[发明专利]一种低频磁场校准装置

说明书

本发明涉及一种低频磁场校准装置，包括闭环式磁场线圈和谐振式稳压激励源组成部分，闭环式磁场线圈与谐振式稳压激励源相互串联，闭环式磁场线圈能通电产生10kHz～100kHz的磁场，其线圈所产生的磁场具有0.5％非均匀度水平的磁场均匀区，并且线圈电感参数随频率上升而下降；谐振式稳压激励源能在10kHz、30kHz、50kHz、70kHz、100kHz等频率点上匹配闭环式磁场线圈的阻抗参数并构成谐振电路，能以大电流低电压驱动闭环式磁场线圈产生10kHz～100kHz、1mT量级的磁场。本发明能够通过谐振工作的模式，以较低的能耗复现100kHz、1mT的均匀磁场空间，磁场均匀度优于0.5％，具有降低能耗、高均匀度磁场空间、提高现有磁场校准装置工作频率范围的效果。

技术领域

本发明属于交变磁场测量仪器校准技术领域，涉及一种低频磁场校准的装置。

背景技术

低频磁场测量仪器，通常用于电力、卫生、环保、国防等领域，进行环境低频磁场监测,因涉及到人身安全应用，低频磁场测量仪器对环境电磁辐射的测量准确与否，影响重大。

参考ICNIRP导则《限制时变电场和磁场曝露的导则》，其要求覆盖到100kHz以上范围磁辐射，适用于该导则的测量仪器主要以磁场参数为主，如日置公司的3470磁场探测仪可以测量10Hz～400kHz频率范围内的磁感应强度，测量误差±3.5％读数±0.5％量程。我国的住房与城乡建设部也在组织研发替代国外产品的建筑磁场辐射探测设备，其技术标准参照ICNIRP导则。

目前的校准装置或者频率范围不足，或者测量准确度低不足以校准低频磁场测量仪器。国内现有的具有均匀场特性的交变磁场校准装置，还不足以在10mT量级的磁感应强度下稳定工作到100kHz。例如国防计量行业所用的10kHz交变弱磁场标准装置，采用了功率源直接推动磁场线圈的工作方式，输出最高1mT、1kHz/0.1mT、10kHz的交变磁场，其原理图如图1所示，该装置输出10kHz以上的磁场时，因为线圈阻抗随频率呈指数上升，导致交变磁场的磁感应强度急剧下降，无法形成10kHz以上稳定的磁场输出。

另一种方法是采用单环线圈作为发射天线,在给定距离上对低频磁场测量仪器进行校准。该方法磁场强度低，磁场均匀性差，定位等问题导致磁场准确度低。其测试系统框图如图2所示，所利用的原理是毕奥萨伐定律计算出标准磁场值，

式中：

B——发射天线在其轴线上d/m处产生的磁感应强度，T；μ₀——真空磁导率，H/m；r——发射天线的等效半径，m；I——发射天线中的电流，A；N——发射天线的匝数，d——发射天线轴线上测试点到发射天线平面的距离，m。

该方法所复现的交变磁场在300nT附近，且由于被校仪器的探头通常存在相当的体积，很难对距离d进行精确定位，导致标准磁场的不确定度通常在10％的量级。

基于上述缺陷，本发明采用了设计电感-频率曲线下降的闭环式磁场线圈和谐振工作方式实现了高准确度且具备均匀磁场特性的低频磁场校准装置，解决复现100kHz、1mT量级的均匀磁场校准难题。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决10kHz以上均匀磁场复现过程中，因为磁场线圈电感较大导致激励电源的功率大幅度上升，进而导致100kHz、1mT量级的均匀磁场难以实现的问题，提出一种低频磁场校准装置。

本发明装置是通过下述技术方案实现的：