[发明专利]一种高平坦度中强磁场测量线圈的设计方法

权利要求书

1.一种高平坦度中强磁场测量线圈的设计方法，其特征在于，

第一步，设计测量线圈的骨架：

所述测量线圈的骨架由三段直径不同的柱形结构组成，其中中间段的直径最小，从而在两端的柱形结构之间形成一个环形腔，该环形腔为测量线圈的安装槽；

所述测量线圈选用带绝缘漆的铜制导线，导线的线径s为0.06mm～0.1mm，层排系数f为1.15，层间系数q为1.22；

所述骨架的中心加工有轴向通孔，轴向通孔的半径为r，r为外部绕线机夹具孔距的两倍；所述骨架两端柱形结构中直径较小的柱形结构的外径为D，D为被测量交变磁场均匀区直径的2/3，所述骨架的整体厚度为H，H为D/4～D/6；所述骨架的壁厚为k；

所述安装槽的宽度即测量线圈绕装形成绕组后的绕组厚度h为H-2k；设所述绕组的封胶厚度为a；

第二步，根据被测量交变磁场的幅值变化范围△B和被测量交变磁场的频带变化范围△f，计算出理论线圈常数值K_SW，计算公式为：

其中，△U为设定的测量线圈输出电压的最大变化量；

第三步，根据第一步中已设计好的骨架的外径D和封胶厚度a及公式(2)确定测量线圈绕组的平均半径R'；

第四步，根据第二步的理论线圈常数值K_SW和第三步的测量线圈绕组的平均半径R'及公式(3)计算线圈绕组的匝数N'，

得到N'后，对N'进行近似取整后得到匝数N；

第五步，根据第一步中确定的参数及第四步中的匝数N，计算测量线圈绕组的结构参数，包括绕组的每层匝数N_C、绕组的层数n、绕组的高度d、测量线圈绕组的有效半径R及实际线圈常数值K'_SW；

(1)已知测量线圈绕组的厚度h、测量线圈的线径s及层排系数f，根据得到绕组的每层匝数N_C，并对N_C进行取整；

(2)已知匝数N和取整后的N_C，根据得到绕组的层数n，并对n进行取整；

(3)已知取整后的n、测量线圈的线径s及层间系数q，根据d＝n×q×s，得到绕组的高度d；

(4)已知绕组的高度d、骨架轴向通孔的半径r及骨架的壁厚k，根据得到测量线圈绕组的有效半径R；

(5)已知测量线圈绕组的有效半径R和匝数N，根据K'_SW＝N·πR²，得到实际线圈常数值K'_SW，即测量线圈的匝面积；

第六步，按照第五步中得到的绕组的每层匝数N_C、绕组的层数n及绕组的高度d，将测量线圈通过外部的绕线机绕装在所述安装槽中形成测量线圈绕组，且进、出铜制导线的引线预留设定长度；

绕装完后按照设定的封胶厚度a将测量线圈封胶固定。

2.如权利要求1所述的一种高平坦度中强磁场测量线圈的设计方法，在测量线圈封胶固定后，根据公式(4)计算测量线圈的理论电感值L：

使用阻抗分析仪对测量线圈的实际电感值L'进行测量，通过对比理论电感值L和实际电感值L'是否相等，来验证实际绕装的测量线圈的结构参数和绕制的匝数是否准确；若相等，则表明测量线圈的结构参数和绕制的匝数准确；若不相等，则表明测量线圈的结构参数和绕制的匝数不准确，重复第六步，直到理论电感值L和实际电感值L'相等。

3.如权利要求2所述的一种高平坦度中强磁场测量线圈的设计方法，其特征在于，在使用时，在测量线圈的两根引线之间并联一个电容后，再串联一个电阻，电容的电容值C的取值大于10倍的被测量磁场的频带上限，电阻的电阻值Q的取值满足：2π·Δf·Q·C＜＜1；

使用阻抗分析仪对测量线圈的阻抗Z和电感L进行测量，并绘制阻抗Z和电感L的特性曲线图，在被测量交变磁场的频带范围内验证电容值C和电阻值Q是否满足要求；若阻抗Z和电感L的变化值小于0.1％，则电容值C和电阻值Q满足要求；若阻抗Z和电感L的变化值大于0.1％，则重新选取电容值C和电阻值Q，直到电容值C和电阻值Q满足要求。