地磁屏蔽室内磁场模拟与控制技术研究

摘要

由于磁场在地磁导航，行为学研究，医疗卫生，彩色显像管等方面的广泛应用，磁场模拟与控制技术正成为国内外研究的热点。利用该技术建立的磁场模拟系统在生产和科研中有较大的实用价值和现实意义。磁场模拟系统可以用作补偿地磁，建立零磁空间;进行零磁场或特定磁场环境的各种试验;还可以用在磁测技术中，检查和校正各种测磁仪器等，这些都需要对模拟磁场的精确控制。因此，迫切需要建立一种基于地磁屏蔽室的磁场模拟系统，可以用于产生强度和方向可控，而且均匀度高，稳定性好的磁场。
　　在磁场模拟系统中，线圈系统是其关键组成部分。首先，推导了亥姆霍兹线圈的磁场分布表达式并分析了其磁场的均匀性;并且为了便于分析，设计了地磁屏蔽室内模拟磁场计算软件，扩展了其应用，可以分析计算多种类型及布局的线圈的磁场分布;然后，在理论分析三维线圈系统的磁场分布的基础上，设计了磁场模拟系统，并对该系统进行了误差分析与校正;最后，实验结果表明，静态模拟磁场的范围在±1Gs内，其误差可以控制在80nT以内，而零磁空间剩磁更能达到30nT以下;动态磁场的精度也满足系统要求。
　　本课题的研究为地磁屏蔽室的线圈系统和磁场模拟系统设计提供了理论依据和一定的参考，同时该磁场模拟系统也具有实际的工程应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 磁场模拟技术的国内外研究现状

1．2．1 磁场模拟系统的研究现状

1．2．2 亥姆霍兹线圈的研究现状

1．2．3 屏蔽室及消磁技术的研究现状

1．3 研究内容及行文结构

1．3．1 研究内容

1．3．2 行文结构

2 亥姆霍兹线圈产生磁场的理论模型与分析

2．1 毕奥—萨伐尔定律及磁场叠加原理

2．1．1 毕奥—萨伐尔定律

2．1．2 磁场叠加原理

2．1．3 磁场计算的基本公式

2．2 亥姆霍兹线圈

2．2．1 亥姆霍兹线圈

2．2．2 三维亥姆霍兹线圈

2．3 亥姆霍兹线圈磁场理论模型计算

2．3．1 一对线圈

2．3．2 三维线圈

2．4 亥姆霍兹线圈磁场均匀性分析

2．4．1 正方形亥姆霍兹线圈在其轴线上的磁场均匀性分析

2．4．2 正方形亥姆霍兹线圈在空间内的磁场均匀性分析

2．5 本章小结

3 地磁屏蔽室内模拟磁场计算软件的设计

3．1 地磁屏蔽室内模拟磁场计算软件的总体组成

3．2 预处理模块

3．2．1 线圈参数模块

3．2．2 线圈布局模块

3．2．3 空间计算点模块

3．3 磁场计算模块

3．3．1 参数初始化

3．3．2 磁场计算

3．4 磁场计算后处理模块

3．5 应用实例

3．5．1 正方形亥姆霍兹线圈不同间距时的磁场分析

3．5．2 线圈形状优化

3．5．3 同轴三线圈磁场分析

3．6 本章小结

4 磁场模拟系统设计

4．1 磁场模拟系统总体组成

4．2 磁场模拟系统硬件

4．2．1 地磁场屏蔽室

4．2．2 直流稳流电源

4．2．3 三维高斯计

4．2．4 三维亥姆霍兹线圈系统

4．3 磁场模拟系统控制软件设计

4．3．1 磁场模拟系统控制软件的组成

4．3．2 磁场模拟模块

4．3．3 磁场数据采集及处理模块

4．4 本章小结

5 模拟磁场误差分析与校正

5．1 磁场模拟系统的误差分析

5．2 磁场模拟系统的误差校正

5．2．1 误差校正原理

5．2．2 校正方法

5．3 误差校正算法验证

5．4 本章小结

6 磁场模拟实验

6．1 静态磁场试验

6．2 动态磁场实验

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 论文总结

7．2 论文展望

致谢

参考文献

附录