两类鞍形线圈产生磁场均匀性效能的研究

以毕奥-萨伐尔定律在笛卡尔直角坐标下对两种鞍形匀场线圈进行数学建模,通过对两种轴对称线圈单组的数值分析得出线圈系统在径向磁场分布的一般特征,在理论计算获得线圈最佳结构下利用Matlab优化结构参数。对比了这两类鞍形线圈在轴上和空间立方体的磁场均匀区大小及与中心磁场的相对偏差。并给出了这两种线圈磁场相对偏差ε≤1%的有效匀场空间区域,为主动屏蔽系统的线圈类型选择提供了参考依据。     

电磁流量计矩形与鞍状线圈磁场的数值仿真

讨论了电磁流量计矩形和鞍状线圈所产生磁感应强度的分布情况。运用毕奥-萨伐尔定律和叠加原理,通过数值仿真得到励磁线圈在测量管道内电极横截面上的磁场分布情况。提出磁感应强度的方向平行程度和大小均匀程度2个指标,并用其来判别感应磁场分布的均匀程度。依据以上2个指标,分别对不同尺寸的矩形和鞍状励磁线圈所产生的感应磁场进行计算分析和优化。     

电磁流量计矩形与鞍状线圈感应磁场的数值仿真

讨论了电磁流量计矩形和鞍状线圈所产生磁感应强度的分布情况。运用毕奥-萨伐尔定律和叠加原理,通过数值仿真得到励磁线圈在测量管道内电极横截面上的磁场分布情况。提出磁感应强度的方向平行程度和大小均匀程度2个指标,并用其来判别感应磁场分布的均匀程度。依据以上2个指标,分别对不同尺寸的矩形和鞍状励磁线圈所产生的感应磁场进行计算分析和优化。     

鞍型和环型线圈单元偏转磁场的高次空间谐波函数

推导出了用多极场空间谐波函数表示的磁矢位的通项表达式。研究了两种典型的偏转线圈单元———鞍型线圈和环型线圈的空间偏转磁场分布函数。利用计算机代数符号推导系统 ,得到了其高次空间谐波函数 (多极场旁轴展开函数 )的解析表达式 ,为电子光学有关磁偏转系统的理论研究工作提供了有效的解析计算模型     

电磁微电机中平面微线圈磁场分布特性的研究

本文分析了电磁微电机中平面微线圈产生的空间磁场，把微线圈等效几何圆电流和矩形截面电流，导出了空间磁场的计算公式，接着通过四种算法的比较，建立了平面微线圈空间磁场快速准确的数值算法，最后分析了平面微线圈空间磁场的分布特性。     

鞍型和环型线圈单元偏转磁场的高次空间谐波函数

推导出了用多极场空间谐波函数表示的磁矢位的通项表达式。研究了两种典型的偏转线圈单元－鞍型线圈和环型线圈的空间偏转磁场分布函数。利用计算机代数符号推导系统,得到了其高次空间谐波 函数（多极场旁轴展开函数）的解析表达式,为电子光学有关磁偏转系统的理论研究工作提供了的效的解析计算模型。     

磁场力非均匀度对液氧磁补偿微重力自由界面的影响

利用液氧在磁场环境下的顺磁特性和超导磁体产生的强磁场,可以实现液氧的磁补偿,从而能够在地面进行长时间、低成本的流体受控微重力实验。为了能够准确合理设计液氧磁补偿系统,通过多场耦合数值模拟,研究了在超导磁体产生的磁场中,不同磁场力非均匀度条件下液氧在容器内的自由液面流动过程,并与在空间真实微重力环境(均匀10~(-6)g)下的结果进行了比较。结果表明:0.1%的非均匀度条件初步具备了模拟空间微重力环境的能力,在更低的非均匀度条件下(0.05%),液氧在磁补偿环境下的箱内流动能够得到很高程度的天地一致性还原;0.3%的非均匀度已经对液氧在箱内的流动过程造成了明显的偏差;在1%的非均匀度条件下,液氧在箱内的自由界面流动则基本脱离了空间真实特征,氧气气枕区无法稳定。     

磁疗电磁耦合器设计及磁场空间分布研究

为了克服当前磁疗用电磁耦合器磁场分布均匀性差、成本高、体积大的缺点,根据电磁场对成骨细胞和破骨细胞的作用机理以及人体脊椎的特点,利用一组扁平线圈设计了一种用于治疗人体脊椎骨质疏松的电磁耦合器.用MAXWELL有限元分析软件对该电磁耦合器的磁场空间分布进行分析,计算表明在水平及垂直两个治疗作用主平面上磁场分布的均匀度小于20%,较当前广泛应用的其他类型的电磁耦合器有较大的提高,为研制新型人体脊椎磁疗电磁耦合器打下了理论基础.     

用于心磁传感器测试系统的三轴向亥姆赫兹线圈的设计与仿真

心磁检测对于心脏相关疾病的诊断具有独特优势，在用于测量心脏磁场的传感器(下称心磁传感器）的研制过程中，需要在模拟心磁的磁场环境下进行测试工作。基于此，设计了一个用于心磁传感器测试系统的亥姆赫兹线圈，它可以产生磁感应强度为pT级的动态磁场，模拟心磁环境，以满足心磁传感器测试的需求。根据亥姆赫兹线圈的磁场产生原理，使用磁屏蔽筒对环境磁场进行屏蔽，通过计算确定了线圈尺寸、线圈匝数、导线长度及导线横截面直径等参数。使用COMSOL Multiphysics仿真软件对亥姆赫兹线圈产生的静态磁场的分布均匀性以及通入线圈电流变化时磁场的动态特性进行仿真分析。仿真结果表明，所设计的亥姆赫兹线圈满足设计要求，能够产生磁场强度为100 pT左右、均匀度小于5%、波形实时性好的类心脏磁场波形，为心磁传感器的测试提供了良好的测试环境。所设计的亥姆赫兹线圈能够用于心磁传感器的测试工作，为心磁传感器的实际应用奠定了基础。     

磁控溅射中电磁场分布二维模拟

本文采用计算机FORTRAN语言自主编程,通过建立通电线圈磁场的数学模型,对磁控溅射靶附近由通电线圈产生的磁场分布进行了二维数值模拟计算。计算表明当内、外线圈加反向电流,增加内或外线圈电流,可使通电线圈产生的磁场非平衡度增加,其增加强度由电流增加强度所决定。随着内或外线圈电流增加,真空腔内磁场强度分布更均匀。通过调节内、外电线圈电流,控制磁场分布,从而控制其对等离子体密度及能量分布,可使等离子体因磁场的均匀分布而在真空腔内分布均匀化。另外,这种外加的电磁场还会使磁控装置本体磁场增强,因此对磁控溅射产生的等离子体有增强作用。此结果为磁控溅射装置上磁场配置提供重要参考依据。     

基于主磁场不均匀的分数域磁共振成像方法

现有核磁共振设备面对主磁场不均匀多是采取贴磁片等补偿磁场不均匀等硬件方法,但这给成像带来图像伪影,图像模糊等不良影响。针对磁共振成像中磁场不均匀的问题,提出了一种主磁场不均匀下的分数域磁共振成像方法。首先选择待成像活体组织的某一层,在该层上选择若干个点,测量该层面上的磁场强度大小,在磁共振成像原理的基础上,建立成像区域磁场强度分布模型,然后建立磁场的多项式模型,按照测量的磁场中是否存在明显的二阶分量可以将该多项式模型分为二阶多项式模型和高阶多项式模型;之后,将这两个模型分别代入磁共振的自由感应衰减(FID)信号中,对于二阶模型可以用分数阶傅里叶变换工具进行求解成像物体某一层上的自旋密度函数,对于高阶模型需要通过求解代数方程的方法得到成像物体某一层面上的自旋密度函数,这样便建立了主磁场任意不均匀下的磁共振信号模型。实验结果表明,该方法达到与均匀主磁场下近似同样的效果。     

磁性流体在均匀梯度磁场中的摩擦学性能测试研究

基于均匀梯度磁场能较准确反映出磁场影响磁性流体摩擦性能的认识,制造了一对产生均匀梯度磁场的线圈安置于改造后的UMT3摩擦试验机中。选用聚α-烯烃合成油基磁性流体为润滑油,测试不同均匀梯度磁场大小、不同载荷和不同往复频率下的磁性流体摩擦学性能。结果显示：载荷、往复运动频率一定时,磁性流体的摩擦系数随均匀梯度磁场的增大而减小;载荷、均匀梯度磁场一定时,磁性流体的摩擦系数随随往复运动频率的增大而减小;磁性流体在均匀梯度磁场中比无磁场中具有更高的承载能力和更长的耐磨寿命。     

磁性液体纳米磁性颗粒磁场诱导链状结构研究

研究了磁性液体在有、无外加磁场作用时磁性液体中纳米磁性颗粒的微观排列结构, 发现无外加磁场作用时磁性颗粒随机均匀分布在载液中, 有外加均匀磁场作用时, 磁性颗粒沿磁场方向排列成均匀链状结构。当外加均匀磁场强度为11.1 kA/m, TEM照片清晰显示磁性颗粒排列成一条链状结构, 随着外加均匀磁场强度逐渐增强到28.6 kA/m, 更多磁性颗粒沿磁场方向紧密排列成链状结构。在外加梯度磁场作用下, 铁芯中心处磁场强度为28.7 kA/m时, 大量磁性颗粒聚集于线圈中心轴附近形成复杂链状团簇结构; 沿r轴方向磁场强度较弱的地方, 较少磁性颗粒排列成链状结构。当磁场梯度从1.73 kA/m²逐渐增加到5.11 kA/m²时, 磁场梯度轴线上的磁性颗粒团簇结构由稀疏逐渐变成为密集。磁场诱导磁性颗粒链状排列结构的研究对磁性液体在机械工程、生物工程、热力工程等领域的应用有重要意义。     

Magnetic Field Stabilization for Magnetically Shielded Volumes by External Field Coils

For highly sensitive magnetic measurements, e.g., a measurement of the neutron electric dipole moment (EDM), the magnetic field has to be stable in time on a level below picoTesla. One of several measures we employ to achieve this uses an external field coil system which can stabilize the ambient external field at a predefined value. Here we report on the construction and characterization of such a system in the magnetic test facility at PSI. The system actively stabilizes the field along the axis of the EDM experiment by means of four coils in a Helmholtz-like configuration. Additional coils serve to compensate for transverse ambient field components. Because of the long integration times in the EDM experiment (about 100 s or more) only slow disturbances have to be corrected for. The performance of the system has been measured using static and moving magnetic sources and suppression factors in excess of 200 have been observed.     

EIT信号对CPT磁力仪弱磁测量性能的影响

针对现有磁力仪测量数百纳特斯拉弱磁场存在精度低和便携性差等问题,提出一种通过压窄CPT磁力仪EIT信号线宽来实现弱磁场测量的方法。该方法是根据EIT信号磁场测量仿真模型,采用相敏检波二阶微分信号获得磁力仪灵敏度系数,并根据最佳灵敏度系数分析得出EIT信号分离条件及其线宽对弱磁场测量性能的影响。仿真和试验结果表明:具有窄EIT信号线宽的CPT磁力仪,可实现100 nT磁感应强度值测量。最后,对EIT信号线宽压窄后的CPT磁力仪进行线性度和噪声测试,测试结果表明:在待测磁感应强度100~500 nT范围内,磁力仪测量的最大非线性误差为0.9537 nT;在100 nT背景磁场环境下,磁力仪输出噪声为20.26 pT/Hz^1/2@1 Hz。     

利用均匀磁场提高聚乙烯亚胺-Fe3O4纳米颗粒复合物的磁转染效果

首次研究了不同均匀度磁场对磁转染效果的影响。测定了单边Halbach磁体和商品化96孔磁板的磁场均匀度。以化学共沉淀法制备聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine,PEI)修饰的四氧化三铁(Fe_3O_4)纳米颗粒(PEI-Fe_3O_4),并用透射电子显微镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)、原子力显微镜、琼脂糖凝胶电泳等对其形貌、组成、DNA结合能力等进行表征。用倒置荧光显微镜、流式细胞术观察不同均匀度磁场下人肾上皮细胞(HEK293)对带有绿色荧光蛋白报告基因(GFP)的质粒pDNA(pAdTrackOK)的表达效果,并采用TEM观察PEI-Fe_3O_4磁性纳米颗粒进入细胞的过程。结果显示,所选取的两种磁场均匀度相差约100倍。制备的PEI-Fe_3O_4纳米复合物具有超顺磁性,对质粒pDNA(pAdTrack-OK)有较好的复合能力,其最佳结合氮磷比为0.5;流式细胞术显示转染效率为PEI-Fe_3O_4-pDNA+均匀磁场组(77.75%±0.07%)PEI-Fe_3O_4-pDNA+不均匀磁场组(30.65%±0.49%)PEI-Fe_3O_4-pDNA不加磁场组(7.90%±0.56%)(p0.05);PEI-Fe_3O_4磁性纳米颗粒能有效被细胞吞噬,且对细胞形态的影响不大。结果表明,当磁场强度一定时,磁场均匀度越高,磁转染效率越高,单边Halbach磁体与磁转染结合可以作为一种提高转染效率的新手段,也可以进一步应用在基因治疗中。     

Hardware control of an active magnetic shield

The presented hardware controller controls the current in an active shield consisting of a number of compensation coils at well-chosen positions. In combination with a converter and the active shield, the controller reduces the fundamental component of the magnetic stray field of an induction heater by generating a magnetic counter field in a defined target area. The controller uses two input signals (from two magnetic field sensors) and generates amplitude and phase information for the converter. Based on this information, the latter produces the compensation current wave that is sent to the compensation coils to minimise the magnetic field. The frequency range of the controller is 1-100 kHz. Its dynamic behaviour is explained in theory and validated by experiments     

The effect of external cusp magnetic field on Ar ICP characteristics

In this paper, three permanent magnet rings, which were placed alternatively between the three antenna coils of a cylindrical inductively coupled radio frequency (rf) argon plasma for rf enhanced ionized magnetron sputtering system, were used to produce a closed magnetic field distribution with the magnetic field of the unbalanced magnetron sputtering to confine discharge plasma. Langmuir probe measurement was used to study the effect of the magnetic field on the plasma characteristics and their spatial distribution. The results show that the presence of the closed magnetic field leads to the increase of the ion density and the decrease of electron temperature and plasma potential. With the closed magnetic field, the plasma density distribution in radial direction will become more uniform.