專利名稱：標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場復(fù)現(xiàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種磁場復(fù)現(xiàn)裝置和方法，具體涉及一種標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場復(fù)現(xiàn)裝置和方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的磁場復(fù)現(xiàn)裝置一般分為兩種，恒定磁場復(fù)現(xiàn)裝置和交變磁場復(fù)現(xiàn)裝置。恒定磁場復(fù)現(xiàn)裝置用于復(fù)現(xiàn)所需要的恒定磁場，交變磁場復(fù)現(xiàn)裝置用于復(fù)現(xiàn)所需要的交變磁場，兩類裝置互相獨(dú)立，互不發(fā)生作用。目前光泵磁強(qiáng)計(jì)、質(zhì)子磁強(qiáng)計(jì)需要在標(biāo)準(zhǔn)磁場下評(píng)估自身對(duì)磁場變化的響應(yīng)能力，此類磁強(qiáng)計(jì)的磁場工作范圍一般在20 ii T IOOii T之間，超出此范圍則儀器無法工作。因此，需要設(shè)計(jì)一種具備交直流復(fù)合磁場特點(diǎn)的變頻穩(wěn)幅(波動(dòng))磁場標(biāo)準(zhǔn)裝置，該裝置需具備能夠產(chǎn)生基于恒定磁場基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)頻率和幅度波動(dòng)磁場標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出能力，輸出標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合磁場信號(hào)用于此類磁強(qiáng)計(jì)磁場變化響應(yīng)能力的校準(zhǔn)工作。傳統(tǒng)的兩種磁場復(fù)現(xiàn)裝置都無法滿足復(fù)現(xiàn)此類標(biāo)準(zhǔn)磁場的要求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場復(fù)現(xiàn)裝置和方法，能夠產(chǎn)生基于恒定磁場基礎(chǔ)之上頻率變化、幅度穩(wěn)定、準(zhǔn)確度優(yōu)于0. 1%的波動(dòng)磁場標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場復(fù)現(xiàn)裝置包括動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置和波動(dòng)磁場激勵(lì)
>J-U裝直。所述動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置包括波動(dòng)磁場線圈主體、樣品臺(tái)、傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、支撐架和水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)。所述傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和波動(dòng)磁場線圈主體通過支撐架安裝在水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)上。所述水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)用于調(diào)整波動(dòng)磁場線圈主體的方位角，所述傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)波動(dòng)磁場線圈主體與水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)之間的傾斜角度。在支撐架表面放置樣品臺(tái)，樣品臺(tái)用于放置待測(cè)設(shè)備。所述波動(dòng)磁場線圈主體為軸對(duì)稱的三環(huán)三繞組結(jié)構(gòu)，包括三個(gè)環(huán)形線圈。設(shè)三個(gè)環(huán)形線圈分別為A環(huán)、B環(huán)和C環(huán)，其中B環(huán)和C環(huán)的直徑相同，均小于A環(huán)的直徑。B環(huán)和C環(huán)對(duì)稱的同軸布置在A環(huán)的兩側(cè)，三個(gè)環(huán)形線圈依次通過連接桿固結(jié)為一個(gè)整體。波動(dòng)磁場線圈主體的磁軸方向與地磁場的磁軸方向相同。所述波動(dòng)磁場線圈主體每個(gè)環(huán)形線圈均包括主繞組、地磁修正繞組、補(bǔ)償繞組、線圈骨架和絕緣層。所述主繞組、地磁修正繞組和補(bǔ)償繞組從內(nèi)到外依次纏繞在線圈骨架上，每個(gè)繞組之間通過絕緣層隔離，同時(shí)在補(bǔ)償繞組外設(shè)置絕緣層。所述波動(dòng)磁場線圈主體的繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)為三個(gè)環(huán)形線圈主繞組的結(jié)構(gòu)比例為A環(huán)主繞組與B環(huán)、C環(huán)主繞組的直徑比為
I 0.756。B環(huán)主繞組和C環(huán)主繞組之間的間距與A環(huán)主繞組的直徑之比為1.31 I。A環(huán)主繞組與B環(huán)、C環(huán)主繞組的匝數(shù)比為64 49。三個(gè)環(huán)形線圈主繞組的繞制方向相同，互相串聯(lián)。三個(gè)環(huán)形線圈地磁修正繞組的具體結(jié)構(gòu)比例為A環(huán)地磁修正繞組與B環(huán)、C環(huán)地磁修正繞組的直徑比為1: 0.8。B環(huán)地磁修正繞組和C環(huán)地磁修正繞組之間的間距與A環(huán)地磁修正繞組的直徑之比為1.2 I。三個(gè)環(huán)形線圈地磁修正繞組的匝數(shù)相同。B環(huán)、C環(huán)地磁修正繞組的繞制方向與A環(huán)地磁修正繞組的繞制方向相反，三個(gè)環(huán)互相串聯(lián)。三個(gè)環(huán)形線圈補(bǔ)償繞組具體結(jié)構(gòu)比例為A環(huán)補(bǔ)償繞組與B環(huán)、C環(huán)補(bǔ)償繞組的直徑比為1: 0. 796。B環(huán)補(bǔ)償繞組和C環(huán)補(bǔ)償繞組之間的間距與A環(huán)補(bǔ)償繞組的直徑之比為1. 189 I。三個(gè)環(huán)形線圈補(bǔ)償繞組匝數(shù)相同，繞制方向相同，互相串聯(lián)。波動(dòng)磁場激勵(lì)裝置包括任意波形發(fā)生器、線性功放、信號(hào)調(diào)理單元、電流精密測(cè)量單元和控制軟件。所述任意波形發(fā)生器通過信號(hào)調(diào)理單元與線性功放相連，線性功放與電流測(cè)量單元相連，電流測(cè)量單元與動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置中的波動(dòng)磁場線圈主體相連，控制軟件與任意波形發(fā)生器相連，同時(shí)與電流測(cè)量單元互連。所述動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置中還包括磁軸探測(cè)器，所述磁軸探測(cè)器固定在波動(dòng)磁場線圈主體的外部框架上，其磁軸軸線平行與波動(dòng)磁場線圈主體的軸線。所述水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)能夠在水平方向360°轉(zhuǎn)動(dòng)。所述傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)波動(dòng)磁場線圈主體與水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)之間的傾斜角的范圍為46?！?。。采用上述裝置復(fù)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場的方法為步驟一通過磁軸探測(cè)器探測(cè)地磁場軸線方向。步驟二 通過水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)整波動(dòng)磁場線圈主體的方位角，通過傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)波動(dòng)磁場線圈主體與水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)之間的傾斜角，使波動(dòng)磁場線圈主體的磁軸方向與步驟一所探測(cè)的地磁場的磁軸方向相同。步驟三在控制軟件內(nèi)設(shè)定目標(biāo)波動(dòng)磁場的大小和頻率。步驟四控制軟件依據(jù)設(shè)定的目標(biāo)波動(dòng)磁場的大小和頻率控制任意波形發(fā)生器輸出正弦信號(hào)。同時(shí)控制電流精密測(cè)量單元切換交流標(biāo)準(zhǔn)電阻組。步驟五任意波形發(fā)生器向信號(hào)調(diào)理單元輸出頻率準(zhǔn)確的正弦信號(hào)。該正弦信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理單元和線性功放，調(diào)整為驅(qū)動(dòng)動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置產(chǎn)生波動(dòng)磁場的電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)。步驟六信號(hào)調(diào)理單元將調(diào)整后的電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送給電流精密測(cè)量單元。步驟七電流精密測(cè)量單元測(cè)量電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)的峰值和偏移量，反饋至控制軟件?？刂栖浖罁?jù)其內(nèi)部的目標(biāo)波動(dòng)磁場的大小對(duì)任意波形發(fā)生器輸出的正弦信號(hào)的幅值進(jìn)行微調(diào)，使其與預(yù)設(shè)的目標(biāo)波動(dòng)磁場的大小一致。步驟八電流精密測(cè)量單元將電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給波動(dòng)磁場線圈主體中三個(gè)環(huán)形線圈的主繞組。步驟九波動(dòng)磁場線圈主體接收到電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)后產(chǎn)生目標(biāo)波動(dòng)磁場。有益效果( I)本發(fā)明的波動(dòng)磁場標(biāo)準(zhǔn)裝置能夠產(chǎn)生和控制恒定、交變復(fù)合磁場，從而評(píng)估被測(cè)對(duì)象(包括但不僅限于原子式磁強(qiáng)計(jì))對(duì)磁場變化的響應(yīng)能力。(2)本發(fā)明的波動(dòng)磁場標(biāo)準(zhǔn)裝置產(chǎn)生的波動(dòng)磁場在調(diào)整頻率的過程中，可以保持波動(dòng)磁場幅度穩(wěn)定不變，而磁場頻率發(fā)生從超低頻到音頻范圍(0.1Hz IkHz)的變化。(3)復(fù)現(xiàn)的波動(dòng)磁場為絕對(duì)量總量磁場，包含了地磁對(duì)磁場總量的影響，利用了地磁場作為磁場源的一部分，減少了裝置本身的功耗。(4)利用磁軸探測(cè)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)地磁磁軸方向的探測(cè)，指導(dǎo)調(diào)整動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置的磁軸與地磁磁軸方向的平行，并檢測(cè)其平行程度。(5)利用一套三環(huán)三路繞組結(jié)構(gòu)的波動(dòng)磁場線圈實(shí)現(xiàn)了具有交直流復(fù)合變頻特點(diǎn)的波動(dòng)磁場的輸出，該復(fù)合磁場的恒定和交變磁場分量可獨(dú)立調(diào)整，磁場幅度變化范圍20 u T 100 u T0(6)能夠保證3X 106mm3工作區(qū)內(nèi)的磁場非均勻度優(yōu)于0. 05%。(7)對(duì)不同頻率下的負(fù)載阻抗變化，能夠提供幅度穩(wěn)定的交流電流信號(hào)，電流信號(hào)的頻率調(diào)節(jié)范圍為0.1Hz IOOOHz。


圖1為本發(fā)明的波動(dòng)磁場標(biāo)準(zhǔn)裝置的原理框圖；圖2為本發(fā)明的動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置繞組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為波動(dòng)磁場激勵(lì)裝置電路原理示意圖。其中1-水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)，2-傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，3-波動(dòng)磁場線圈主體，4樣品臺(tái)，5-支撐架，6-主繞組、7-地磁修正繞組、8-補(bǔ)償繞組、9-線圈骨架、10-絕緣層
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本實(shí)施例提供的標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場復(fù)現(xiàn)裝置能夠提供校準(zhǔn)原子式(光泵、質(zhì)子)磁強(qiáng)計(jì)響應(yīng)能力的標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場信號(hào)，其復(fù)現(xiàn)的磁場信號(hào)由恒定磁場分量和交變磁場分量組成，磁場幅度在20 ii T IOOii T范圍內(nèi)穩(wěn)定，且幅度不隨頻率變化而改變，磁場頻率能夠在
0.1Hz IkHz范圍內(nèi)連續(xù)變化。所述標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場復(fù)現(xiàn)裝置的原理如圖1所示，包括動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置和波動(dòng)磁場激勵(lì)裝置。其中動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置包括磁軸探測(cè)器、波動(dòng)磁場線圈主體和磁軸調(diào)節(jié)臺(tái)，如圖2所示。磁軸調(diào)節(jié)臺(tái)用于實(shí)現(xiàn)波動(dòng)磁場線圈裝置的穩(wěn)固和波動(dòng)磁場線圈主體的指向角調(diào)節(jié)。磁軸調(diào)節(jié)臺(tái)包括樣品臺(tái)4、傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)I。水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)I能夠在水平方向360°轉(zhuǎn)動(dòng)。傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2和波動(dòng)磁場線圈主體3通過支撐架5安裝在水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)I上，傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于支撐波動(dòng)磁場線圈主體，并調(diào)節(jié)波動(dòng)磁場線圈主體與水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)間的傾斜角度。本實(shí)施例中的傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)具備傾斜46° ±3°的調(diào)節(jié)能力。在支撐架5表面放置樣品臺(tái)4，用于放置待測(cè)設(shè)備。水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)I和傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2配合調(diào)整波動(dòng)磁場線圈主體3的方位角和傾斜角，使波動(dòng)磁場線圈的磁軸方向與地磁場的磁軸方向平行，實(shí)現(xiàn)地磁場作為部分磁場信號(hào)源。磁軸探測(cè)器用來判斷波動(dòng)線圈主體3的軸線與地磁場軸線的平行度。磁軸探測(cè)器固定在波動(dòng)磁場線圈主體2的外部框架上，其磁軸軸線平行與波動(dòng)磁場線圈主體3的軸線。磁軸探測(cè)器通過識(shí)別本發(fā)明所處位置的地磁方向，測(cè)量最大磁感應(yīng)強(qiáng)度出現(xiàn)的位置，來判斷波動(dòng)線圈主體軸線與地磁場軸線的平行程度。所述波動(dòng)磁場線圈主體為軸對(duì)稱的三環(huán)三繞組結(jié)構(gòu)。設(shè)形成波動(dòng)磁場線圈主體的三個(gè)環(huán)形線圈分別為A環(huán)、B環(huán)和C環(huán)，其中B環(huán)和C環(huán)的直徑相同，均小于A環(huán)的直徑，B環(huán)和C環(huán)對(duì)稱的同軸布置在A環(huán)的兩側(cè)，如圖2所示。三個(gè)環(huán)形線圈依次通過連接桿固結(jié)為一個(gè)整體，通過傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2調(diào)整波動(dòng)磁場線圈主體的傾斜角，通過水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)I調(diào)整其方位角。波動(dòng)磁場線圈主體每個(gè)環(huán)形線圈包括主繞組6、地磁修正繞組7、補(bǔ)償繞組8、線圈骨架9和絕緣層10。所述主繞組6、地磁修正繞組7、補(bǔ)償繞組8從內(nèi)到外依次纏繞在線圈骨架9上，每個(gè)繞組之間通過絕緣層隔離，同時(shí)在補(bǔ)償繞組8外設(shè)置絕緣層10，如圖3所示。主繞組6、地磁修正繞組7和補(bǔ)償繞組8分別用于實(shí)現(xiàn)波動(dòng)磁場、修正磁場梯度、補(bǔ)償磁場均勻區(qū)。本實(shí)施例通過設(shè)計(jì)波動(dòng)磁場線圈主體的繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)，依靠一路線圈繞組輸出具備一定磁場均勻區(qū)的交直流復(fù)合磁場。波動(dòng)磁場線圈主體的繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)具體為(I)三個(gè)環(huán)形線圈主繞組的結(jié)構(gòu)比例為A環(huán)主繞組與B環(huán)、C環(huán)主繞組的直徑比為1: 0. 756。B環(huán)主繞組和C環(huán)主繞組之間的間距與A環(huán)主繞組的直徑之比為1. 31 I ；A環(huán)主繞組與B環(huán)、C環(huán)主繞組的匝數(shù)比為64 49;三個(gè)環(huán)形線圈主繞組的繞制方向相同，互相串聯(lián)。地磁修正繞組的具體結(jié)構(gòu)比例為A環(huán)地磁修正繞組與B環(huán)、C環(huán)地磁修正繞組的直徑比為1: 0. 8;B環(huán)地磁修正繞組和C環(huán)地磁修正繞組之間的間距與A環(huán)地磁修正繞組的直徑之比為1. 2 I ；三個(gè)環(huán)形線圈地磁修正繞組的匝數(shù)相同；B環(huán)、C環(huán)地磁修正繞組的繞制方向與A環(huán)地磁修正繞組的繞制方向相反，三個(gè)環(huán)互相串聯(lián)，地磁修正繞組能夠補(bǔ)償環(huán)境磁場梯度引起的磁場均勻區(qū)內(nèi)InT IOOOnT范圍的磁場梯度。(3)三個(gè)環(huán)形線圈補(bǔ)償繞組具體結(jié)構(gòu)比例為A環(huán)補(bǔ)償繞組與B環(huán)、C環(huán)補(bǔ)償繞組的直徑比為1: 0. 796 ；B環(huán)補(bǔ)償繞組和C環(huán)補(bǔ)償繞組之間的間距與A環(huán)補(bǔ)償繞組的直徑之比為1.189 I ；三個(gè)環(huán)形線圈補(bǔ)償繞組匝數(shù)相同，繞制方向相同，互相串聯(lián)。補(bǔ)償繞組能夠補(bǔ)償磁場均勻區(qū)內(nèi)InT IOOOnT范圍的磁場偏移，實(shí)現(xiàn)均勻區(qū)內(nèi)的磁場非均勻性小于0. 1%。波動(dòng)磁場激勵(lì)裝置的電路原理如圖4所示，包括任意波形發(fā)生器、線性功放、信號(hào)調(diào)理單元、電流測(cè)量單元以及控制軟件。波動(dòng)磁場激勵(lì)裝置通過電流測(cè)量與反饋控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在負(fù)載阻抗變化的情況下，輸出幅度穩(wěn)定、頻率連續(xù)變化的信號(hào)。任意波形發(fā)生器通過信號(hào)調(diào)理單元與線性功放相連，線性功放與電流測(cè)量單元相連，電流測(cè)量單元與動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置中的波動(dòng)磁場線圈主體相連，控制軟件與任意波形發(fā)生器相連，同時(shí)與電流測(cè)量單元互連。通過上述裝置產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場的過程為步驟一通過磁軸探測(cè)器探測(cè)地磁場磁軸方向；
步驟二 通過水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)I調(diào)整波動(dòng)磁場線圈主體3的方位角，通過傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2調(diào)節(jié)波動(dòng)磁場線圈主體3與水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)I之間的傾斜角，使波動(dòng)磁場線圈主體3的磁軸方向與步驟一所探測(cè)的地磁場的磁軸方向相同；步驟三在控制軟件內(nèi)設(shè)定目標(biāo)磁場的大小和頻率，任意波形發(fā)生器依據(jù)設(shè)定的目標(biāo)磁場設(shè)定正弦信號(hào)的輸出，同時(shí)控制電流精密測(cè)量單元依據(jù)設(shè)定的目標(biāo)磁場切換交流標(biāo)準(zhǔn)電阻組。步驟四任意波形發(fā)生器向信號(hào)調(diào)理單元輸出頻率準(zhǔn)確的正弦信號(hào)；該正弦信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理單元和線性功放，調(diào)整為驅(qū)動(dòng)動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置產(chǎn)生波動(dòng)磁場的電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)。步驟五信號(hào)調(diào)理單元將調(diào)整后的電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送給電流精密測(cè)量單元，電流精密測(cè)量單元利用交流電阻和高速24bitA/D變換器測(cè)量電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)的峰值和偏移量，反饋至控制軟件?？刂栖浖罁?jù)其內(nèi)部的預(yù)設(shè)值對(duì)任意波形發(fā)生器輸出信號(hào)的幅值進(jìn)行微調(diào)(使其與預(yù)設(shè)值一致)，從而實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)的穩(wěn)定，修正因不同頻率引起電路回路阻抗變化而動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置中工作電流偏移的影響因素。電流精密測(cè)量單元將電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給動(dòng)波動(dòng)磁場線圈主體3中三個(gè)環(huán)形線圈的主繞組。步驟六動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置接收到電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)后產(chǎn)生目標(biāo)磁場。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場復(fù)現(xiàn)裝置，其特征在于，包括動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置和波動(dòng)磁場激勵(lì)裝置； 所述動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置包括波動(dòng)磁場線圈主體(3)、樣品臺(tái)(4)、傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)、支撐架(5)和水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)(I);所述傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)和波動(dòng)磁場線圈主體(3)通過支撐架(5)安裝在水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)(I)上；所述水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)(I)用于調(diào)整波動(dòng)磁場線圈主體(3)的方位角，所述傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(2 )調(diào)節(jié)波動(dòng)磁場線圈主體(3 )與水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)(I)之間的傾斜角度；在支撐架(5)表面放置樣品臺(tái)(4)，樣品臺(tái)(4)用于放置待測(cè)設(shè)備； 所述波動(dòng)磁場線圈主體(3)為軸對(duì)稱的三環(huán)三繞組結(jié)構(gòu)，包括三個(gè)環(huán)形線圈；設(shè)三個(gè)環(huán)形線圈分別為A環(huán)、B環(huán)和C環(huán)，其中B環(huán)和C環(huán)的直徑相同，均小于A環(huán)的直徑；B環(huán)和C環(huán)對(duì)稱的同軸布置在A環(huán)的兩側(cè)，三個(gè)環(huán)形線圈依次通過連接桿固結(jié)為一個(gè)整體；波動(dòng)磁場線圈主體(3)的磁軸方向與地磁場的磁軸方向相同； 所述波動(dòng)磁場線圈主體(3)每個(gè)環(huán)形線圈均包括主繞組(6)、地磁修正繞組(7)、補(bǔ)償繞組(8)、線圈骨架(9)和絕緣層(10);所述主繞組(6)、地磁修正繞組(7)和補(bǔ)償繞組(8)從內(nèi)到外依次纏繞在線圈骨架(9)上，每個(gè)繞組之間通過絕緣層隔離，同時(shí)在補(bǔ)償繞組(8)外設(shè)置絕緣層(10); 所述波動(dòng)磁場線圈主體(3)的繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)為 三個(gè)環(huán)形線圈主繞組的結(jié)構(gòu)比例為A環(huán)主繞組與B環(huán)、C環(huán)主繞組的直徑比為I 0.756 ;B環(huán)主繞組和C環(huán)主繞組之間的間距與A環(huán)主繞組的直徑之比為1.31 I ；A環(huán)主繞組與B環(huán)、C環(huán)主繞組的匝數(shù)比為64 49 ;三個(gè)環(huán)形線圈主繞組的繞制方向相同，互相串聯(lián)； 三個(gè)環(huán)形線圈地磁修正繞組的具體結(jié)構(gòu)比例為A環(huán)地磁修正繞組與B環(huán)、C環(huán)地磁修正繞組的直徑比為1: 0. 8 ;B環(huán)地磁修正繞組和C環(huán)地磁修正繞組之間的間距與A環(huán)地磁修正繞組的直徑之比為1.2 I ;三個(gè)環(huán)形線圈地磁修正繞組的匝數(shù)相同；B環(huán)、C環(huán)地磁修正繞組的繞制方向與A環(huán)地磁修正繞組的繞制方向相反，三個(gè)環(huán)互相串聯(lián)； 三個(gè)環(huán)形線圈補(bǔ)償繞組具體結(jié)構(gòu)比例為A環(huán)補(bǔ)償繞組與B環(huán)、C環(huán)補(bǔ)償繞組的直徑比為1: 0. 796 ；B環(huán)補(bǔ)償繞組和C環(huán)補(bǔ)償繞組之間的間距與A環(huán)補(bǔ)償繞組的直徑之比為1.189 I ;三個(gè)環(huán)形線圈補(bǔ)償繞組匝數(shù)相同，繞制方向相同，互相串聯(lián)； 波動(dòng)磁場激勵(lì)裝置包括任意波形發(fā)生器、線性功放、信號(hào)調(diào)理單元、電流精密測(cè)量單元和控制軟件；所述任意波形發(fā)生器通過信號(hào)調(diào)理單元與線性功放相連，線性功放與電流測(cè)量單元相連，電流測(cè)量單元與動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置中的波動(dòng)磁場線圈主體相連，控制軟件與任意波形發(fā)生器相連，同時(shí)與電流測(cè)量單元互連。
2.如權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場復(fù)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置中還包括磁軸探測(cè)器，所述磁軸探測(cè)器固定在波動(dòng)磁場線圈主體(2)的外部框架上，其磁軸軸線平行與波動(dòng)磁場線圈主體(3)的軸線。
3.如權(quán)利要求1和2所述的標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場復(fù)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)(I)能夠在水平方向360°轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1和2所述的標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場復(fù)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)調(diào)節(jié)波動(dòng)磁場線圈主體(3)與水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)(I)之間的傾斜角的范圍為46° ±3°。
5.采用上述裝置復(fù)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場的方法，其特征在于，步驟一通過磁軸探測(cè)器探測(cè)地磁場磁軸方向； 步驟二 通過水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)(I)調(diào)整波動(dòng)磁場線圈主體(3)的方位角，通過傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(2 )調(diào)節(jié)波動(dòng)磁場線圈主體(3 )與水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)(I)之間的傾斜角，使波動(dòng)磁場線圈主體(3 )的磁軸方向與步驟一所探測(cè)的地磁場的磁軸方向相同； 步驟三在控制軟件內(nèi)設(shè)定目標(biāo)波動(dòng)磁場的大小和頻率； 步驟四控制軟件依據(jù)設(shè)定的目標(biāo)波動(dòng)磁場的大小和頻率控制任意波形發(fā)生器輸出正弦信號(hào)；同時(shí)控制電流精密測(cè)量單元切換交流標(biāo)準(zhǔn)電阻組； 步驟五任意波形發(fā)生器向信號(hào)調(diào)理單元輸出頻率準(zhǔn)確的正弦信號(hào)；該正弦信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理單元和線性功放，調(diào)整為驅(qū)動(dòng)動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置產(chǎn)生波動(dòng)磁場的電流驅(qū)動(dòng)信號(hào); 步驟六信號(hào)調(diào)理單元將調(diào)整后的電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送給電流精密測(cè)量單元； 步驟七電流精密測(cè)量單元測(cè)量電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)的峰值和偏移量，反饋至控制軟件；控制軟件 依據(jù)其內(nèi)部的目標(biāo)波動(dòng)磁場的大小對(duì)任意波形發(fā)生器輸出的正弦信號(hào)的幅值進(jìn)行微調(diào)，使其與預(yù)設(shè)的目標(biāo)波動(dòng)磁場的大小一致； 步驟八電流精密測(cè)量單元將電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給波動(dòng)磁場線圈主體(3)中三個(gè)環(huán)形線圈的主繞組； 步驟九波動(dòng)磁場線圈主體(3)接收到電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)后產(chǎn)生目標(biāo)波動(dòng)磁場。
全文摘要
本發(fā)明公開一種標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)磁場復(fù)現(xiàn)裝置及方法，該裝置包括動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置和波動(dòng)磁場激勵(lì)裝置。其中動(dòng)軸式波動(dòng)磁場線圈裝置包括磁軸探測(cè)器、波動(dòng)磁場線圈主體和磁軸調(diào)節(jié)臺(tái)，波動(dòng)磁場線圈主體為軸對(duì)稱的三環(huán)三路繞組結(jié)構(gòu)。波動(dòng)磁場激勵(lì)裝置包括任意波形發(fā)生器、線性功放、信號(hào)調(diào)理單元、電流精密測(cè)量單元及控制軟件。波動(dòng)磁場激勵(lì)裝置通過電流測(cè)量與反饋控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在負(fù)載阻抗變化的情況下，輸出幅度穩(wěn)定、頻率連續(xù)變化的信號(hào)。該裝置復(fù)現(xiàn)的磁場信號(hào)由恒定磁場分量和交變磁場分量組成，磁場幅度在20μT～100μT范圍內(nèi)穩(wěn)定，且不隨頻率變化而改變，磁場頻率能夠在0.1Hz～1kHz范圍內(nèi)連續(xù)變化。
文檔編號(hào)G01R35/00GK103064048SQ201210557008
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者周鷹, 韓曉東, 楊云 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所