[发明专利]一种磁场纹波测量方法及装置

说明书

本发明涉及一种磁场纹波测量方法及装置，其包括：感应探头和后继电子学系统；所述感应探头放置于待测磁场中，其采用具有中间抽头的感应线圈，且所述中间抽头两侧的感应线圈缠绕方向一致，当以所述中间抽头为测量基准时，待测磁场的纹波产生的感应电动势在所述感应线圈两端大小相等、极性相反，构成差分信号通过所述感应探头的差分信号端输出到所述后继电子学系统；所述后继电子学系统用于对所述差分信号进行差分放大、积分处理后得到与待测磁场纹波频率无关、正比于纹波幅度的输出信号。本发明可以广泛应用于各类大型磁场设备(如粒子加速器系统中的电磁铁)磁场纹波的测量领域。

技术领域

本发明涉及一种高精度磁场纹波测量方法及装置，可以应用于各类大型磁场设备(如粒子加速器系统中的电磁铁)磁场纹波的测量，属于磁场测量技术领域。

背景技术

对于大型加速器装置，例如欧洲的大型强子对撞机、德国重离子研究中心的重离子加速器、兰州重离子加速器、以及正在建设中的强流重离子加速器等，束流轨道的稳定性是这些装置运行水平的重要指标。在影响束流轨道稳定性的诸多因素中，磁场纹波的影响尤为突出。磁场纹波会引起束流轨道抖动，从而影响依托于其的加速器装置的实验精度。

通常，电磁铁产生的稳恒磁场，总是难以避免地包含一系列频率的纹波成份。可用随时间变化的磁感应强度B(t)表征：其中B₀是磁感应强度的稳定值，也是平均值；ω是纹波的某一频率，a_ω是该频率纹波的幅度，是该频率纹波的相位，t是时间。一般说来，电磁铁磁场纹波的频率从一赫兹以下到几十千赫兹，而且，低频成份幅度较大，对束流轨道的影响也最为显著。对磁场纹波进行测量，提取其幅值、频谱和相位信息，是抑制磁场纹波、提高束流轨道稳定性的先决条件。

目前，测量磁场参数的方法主要有霍尔效应法、核磁共振法、感应线圈法等。

霍尔效应法和核磁共振法可以直接获得磁感应强度。然而，此类方法速度慢，只能给出一段时间内(零点几秒到几秒)磁场的平均值。虽然可以给出磁场在长时间下的缓慢漂移，但无法给出快速变化的磁场纹波。

感应线圈法的物理基础是楞次定律，获得的是变化磁场激发的电动势，对应的是磁感应强度随时间的变化率，即而不是磁场纹波本身。该方法测量结果与磁场纹波的频率相关，对幅度相同、频率不同的纹波，其输出幅度是不同的。对于包含多种复杂未知频率成份、或随时间变化的多种未知频率成份的纹波，该方法的测量结果不直观，不易分析处理，且因其对高频成份过分敏感、对低频成份不灵敏，往往损失低频成份或扭曲其波形。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种磁场纹波测量方法及装置，该方法测量得到的是磁场纹波，即实时磁感应强度值与平均值之差，且测量结果与磁场纹波频率无关，对幅度相同、频率不同的纹波，输出幅度是相同。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种磁场纹波测量装置，其包括：

感应探头和后继电子学系统；

所述感应探头放置于待测磁场中，其采用具有中间抽头的感应线圈，且所述中间抽头两侧的感应线圈缠绕方向一致，当以所述中间抽头为测量基准时，待测磁场的纹波产生的感应电动势在所述感应线圈两端大小相等、极性相反，构成差分信号通过所述感应探头的差分信号端输出到所述后继电子学系统；

所述后继电子学系统用于对所述差分信号进行差分放大、积分处理后得到与待测磁场纹波频率无关、正比于纹波幅度的输出信号。

进一步，所述感应探头采用印刷电路板，所述印刷电路板上设置有感应线圈层，所述感应线圈层包括感应线圈、绝缘基板和金属接地边框，所述感应线圈附着在所述绝缘基板上，所述绝缘基板外侧设置所述金属接地边框，且所述金属接地边框与所述感应线圈之间相互绝缘。