正方形亥姆霍兹线圈的磁场均匀性

利用三个正方形亥姆霍兹线圈构建三维匀强磁场,并分析其匀强磁场区域特性。将正方形亥姆霍兹线圈视为四段载流导线,采取分段计算然后矢量叠加的方法,分析正方形亥姆霍兹线圈轴线上和空间磁场强度及其均匀性,及其仿真数据结果。最后得到正方形亥姆霍兹线圈三维匀强磁场的结构模型及相关数据分析,证明了三维亥姆霍兹线圈产生的磁场满足匀强磁场要求。     

C8051F340在亥姆霍兹磁场测量中的应用

亥姆霍兹线圈产生的磁场具有广泛的物理应用。利用霍尔传感器件,自带USB2.0以及10位快速A/D的高性能单片机C8051F340,研制了单芯片（SOC）高速磁场数据测量装置,编写了磁场数据采集处理程序,设计了中心距可调的亥姆霍兹线圈,并用所研制的仪器进行了轴向磁场分布测量。结果表明,该实验装置测量精度高,实时性好,实验手段先进,可扩展为多个设计性物理实验。     

临床应用方形与圆形亥姆霍兹线圈对比研究

为了实现胶囊机器人临床应用,需要设计一种大尺寸的三轴亥姆霍兹线圈,根据圆形和方形亥姆霍兹线圈的结构与物理特性,建立满足人体容纳空间的三轴亥姆霍兹线圈电磁模型,分析了空间磁场的均匀度。以总视在功率为目标函数,通过序列二次规划法对方形和圆形线圈结构参量进行优化和对比,研究结果表明:在中心磁感应强度、内部有效容纳空间和通入交流电流相同时,方形线圈总视在功率最低、均匀度更高,易于装配,总体性能更好。     

三轴正交亥姆霍兹线圈的磁场均匀性分析

内窥镜胶囊机器人的外磁场控制已经成为介入诊疗技术的主要驱动方式。本文对三轴正交亥姆霍兹线圈的磁场均匀性进行分析,在对单轴线圈空间内任意位置磁场进行建模的基础上,通过坐标变换扩展为三轴线圈叠加磁场。对三轴磁场均匀性进行了分析,利用坐标变换对旋转平面内磁场精度进行作图分析,得到相应磁场均匀度分布规律,为三轴正交亥姆霍兹线圈的设计提供了理论依据,为提高旋转磁场的控制精度奠定了基础。     

基于两层嵌套线圈的磁场快速模拟方法

针对地磁导航半实物仿真系统仿真时钟滞后于自然时钟这一问题,提出一种基于两层嵌套亥姆霍兹线圈的磁场快速模拟方法。首先,从理论上分析了磁场模拟滞后的原因。然后,提出一种采用两层嵌套线圈模拟磁场的方法,将待模拟磁场分解为稳定磁场和变化磁场两部分,其中,外层线圈匝数较多电感较大,用于模拟较大的稳定磁场,不参与动态磁场的模拟;内层线圈匝数较少电感较小,用于模拟小范围的变化磁场,实现磁场的快速变化。同时,提出了两层嵌套亥姆霍兹线圈的设计流程,以此为指导加工制作了一套小型磁场模拟装置,并对其进行了误差校正和精度验证。最后,对该磁场模拟装置的实时性进行了实测实验,实验结果表明,该设计方法较传统方法实时性提高了4.1倍,能够极大地提高磁场模拟的实时性,可以为地磁导航半实物仿真系统实时性的提高提供一种参考。     

外加磁场对磁流体润滑油膜轴承的影响

为了研究磁流体润滑油膜轴承内磁场的分布情况,分别通过永磁铁、螺线管及亥姆赫兹线圈对其施加3种不同形式的外磁场。通过磁场二维实体有限元模型的数值仿真,分析在3种模型下磁流体润滑油膜轴承的磁场分布特性,并比较磁场在油膜区的分布情况。结果表明,永磁铁模型的磁场主要分布在永磁铁、油膜、轴承座以及靠近磁铁的轧辊部分,螺线管模型的磁场主要分布在油膜、轴承座以及靠近磁铁的轧辊部分,亥姆霍兹线圈模型的磁场主要分布在线圈以及油膜的端部;3种模型在油膜区磁场分布沿轴向均呈现中间小、两端大的不均匀现象,且具有端部效应;永磁铁模型和螺线管模型在油膜区磁场沿径向分布均匀,亥姆霍兹线圈模型沿径向分布不均匀。     

一种复合式磁场空间装置的探讨

探讨了一种在磁屏蔽室内套装三轴亥姆霍兹线圈系统的复合装置。该装置可以在周边磁场较乱、磁场梯度较大的环境中构建一个大区域、高均匀度的弱磁场空间，拓宽了弱磁空间的应用领域，降低了构建成本和构建难度。给出了该装置构建的5个技术环节要点。     

一般环境中亥姆霍兹线圈的检测与补偿

在一般环境中,由于背景磁场梯度的干扰,亥姆霍兹线圈显示的磁场相关数据不能证明他本身的性能,也无法进行正常的工作.因此如果条件所限只能居于一般环境,那么,首先必须尽量回避和清除外围的磁性物质及衍生的磁异常;必须修正检测的磁学数据以验证线圈系统对亥姆霍兹原理的把握;进而可以利用原线圈结构设立补偿绕组,随机抵消局域磁场梯度.实验证明,所得标志性参数仅比理论值差0.16%,与无磁场或均匀磁场空间所得结果可比.     

多层圆线圈在电磁计算中全空间磁感应强度B的分布

励磁类线圈在线圈通电流时在线圈内外空间产生相应的磁感应强度,如亥姆霍兹线圈。从毕奥-萨伐尔定律出发,通过矢量运算和几何关系,利用多层圆线圈磁场的对称性推导出全空间磁感应强度分布的积分表达式,并运用Ansoft Maxwell软件仿真模拟磁场的分布。     

离散电流对精密线圈磁场影响的研究

研究了通常用电流片模型来近似计算线圈磁场时被忽略的由于导线电流的离散而引起的附加磁场的变化规律,指出此种附加磁场会随着离开导线距离的增加而迅速衰减.此结论可用于指导精度要求较高的线圈磁场系统的设计,如用于质子回旋磁比γp′测量的高精度亥姆霍兹线圈的设计和用于普朗克常数h测量的焦耳天平系统中的精密互感线圈的设计等.     

Note: design of a novel rotating magnetic field device

A novel device to produce a rotating magnetic field was designed, constructed, and tested. The system consists of a Helmholtz coil pair which is mechanically coupled to a dc electric motor whose angular velocity is controlled. The coil pair generates a uniform magnetic field; the whole system is rotated maintaining the coils energized using brushes. The magnetic field strength is uniform (≈5.8 mT) for a workspace of about 100 mm along the rotation axis. The system remains free of undesirable high amplitude mechanical vibrations for rotation frequencies below 10 Hz. We verified the performance of the apparatus by conducting experiments with magnetic swimmers.     

一种宽量程磁场发生器的设计

宽量程磁场发生器实现由1nT到100mT磁场强度的连续可调。本设计提出了5对圆形线圈组构的技术方案，其中又配置辅助绕组，既利用了亥姆霍兹条件又突破了它的传统模式，同时充分体现了科学性与经济性统一的理念。     

线性测微电感的精化

为提高测微电感传感器的测量精度,提出了基于赫姆霍兹线圈理论设计螺线管线圈的方法,改善了螺线管线圈内轴向上磁场的分布均匀性。首先,分析了螺线管线圈模型,建立了螺线管线圈参数与轴向磁场强度分布相互关系的广义函数模型。然后,通过线圈与磁芯的尺寸确定了系统轴向磁场强度分布函数模型,结合磁芯移动区间范围设置磁场均匀度最小误差目标函数,通过对目标函数寻优得到各螺线管线圈的各项参数。最后,搭建了测微电感传感器的测试系统,测试了传感器性能。实验结果表明:与传统线圈相比,改进型螺线管线圈在100μm测量范围内的线性度由0.46%提高到0.30%。实验显示通过对不同规格的螺线管线圈进行组合,可使得螺线管内轴向上磁场强度分布均匀,从而提高了测量精度。     

勾形磁场的优化设计与实现

本文采用有限元法对8英寸单晶炉（16寸坩埚）勾形磁场的磁场分布和磁场强度,以及影响磁场强度的线圈匝数、导线面积、线圈间距等因素进行了模拟分析和优化,并依据模拟结果得到磁场结构的优化设计参数。最后通过实验对磁场的设计参数进行了验证,结果表明：磁场分布和磁场强度模拟结果与实际测试结果可较好吻合;磁场的关键参数满足晶体生长的磁场要求;模拟方法是正确的、符合实际的。此方法为磁场设计提供了一种可靠的模拟新方法和经验数据。     

超磁致伸缩换能器驱动磁场均匀性的研究

给出超磁致伸缩换能器驱动磁场均匀性概念后,论述了超磁致伸缩换能器驱动磁场宜用电磁感应强度表示。建立了ANSYS2D有限元模型,分析了超磁致伸缩棒、线圈长度、磁路闭合与否、补偿线圈等对磁场均匀性的影响,得出了明确的结论。该分析结果已经用于指导超磁致伸缩换能器的设计,取得良好的效果。     

感应式磁声成像脉冲磁场的测量方法

阐述了利用电磁感应法测量脉冲磁场的磁感应强度,首先测量放置在标准的已知正弦波磁场里的探测线圈的线圈常数,再用这种已知线圈常数的探测线圈进行脉冲磁场的测量。介绍了微型磁场探测线圈的绕制和固定方法,设计了脉冲磁场的实际测量装置,给出了线圈平面的调整方法,利用该装置实际测量了感应式磁声成像系统中的脉冲磁场,并对测量结果进行了误差分析。     

Determination of a Compensation Current for a Non-measurable Component by Measuring Geomagnetic Field Components with a Proton Magnetometer

A method for determining a compensation current for the magnetic field H-component by measuring the Z-component by means of the nuclear magnetic resonance method is described. The current is applied via serially connected windings of the Helmholtz coil system, which guarantees equal induction magnitudes before and after the field switching-on. The windings are then connected so that a half-value current flows via them to compensate for the perpendicular component of the field. Similar circuits are presented for three-coil compensation and Brownback coil systems.     

一种磁流变液性能测试用的凹字型磁路结构设计与研究

剪切屈服应力是反映磁流变液流变特性的主要参数之一,稳定可控的磁场直接影响磁流变液剪切屈服应力的测量精度,因此磁场设计是否合理对磁流变液的流变性能测试具有重要的影响。针对外置式线圈产生的磁场强度较低且存在漏磁现象、对称式线圈中磁流变液装载不便导致测量过程持续性差等问题,设计了一种凹字型磁路,通过调整线圈位置来改变磁场结构,使磁力线垂直穿过磁流变液流动方向,同时可拆卸的组合式磁路设计在保证磁场强度需要的前提下实现了磁流变液的连续性测量。此外,还分析了不同电流下的磁场强度分布规律,并基于优化的磁路开展了磁流变液剪切屈服应力等力学性能参数的测试。与主流标准测试仪器相比,具有凹字型磁路结构的磁流变液测试系统所测得的剪切屈服应力平均相对偏差值约为10%,重复误差在6.34%以内,说明该磁路结构是磁流变测试中磁场装置设计的一种可行方法。     

Modeling and Configuration Design of Electromagnetic Actuation Coil for a Magnetically Controlled Microrobot

Non-contact actuated microbeads have attracted a lot of attention in recent years because of its enormous potential in medical, biological, and industrial applications. Researchers have proposed a multitude of electromagnetic actuation(EMA) systems consisting of a variety of coil pairs. However, a unified method to design and optimize a coil pair according to technical specifications still does not exist. Initially, this paper presented the modeling of an untethered ferromagnetic particle actuated by externally applied magnetic field. Based on the models, a simple method of designing and optimizing the EMA coil pair according to technical specifications, was proposed. A loop-shaped coil pair generating uniform magnetic and gradient fields was chosen to demonstrate this method clearly and practically. The results of the optimization showed that the best distance to radius ratio of a loop-shaped coil pair is 1.02 for a uniform magnetic field and 1.75 for a uniform gradient field. The applicability of the method to other shapes of coil configuration was also illustrated. The best width to distance ratio for a square-shaped coil pair is 0.558 and 0.958 for uniform magnetic and gradient fields, respectively. The best height to width ratio and distance to width ratio for a rectangle-shaped coil pair is h/w = [0.9,1.1], d/w = [0.5,0.6] for uniform magnetic field and h/w = [1.0,1.2], d/w = [0.9,1.1] for uniform gradient field. Furthermore, simulations of a microparticle tracking the targeted trajectory were conducted to analyze the performance of the newly designed coils. The simulations suggested the ability of manipulating microparticles via the coils designed by our proposed method. The research mainly proposed a unified design and optimization method for a coil pair, which can support researchers while designing a specific coil pair according to the technical requirements. This study is aimed at researchers who are interested in EMA system and microrobots.