产生均匀磁场的增强补偿方法和装置及其使用方法。

[0008] 为实现上述目的，本发明所设计的产生均匀磁场的增强补偿方法，设定磁场发生的空间V，空间V内所需磁场的目标工作磁通密度分别是B1、B2、……Bm，磁场的均匀度A0，m为自然数；增强补偿方法如下：

[0009] 1)根据磁场发生的空间V确定螺线管长度L、螺线管半径R，根据螺线管长度L、螺线管半径R和螺线管中通入的电流I，计算螺线管工作区磁通密度B；

[0010]

[0011] 其中：

[0012]

[0013]

[0014] μ0为空气磁导率

[0015] n螺线管匝数

[0016] 设空间V内的目标工作磁通密度为Bm，若B不等于Bm，调整螺线管匝数n和电流I，直至B等于Bm，且螺线管匝数n为自然数，记录电流Im的大小、螺线管匝数n和电流Im对应的目标工作磁通密度Bm；x是螺线管中心线上任意点到螺线管中心的距离；

[0017] 保证螺线管匝数n不变，根据公式(1)计算目标工作磁通密度B1对应的电流I1、目标工作磁通密度B2对应的电流I2……目标工作磁通密度Bm-1对应的电流Im-1；

[0018] 2)根据步骤1)中螺线管长度L、螺线管半径R、螺线管匝数n及补偿绕组制备用于产生均匀磁场增强补偿的装置；

[0019] 3)用高斯计探头测量试品区不同位置测量点的磁通密度，根据试品区不同位置测量点的最大磁通密度Bmax和最小磁通密度Bmin计算试品区磁通密度的均匀度A，计算公式(2)如下：

[0020] A＝(Bmax-Bmin)/Bmax×100％ (2)

[0021] 若A大于A0，利用公式(3)计算最大磁通密度Bmax与目标工作磁通密度Bm的偏差⊿B1，利用公式(4)计算最大磁通密度Bmin与目标工作磁通密度Bm的偏差⊿B2，[0022] ⊿B1＝Bmax-Bm (3)

[0023] ⊿B2＝Bmin-Bm (4)

[0024] 若⊿B1>⊿B2，则给位于Bmax附近的绕组单元通入与螺线管电流Im方向相反的补偿电流Im1，补偿电流分辨率为1mA，从1mA开始由小到大设置，直到⊿B1<⊿B2；若⊿B1<⊿B2，则给位于Bmax附近的绕组单元通入与螺线管电流Im方向相同的补偿电流Im2，同理，补偿电流分辨率为1mA，从1mA开始由小到大设置，直到⊿B1>⊿B2；每调整一次补偿电流，重新测量一次试品区不同位置测量点的磁通密度，直到A

[0025] 4)根据步骤1)中计算的目标工作磁通密度B1对应的电流I1、目标工作磁通密度B2对应的电流I2……目标工作磁通密度Bm-1对应的电流Im-1重复步骤3)，测量并记录目标工作磁通密度为B1时绕组单元的通电个数、电流大小和电流方向，目标工作磁通密度为B2时绕组单元的通电个数、电流大小和电流方向……目标工作磁通密度为Bm-1时绕组单元的通电个数、电流大小和电流方向。

[0026] 进一步地，步骤1)中，调整电流I时保证电流I不能大于2安培。

[0027] 进一步地，步骤2)中，补偿绕组包括若干个绕组单元，若干个绕组单元沿竖直方向分层布置，且最上一层绕组单元位于试品区上表面的上方，最下一层绕组单元位于试品区下表面的下方；每一层绕组单元的匝数不大于3匝。

[0028] 还提供一种如上述所述产生均匀磁场的增强补偿方法的装置，包括封闭外壳、设置在所述封闭外壳内腔中的绝缘筒、绕制在所述绝缘筒外周缘的螺线管、绕制在所述螺线管外周缘的补偿绕组及内置在所述绝缘筒中的试品放置架，所述补偿绕组的出线和所述螺线管的出线均从所述封闭外壳的出线孔引出。

[0029] 进一步地，所述补偿绕组包括若干个绕组单元，若干个所述绕组单元沿竖直方向分层布置，且最上一层绕组单元位于试品区上表面的上方，最下一层绕组单元位于试品区下表面的下方，每一层所述绕组单元的匝数不大于3匝。

[0030] 进一步地，所述封闭外壳包括高导磁材料底座和底部开口的外壳，所述外壳包括底部开口的高导磁材料外壳本体和两端开口的高导磁材料加强筒，所述高导磁材料加强筒通过焊接的方式固定在所述高导磁材料外壳本体内壁；所述绝缘筒的顶部插入上压板的上凹槽内，且所述上压板固定在所述高导磁材料外壳本体的顶部；所述绝缘筒的底部插入下垫板的下凹槽内，且所述下垫板固定在所述高导磁材料底座上；高导磁材料外壳本体、高导磁材料加强筒、及高导磁材料底座的相对磁导率均大于5000。

[0031] 进一步地，所述下垫板与所述高导磁材料底座之间设置有高导磁材料升高垫，所述高导磁材料升高垫的长度等于所述外壳的内径，所述高导磁材料外壳本体的底部开口固定在高导磁材料底座上、所述高导磁材料升高垫插入所述外壳的底部开口处构成闭磁路结构；高导磁材料升高垫的相对磁导率均大于5000。

[0032] 进一步地，所述上压板采用绝缘材料制成，用螺栓固定在所述高导磁材料外壳本体的顶部；所述下垫板采用绝缘材料制成，所述下垫板用胶粘接在所述高导磁材料升高垫上，所述高导磁材料升高垫用胶粘接在所述高导磁材料底座上。

[0033] 还提供一种产生均匀磁场增强补偿装置的使用方法，所述产生均匀磁场增强补偿装置，包括封闭外壳、设置在所述封闭外壳内腔中的绝缘筒、绕制在所述绝缘筒外周缘的螺线管、绕制在所述螺线管外周缘的补偿绕组及内置在所述绝缘筒中的试品放置架，所述补偿绕组的出线和所述螺线管的出线均从所述封闭外壳的出线孔引出；

[0034] 所述补偿绕组包括若干个绕组单元，若干个所述绕组单元沿竖直方向分层布置，且最上一层绕组单元位于试品区上表面的上方，最下一层绕组单元位于试品区下表面的下方，每一层所述绕组单元的匝数不大于3匝；

[0035] 所述封闭外壳包括高导磁材料底座和底部开口的外壳，所述外壳包括底部开口的高导磁材料外壳本体和两端开口的高导磁材料加强筒，所述高导磁材料加强筒通过焊接的方式固定在所述高导磁材料外壳本体内壁；所述绝缘筒的顶部插入上压板的上凹槽内，且所述上压板固定在所述高导磁材料外壳本体的顶部；所述绝缘筒的底部插入下垫板的下凹槽内，且所述下垫板固定在所述高导磁材料底座上；高导磁材料外壳本体、高导磁材料加强筒、及高导磁材料底座的相对磁导率均大于5000；

[0036] 所述使用方法如下：

[0037] 1)取下外壳，将高斯计探头放置在试品放置架上，然后罩上外壳；

[0038] 2)给螺线管通电，增加电流大小，观测高斯计探头读数，达到所需磁场后，移动高斯计探头位置，如果不能满足工作区磁场均匀度要求，给补偿绕组中的绕组单元加电流，电流大小根据工作区域磁场变化情况确定，直到场强和均匀度达到要求，记录螺线管和补偿绕组中绕组单元的电流大小；

[0039] 3)取出高斯计探头，取下外壳，将被测样品放置在试品放置架上，然后罩上外壳；

[0040] 4)按步骤3)记录的电流大小给螺线管和补偿绕组通电，开始测量样品。

[0041] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：采用螺线管加高导磁材料外壳本体结构，通过调节螺线管的电流强度来调节工作区域磁场大小，用高导磁材料外壳本体聚集磁通，不但可以减少漏磁产生，增强工作区域的磁场，还有效地屏蔽了工作区域以外的磁场，抑制了外界干扰；为避免高导磁材料外壳本体的加工精度对磁场均匀性的影响，在工作区域附近放置分级绕组单元，用于改善工作区域磁场的均匀性。附图说明

[0042] 图1为本发明产生均匀磁场增强补偿的装置结构示意图。

[0043] 图中各部件标号如下：上压板1(其中：上凹槽1.1)、螺栓2、高导磁材料外壳本体3、高导磁材料加强筒4、螺线管5、补偿绕组6(其中：绕组单元6.1)、试品放置架7、绝缘筒8、下垫板9(其中：下凹槽9.1)、底座10、高导磁材料升高垫11、出线孔12、外壳13、封闭外壳14。

具体实施方式

[0044] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

[0045] 一种产生均匀磁场的增强补偿方法，设定磁场发生的空间V，空间V内所需磁场的目标工作磁通密度分别是B1、B2、……Bm，磁场的均匀度A0，m为自然数；增强及补充方法具体如下：

[0046] 1)根据磁场发生的空间V确定螺线管长度L、螺线管半径R，根据螺线管长度L、螺线管半径R和螺线管中通入的电流I，计算螺线管工作区磁通密度B；

[0047]

[0048] 其中：

[0049]

[0050]

[0051] μ0为空气磁导率

[0052] n螺线管匝数

[0053] 设空间V内的目标工作磁通密度为Bm，若B不等于Bm，调整螺线管匝数n和电流I，调节电流I时保证电流I不能大于2安培(避免过热)，直至B等于Bm，且螺线管匝数n为自然数，记录电流Im的大小、螺线管匝数n和电流Im对应的目标工作磁通密度Bm，x是螺线管中心线上任意点到螺线管中心的距离；

[0054] 保证螺线管匝数n不变，根据公式(1)计算目标工作磁通密度B1对应的电流I1、目标工作磁通密度B2对应的电流I2……目标工作磁通密度Bm-1对应的电流Im-1；

[0055] 2)根据步骤1)中螺线管长度L、螺线管半径R、螺线管匝数n及补偿绕组制备用于产生均匀磁场增强及补偿的装置，其中，补偿绕组包括若干个绕组单元，若干个绕组单元沿竖直方向分层布置，且最上一层绕组单元位于试品区上表面的上方，最下一层绕组单元位于试品区下表面的下方；每一层绕组单元的匝数不大于3匝；

[0056] 3)用高斯计探头测量试品区不同位置测量点的磁通密度，根据试品区不同位置测量点的最大磁通密度Bmax和最小磁通密度Bmin计算试品区磁通密度的均匀度A，计算公式(2)如下：

[0057] A＝(Bmax-Bmin)/Bmax×100％ (2)

[0058] 若A大于A0(均匀度值越小，表示空间磁场越均匀)，利用公式(3)计算最大磁通密度Bmax与目标工作磁通密度Bm的偏差⊿B1，利用公式(4)计算最大磁通密度Bmin与目标工作磁通密度Bm的偏差⊿B2，

[0059] ⊿B1＝Bmax-Bm (3)

[0060] ⊿B2＝Bmin-Bm (4)

[0061] 若⊿B1>⊿B2，则给位于Bmax附近的绕组单元通入与螺线管电流Im方向相反的补偿电流Im1，补偿电流分辨率为1mA，从1mA开始由小到大设置，直到⊿B1<⊿B2；若⊿B1<⊿B2，则给位于Bmax附近的绕组单元通入与螺线管电流Im方向相同的补偿电流Im2，同理，补偿电流分辨率为1mA，从1mA开始由小到大设置，直到⊿B1>⊿B2；每调整一次补偿电流，重新测量一次试品区不同位置测量点的磁通密度，直到A

[0062] 4)根据步骤1)中计算的目标工作磁通密度B1对应的电流I1、目标工作磁通密度B2对应的电流I2……目标工作磁通密度Bm-1对应的电流Im-1重复步骤3)，测量并记录目标工作磁通密度为B1时绕组单元的通电个数、电流大小和电流方向，目标工作磁通密度为B2时绕组单元的通电个数、电流大小和电流方向……目标工作磁通密度为Bm-1时绕组单元的通电个数、电流大小和电流方向。

[0063] 下面结合一个具体例子详细阐述本发明用于产生均匀磁场的增强及补偿方法：

[0064] 设要求被测试品区体积V＝10mm*10mm*10mm，均匀度A≤800ppm；根据试品区体积设计螺线管半径R＝125mm、匝数n＝200，螺线管长L＝125mm，所需磁通密度B＝1.5Gs，再根据试验研究得到的螺线管加高导磁材料外壳本体后，目标区磁通密度可以增强13倍，即只有螺线管产生的磁通密度B’＝0.115Gs，由公式(1)计算得到I＝0.1A.

[0065] 设螺线管加高导磁材料外壳本体组装后，在螺线管中通入0.1A电流，得到被测区中心磁通密度1.56Gs，调整螺线管电流I＝0.096A，得到被测区中心磁通密度1.5Gs，在被测区选择中心线上、中、下3个点测试均匀度，测量得到3个点的磁通密度值B1＝1.5085Gs，B2＝1.5005Gs，B3＝1.5040Gs，得到均匀度AO＝5303ppm，给B1附近的补偿线圈通入与I方向相反的补偿电流Ic1＝30mA，得到B1＝1.5015Gs，给B3附近的补偿线圈通入与I方向相反的补偿电流Ic1＝12mA，得到B3＝1.5008Gs，得到均匀度AO’＝663ppm。

[0066] 如图1所示为产生均匀磁场增强补偿的装置，包括封闭外壳14、设置在封闭外壳14内腔中的绝缘筒8、绕制在绝缘筒8外周缘的螺线管5、绕制在螺线管5外周缘的补偿绕组6及内置在绝缘筒8中的试品放置架7，补偿绕组6的出线和螺线管5的出线均从封闭外壳14的出线孔12引出。绝缘筒8的顶部插入上压板1的上凹槽1.1内，且上压板1通过螺栓2固定在封闭外壳14的顶部；绝缘筒8的底部插入下垫板9的下凹槽9.1内，且下垫板9通过高导磁材料升高垫11固定在封闭外壳14的底部。补偿绕组6包括若干个绕组单元6.1，若干个绕组单元6.1沿竖直方向分层布置，且最上一层绕组单元6.1位于试品区上表面的上方，最下一层绕组单元6.1位于试品区下表面的下方，每一层绕组单元6.1的匝数不大于3匝；

[0067] 本实施例中，封闭外壳14包括高导磁材料底座10和底部开口的外壳13，外壳13包括底部开口的高导磁材料外壳本体3和两端开口的高导磁材料加强筒4，高导磁材料加强筒4通过焊接的方式固定在高导磁材料外壳本体3内壁，从而提高磁路的导磁性能，加强外壳
13结构的坚固性。高导磁材料升高垫11的长度等于外壳13(即高导磁材料加强筒4)的内径，高导磁材料外壳本体3的底部开口固定在高导磁材料底座10上、高导磁材料升高垫11插入外壳13的底部开口处构成闭磁路结构，并尽量减小高导磁材料升高垫11、高导磁材料底座
10与外壳13之间的缝隙。另外，高导磁材料外壳本体3、高导磁材料加强筒4、高导磁材料升高垫11及高导磁材料底座10的相对磁导率均大于5000。

[0068] 上压板1采用绝缘材料(电木)制成，用螺栓2固定在高导磁材料外壳本体3的顶部；并且，上压板1的上凹槽1.1深度应尽量深使螺线管5尽量贴近高导磁材料外壳本体3。下垫板9采用绝缘材料(电木)制成，下垫板9的下凹槽9.1深度应尽量深使螺线管5尽量贴近高导磁材料升高垫11，减小杂散场；另外，上压板1通过螺栓2固定在高导磁材料外壳本体3的顶部，高导磁材料升高垫11用胶粘接在高导磁材料底座10上，下垫板9用胶粘接在高导磁材料升高垫11上，试品放置架7由绝缘材料制成用胶粘接在下垫板9上。

[0069] 采用高导磁材料外壳本体3使螺线管5外部磁场汇聚，达到减少杂散场，增强工作区域磁通密度的目的；采用螺线管5外面增加补偿绕组6，解决高导磁材料外壳本体3的加工和装配精度带来的工作区域磁场不均匀性问题，从而提高工作区域磁场的均匀度。

[0070] 高导磁材料做外壳本体3既作为磁路又作屏蔽，将高导磁材料外壳本体3置于螺线管5外部形成闭合磁路，汇聚漏磁通，降低杂散场强度，增强螺线管5中心工作区域的磁通密度。因螺线管5外面高磁导率材料使磁力线垂直进入高导磁材料外壳本体3上下端面，不但增强了工作区域磁场，还扩大了螺线管5内部磁场的均匀区域。为了尽量减小均匀磁场发生装置内部的杂散场，装配螺线管5和高导磁材料外壳本体3的过程中应尽量减小螺线管两端与高导磁材料外壳本体3上下端面之间的缝隙，且考虑放置被测样品的可操作性，本发明的封闭外壳14采用钟罩式结构，有效地将高导磁材料底座10与外壳13分开。为了避免高导磁材料外壳本体3的加工精度对磁场均匀性的影响，本发明采用有源补偿的方式，在螺线管5外面的中心区域布置补偿绕组6，在绕组单元6.1上通入不同幅值的电流，增加工作区域磁场的均匀性。

[0071] 表1为单螺线管与本发明装置(补偿绕组未加电流)的性能对比

[0072]

[0073] 表1

[0074] 产生均匀磁场增强补偿的装置的使用方法如下：

[0075] 1)取下外壳，将高斯计探头放置在试品放置架上，然后罩上外壳；

[0076] 2)给螺线管通电，增加电流大小，观测高斯计探头读数，达到所需磁场后，移动高斯计探头位置，如果不能满足工作区磁场均匀度要求，给补偿绕组6中的绕组单元加电流，电流大小根据工作区域磁场变化情况确定，直到场强和均匀度达到要求，记录螺线管5和补偿绕组6中绕组单元的电流大小；

[0077] 3)取出高斯计探头，取下外壳，将被测样品放置在试品放置架7上，然后罩上外壳；

[0078] 4)按步骤3)记录的电流大小给螺线管5和补偿绕组6通电，开始测量样品。

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产生均匀磁场的增强补偿方法和装置及其使用方法

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