[发明专利]一种高平坦度中强磁场测量线圈的设计方法

说明书

本发明公开了一种高平坦度中强磁场测量线圈的设计方法，属于交变磁场测量技术领域；首先，设计测量线圈的骨架：然后，根据被测量交变磁场的幅值变化范围和被测量交变磁场的频带变化范围，计算出理论线圈常数值；再根据骨架的外径和封胶厚度确定测量线圈绕组的平均半径；并计算线圈绕组的匝数后并取整；根据以上数值计算测量线圈绕组的结构参数，包括绕组的每层匝数、绕组的层数、绕组的高度、测量线圈绕组的有效半径及实际线圈常数值；根据设计的结构参数加工线圈骨架，使用绕线机绕制，匝数和层数按照设计的参数进行完成绕制，封胶固定完成输出电缆的加工，得到线圈的真实线圈常数值；最后，设计测量线圈匹配的电容和电阻使线圈的阻抗不因频带变化而变化。

技术领域

本发明属于交变磁场测量技术领域，具体涉及一种高平坦度中强磁场测量线圈的设计方法。

背景技术

中强交变磁场主要应用于核磁共振成像、电池感应加热设备、无损检测和电磁兼容等领域，其作用是产生一定频带范围内几百高斯的交变磁场。目前测量中频交变磁场的测量设备一般采用的是霍尔磁强计和感应式线圈，但是市场上出售的霍尔磁强计由于霍尔探头的交流转换系数不准，因此，测量交变磁场的准确度非常低一般为3％左右，并且不能测量出中频交变磁场的实时频率值。而一般感应式线圈由于没有解决电感电容对于常数值的影响，一般都是只能测量单一点频率的幅值，即常规感应式测量线圈因为其测量线圈常数(即敏感系数)随频率变化，测量频带范围内的交变磁场必须准确知道任意频率点下的线圈常数值，但目前对每个频率点下线圈常数值的标定比较繁琐。

测量线圈通常要绕制几千匝，电感值为mH级，另因线圈的层与层之间，匝与匝之间均具有分布电容,电感和分布电容的存在会使线圈常数值随磁场的频率变化而快速变化，通过实际测量频率从20Hz～1000Hz磁场幅值相同的磁场信号，交变测量线圈的线圈常数值会变化12倍。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种高平坦度中强磁场测量线圈的设计方法，该方法根据所需测量的交变磁场的幅值和频带宽度来设计测量线圈，线圈的阻抗不因频带变化而变化，并能准确计算出线圈常数值。

一种高平坦度中强磁场测量线圈的设计方法，具体步骤如下：

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；