均匀磁场

摘要： 基于一维亥姆霍兹线圈的均匀磁场状态分布情况,通过磁场矢量叠加原理得到二维与三维亥姆霍兹线圈均匀磁场分布。根据毕奥-萨伐尔定理,通过控制三维亥姆霍兹线圈所通入电流的大小和方向,产生任意方向的三维均匀旋转磁场。后利用多物理场COMSOL有限元仿真软件对三维亥姆霍兹线圈进行数学建模,并对其产生的均匀旋转磁场进行仿真,得到对应的结果数据。最后通过实物的搭建验证理论推导及仿真结果。

摘要： 零磁场在基础物理、医学、生物等领域的研究和应用具有重要价值。为克服地磁场对零磁空间相关研究的干扰,设计并搭建了一种三维均匀磁场主动补偿系统,研究其磁场补偿的特点及试验条件对补偿的影响。首先采用Lee-Whiting线圈与cosθ线圈联合方案制作了三维圆柱形线圈并实现磁场补偿,提高空间利用率;其中,线圈及骨架均用无磁材料制作,三维线圈的中心点重合且轴线方向两两垂直。然后通过理论计算得出线圈磁场的分布。最后将理论数据与试验结果进行对比并对磁场均匀性进行分析,并测量周围环境扰动及磁场传感器扫描速度对测量结果的影响。试验结果表明:在磁补偿系统直径为3.0 cm,长度为16 cm的圆柱形空间中,中心区域磁场绝对值接近为零,且磁场变化为1%范围内的区域与所测试空间区域的比例,理论与试验的误差小于4.5%;当磁场传感器扫描速度不高于9 mm/s且环境噪声低于17 dB时,对测量结果影响较小且能保证测量效率。本系统在简化装置与控制成本的基础上,实现产生均匀磁场并补偿地磁场的功能,可为基于零磁空间的缺陷检测、心脑磁测量、生物行为变化等提供理论与试验参考。

摘要： 电磁流量计作为一种高效、精确和便捷的流量测量仪表,被广泛的应用于工业流体测量、油田钻井液的测量和血液测量等导电流体的测量。受外界扰动和流速分布的影响,电磁流量计在进行流量测量过程中仍然存在测量精度不高的问题,改进电磁流量计励磁线圈结构是提高精度的重要手段之一。本文基于新型正八边形励磁线圈实现了电磁流量测量精度的提高。首先,在研究权重函数优化原理的基础上,通过分析正八边形线圈的磁场理论模型得出了基于均匀磁场理论的电磁流量计优化思路;其次,基于有限元分析软件建立了正八边形励磁线圈电磁流量计的仿真模型,确定了正八边形励磁线圈磁场分布最优的结构参数,并通过对比圆形和方形线圈同等条件下的权重函数分布,证明了正八边形线圈权重函数分布均匀性优势;最后,搭建实验平台,通过磁场测试实验和流体测试实验进行验证。磁场测试结果表明,正八边形线圈电磁流量计磁感应强度在管道中心区域能够维持在2.063 mT左右,总体磁感应强度波动范围在0.11 mT以内,说明正八边形线圈磁场具有良好的均匀性;流体测试结果表明,当流量在0.743~2.582 m/s时,单点相对示值误差最大仅为0.950%,系统重复性误差在1.034%以下,经过优化后的系统提升了测量精度,这对后续电磁流量测量计的励磁线圈设计具有指导意义。

摘要： 电磁感应法测磁场实验是电磁学中一个非常重要的实验,其中产生匀强磁场的一种重要方法是利用亥姆霍兹线圈来提供均匀磁场。但是,这种线圈的特点是只能在其公共轴线中点附近小范围区域产生均匀磁场。本文根据传统的双圆亥姆霍兹线圈设计了一种新形状的双锥式均匀磁场发生器,使产生的均匀磁场更加准确,最后通过实验测得的结果与数值模拟结果进行比较,实验结果与理论值基本吻合。通过对亥姆霍兹线圈的改进,不仅帮助学生更好的理解和掌握知识,而且锻炼了学生的动手能力,提高了学生的创新能力。在实践教学中将新的实验技术与电磁学理论相结合的教学模式,使抽象的物理概念和公式变得更加具体化、形象化,也收到了良好的教学效果。

摘要： 针对微型磁纳米软体机器人多自由度驱动问题,利用坐标变换和磁场矢量叠加原理对3组正交的亥姆霍兹线圈的组合磁场模型进行研究,并采用COMSOL仿真软件对3组正交的亥姆霍兹线圈产生的均匀磁场和旋转磁场进行有限元仿真分析.3组线圈的仿真结果与理论分析相吻合,验证了所建数学模型的可靠性,为驱动微型磁纳米软体机器人提供了理论依据.

摘要： 针对微型磁纳米软体机器人多自由度驱动问题,利用坐标变换和磁场矢量叠加原理对3组正交的亥姆霍兹线圈的组合磁场模型进行研究,并采用COMSOL仿真软件对3组正交的亥姆霍兹线圈产生的均匀磁场和旋转磁场进行有限元仿真分析.3组线圈的仿真结果与理论分析相吻合,验证了所建数学模型的可靠性,为驱动微型磁纳米软体机器人提供了理论依据.

摘要： 聚变堆面向等离子体第一壁需要承受高强度的中子辐照和表面热负荷,普通材料难以满足要求,采用流动的液态金属作为面向等离子体第一壁是一种有效的解决途径.液态金属作为第一壁的关键前提是需要解决其在壁面均匀铺展的问题,以及需要研究在外加磁场条件下液态金属与壁面的换热特性,已有研究表明微槽道表面结构有助于液态金属的铺展.本文以液态金属镓铟锡合金为工质,通过实验研究在外加均匀磁场条件下,液态金属在微槽道中的流动与换热特性以及无磁场条件下液态金属在微槽道中的流动与换热特性,并对比两种不同工况下实验结果的差别,研究磁场对液态金属在微槽道中流动与换热的影响.

摘要： 采用毕奥-萨伐尔定律,应用矢量叠加原理,具体讨论了长度为L=200 mm的螺线管的磁场分布.首先推导了单个圆形载流线圈的磁场在空间分布的积分公式,然后,利用Python软件求解绘制出了磁感应线,与经典物理教材进行了对比,验证了理论公式和数值计算的正确性.基于单个圆形载流线圈的结果,得到了有限长载流螺线管磁场全空间分布的理论公式,绘制了相应的磁感应线分布图,详细讨论了线圈匝数密度、螺线管长度对磁场空间分布均匀性的影响.发现匝数密度大于1000 m-1时,螺线管在-74 mm≤z≤74 mm范围内的磁场可视为均匀磁场.本文的结果为大学物理和大学物理实验教学提供了可靠、直观清晰的素材.

摘要： 介绍了梯度磁场标准装置的系统组成和工作原理,并对其测量不确定度进行分析.装置可单独产生梯度磁场,也可以在梯度磁场上叠加均匀磁场,两种磁场方向相同,以确保合成磁场仍具有优良的线性度,复现梯度磁场的范围1.5～120μT/m,测量不确定度为1.5×10–3(k=2).装置可用于校准矢量梯度磁强计,也可以用于校准原子式磁强计的梯度容差.

摘要： 双层单分散泡沫材料,作为一种具有独特孔隙结构的多孔泡沫材料,在材料性能方面有着明显的优势,应用前景巨大.构成双层单分散泡沫结构的基本单元分为两种,一种是广泛存在于自然界的蜂窝结构单元,另一种是1964年发现的Tóth结构单元.有研究表明,通过改变泡沫液相分数,可以实现这两种结构之间的可逆转变.受此启发,本文以磁流体泡沫为研究对象,基于能量最小化原理,采用单对亥姆霍兹线圈提供的均匀磁场,对双层泡沫结构自组织调控行为进行了研究.结果表明,无磁场时双层磁流体泡沫Tóth结构单元和蜂窝结构单元的临界转变液相分数为28％.通过施加均匀磁场,实现了基于磁场能量改变触发的双层泡沫结构转变.并且通过比较可知双层磁流体泡沫结构转变的临界液相分数提前了8-9％.并对其结构转变机制进行了理论分析.本文提出的这种方法对工业化生产具有优质孔隙结构的双层蜂窝板材具有重要的参考意义.

摘要： 本文采用有限元法(OPERA2D软件)进行了均匀磁场的设计,其中主要考虑了超磁致伸缩棒对磁路设计的影响,并给出了磁场的计算方法.

摘要： 双层单分散泡沫材料,作为一种具有独特孔隙结构的多孔泡沫材料,在材料性能方面有着明显的优势,应用前景巨大.构成双层单分散泡沫结构的基本单元分为两种,一种是广泛存在于自然界的蜂窝结构单元,另一种是1964年发现的Tóth结构单元.有研究表明,通过改变泡沫液相分数,可以实现这两种结构之间的可逆转变.受此启发,本文以磁流体泡沫为研究对象,基于能量最小化原理,采用单对亥姆霍兹线圈提供的均匀磁场,对双层泡沫结构自组织调控行为进行了研究.结果表明,无磁场时双层磁流体泡沫Tóth结构单元和蜂窝结构单元的临界转变液相分数为28％.通过施加均匀磁场,实现了基于磁场能量改变触发的双层泡沫结构转变.并且通过比较可知双层磁流体泡沫结构转变的临界液相分数提前了8-9％.并对其结构转变机制进行了理论分析.本文提出的这种方法对工业化生产具有优质孔隙结构的双层蜂窝板材具有重要的参考意义.

摘要： 为揭示磁场对气泡运动行为的影响规律及作用机理,采用VOF法模拟了竖直静磁场作用下导电流体中半径分别为4mm、5mm、6mm的单个气泡上升运动过程,讨论了不同强度磁场作用下气泡的上升速度及气泡形状.同时研究了磁场对双气泡合并过程的影响.结果表明:随着磁场强度的增大,磁场对单个气泡的上升运动及双气泡的合并过程均呈现由促进转为抑制的规律.

摘要： 即使在垫片托盘的各位置可配置的磁性体片的量具有限制，也可达成高的磁场均匀度，为此测量静磁场发生装置生成的静磁场的分布，计算静磁场的分布与目标磁场之间的误差磁场，一边使目标磁场在预定的磁场范围内变化，一边分别计算在垫片托盘的多个位置中的一个以上的位置配置了磁性体片时可达到的磁场均匀度。选择垫片托盘的各位置的磁性体片的量为预定的上限值以下且可达到的磁场均匀度为预定值以下的目标磁场，在垫片托盘中配置与该目标磁场相对应的磁性体片的量。

摘要： 为了提供一种能够在磁场均匀度调整中减少磁性体片的配置量，且能够高精度地达成期望的磁场均匀度的静磁场均匀度调整方法，对于通过磁场产生装置产生的摄像空间中的静磁场，通过匀场计算来计算多个磁性体片从所述摄像空间离开的位置，将所述多个磁性体片配置在通过该匀场计算得到的位置，从而调整所述摄像空间中的静磁场均匀度，该方法的特征在于，包括：调整步骤，在所述匀场计算时，施加使配置于所述位置的所述磁性体片在所述摄像空间生成的磁场分布的极性为正负中的任一者这样的制约，来调整所述静磁场均匀度。

摘要： 为了避免磁场调整所需要的期间和费用的重复，且实现最终设置场所处的磁场调整期间的最小化，以及谋求磁铁的磁场调整的高效率化，提供对于在测量空间由静磁场产生单元产生的静磁场配置产生校正磁场的磁场校正单元来调整所述静磁场的均匀度的方法，包含：测定由所述静磁场产生单元产生的静磁场的步骤；将测定出的静磁场的空间分布进行级数展开的步骤；对级数展开了的不规则磁场分量当中的高阶项的不规则磁场分量进行校正的第1磁场调整步骤；和在所述第1调整步骤后进行的调整所述低阶的不规则磁场分量的第2步骤。

摘要： 即使在垫片托盘的各位置可配置的磁性体片的量具有限制，也可达成高的磁场均匀度，为此测量静磁场发生装置生成的静磁场的分布，计算静磁场的分布与目标磁场之间的误差磁场，一边使目标磁场在预定的磁场范围内变化，一边分别计算在垫片托盘的多个位置中的一个以上的位置配置了磁性体片时可达到的磁场均匀度。选择垫片托盘的各位置的磁性体片的量为预定的上限值以下且可达到的磁场均匀度为预定值以下的目标磁场，在垫片托盘中配置与该目标磁场相对应的磁性体片的量。

摘要： 磁通密度连续可调均匀轴向磁场的产生装置及该装置产生连续可调均匀轴向磁场方法，涉及构建特殊位形磁场的技术领域。解决了现有磁通密度轴向磁场产生装置结构复杂和现有磁通密度轴向磁场产生装置和方法产生的磁场不稳定，不可调的问题。本发明的内线圈环绕在圆柱铁芯上，两个圆形内磁极分别固定在圆柱铁芯的两端，两个圆形环外磁极分别固定在圆筒形外壳的两端，外线圈固定在圆筒形外壳的内侧，且外线圈成圆环形缠绕排列，圆筒形外壳同轴套在圆柱铁芯的外侧，两个圆形环外磁极分别与两个圆形内磁极位于同一平面，且两个圆形环外磁极与两个圆形内磁极不相连；电源同时为外线圈和内线圈提供电流。本发明适用于产生连续可调均匀轴向磁场。

摘要： 为了避免磁场调整所需要的期间和费用的重复，且实现最终设置场所处的磁场调整期间的最小化，以及谋求磁铁的磁场调整的高效率化，提供对于在测量空间由静磁场产生单元产生的静磁场配置产生校正磁场的磁场校正单元来调整所述静磁场的均匀度的方法，包含：测定由所述静磁场产生单元产生的静磁场的步骤；将测定出的静磁场的空间分布进行级数展开的步骤；对级数展开了的不规则磁场分量当中的高阶项的不规则磁场分量进行校正的第1磁场调整步骤；和在所述第1调整步骤后进行的调整所述低阶的不规则磁场分量的第2步骤。

摘要： 本发明涉及一种基于均匀脉冲磁场比对校准的脉冲磁场校准装置及校准方法，包括：均匀场脉冲磁体、脉冲电源、脉冲磁场标准量具、限位器及控制台；均匀场脉冲磁体用于产生非均匀度优于0.5％、峰值磁感应强度大于10T的脉冲强磁场；脉冲电源用于驱动均匀场脉冲磁体产生单脉冲磁场信号；脉冲磁场标准量具用于获取脉冲磁场的峰顶磁感应强度量值以及磁场波形；限位器用于将脉冲磁场标准量具和被校脉冲磁场量具的探头置于脉冲磁场均匀空间内，保持二者的敏感方向一致；控制台用于设定充电电压、监测放电情况、回读脉冲磁场标准量具的磁场读数，并在紧急情况下启动泄能功能。对比已有技术，能够解决磁场分布不均匀、脉冲磁场测量量具难以精确校准等校准问题，具有准确度高、一致性好的效果。

摘要： 本发明涉及一种方向可调的均匀磁场和均匀一阶梯度磁场的方法及相应的装置，其特征在于将均匀磁场和梯度磁场发生装置与磁场方向调节装置结合在一起，构成一个方向可调的磁场和梯度磁场产生装置；所述的装置由两部分组成：一部分是均匀磁场和均匀一阶梯度磁场产生装置，在装置中通入电流时，在装置内部产生均匀磁场或均匀一阶梯度磁场，根据具体使用要求，在线圈的不同端子通入同向或反向电流，以满足使用要求；另一部分是调节磁场方向装置，以调节磁场和全张量一阶梯度磁场的方向；将这两部分集成在一起，构成方向可调节的磁场和梯度磁场发生装置。应用于磁传感器标定或多通道复杂结构的SQUID探测模块的标定。

摘要： 本发明涉及一种方向可调的均匀磁场和均匀一阶梯度磁场的方法及相应的装置，其特征在于将均匀磁场和梯度磁场发生装置与磁场方向调节装置结合在一起，构成一个方向可调的磁场和梯度磁场产生装置；所述的装置由两部分组成：一部分是均匀磁场和均匀一阶梯度磁场产生装置，在装置中通入电流时，在装置内部产生均匀磁场或均匀一阶梯度磁场，根据具体使用要求，在线圈的不同端子通入同向或反向电流，以满足使用要求；另一部分是调节磁场方向装置，以调节磁场和全张量一阶梯度磁场的方向；将这两部分集成在一起，构成方向可调节的磁场和梯度磁场发生装置。应用于磁传感器标定或多通道复杂结构的SQUID探测模块的标定。

摘要： 发明根据能够产生均匀磁场空间的脉冲磁场复现装置及磁场量具校准方法，将脉冲磁场标准量具和被校准的脉冲磁场量具同时置于均匀磁场空间内，在产生一个脉冲磁场的环境下，标准量具和被校量具同步测量这一脉冲磁场，比较两者之间的示值误差，能够完成脉冲磁场量具的校准，测量不确定度能够达到1％水平。对比已有技术，能够解决磁场分布不均匀、脉冲磁场测量量具难以精确校准等校准问题，具有准确度高、一致性好的效果。