專利名稱：:能產(chǎn)生均勻磁場的馬鞍型線圈的制作方法本發(fā)明屬于均勻磁場線圈。在一些近代物理實驗及各種檢測儀器中，常使用具有已知量值的均勻磁場，對其均勻度均有特定的要求。這種均勻磁場一般采用赫姆荷茲線圈(HelmhotzCoil)來產(chǎn)生，即用兩個等半徑的圓線圈通以同樣大小且方向相同的電流，使其中心相隔的距離正好就是圓半徑時，在中心部位即可得近似均勻的磁場，其均勻度與離軸的距離的4次方成比例，比例系數(shù)為10-1的量級(1)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對均勻度的要求愈來愈高，用赫姆荷茲線圈難以滿足要求。本發(fā)明的目的在于提供一個均勻度很高的磁場，其均勻度比同樣半徑的赫姆荷茲線圈高一個數(shù)量級以上，以滿足科學(xué)的急需，同時還要易于實現(xiàn)。本發(fā)明的內(nèi)容是1.按同一對稱面放置三組馬鞍型線圈，它們的半徑〔1〕彼此相同，它們的長度〔2〕也彼此相同，并使三組馬鞍型線圈的中心點彼此重合，且長度〔2〕是半徑〔1〕的3.96至4.04倍，馬鞍型線圈的兩端的圓弧對圓心的張角〔3〕為167°至168.5°;張角〔4〕為119°至121°;張角〔5〕為71°至72.5°，而且每組線圈的安匝數(shù)相同，所通電流方向相同，其導(dǎo)線的支承物可選用各種無磁性的非金屬材料，這就構(gòu)成一種能產(chǎn)生均勻磁場的線圈。當電流如圖示方向時，其磁場按右手螺旋定則確定為沿Y軸方向。由理論計算出的沿X軸的磁場均勻度的一組結(jié)果見表1。表1<tablesid="table1"num="001"><tablealign="center">X00.10.20.30.40.5δBy01.46×10-71.75×10-52.17×10-41.25×10-34.84×10-3</table></tables>其中X＝(x)/(R)，x為沿x軸的距離，R為馬鞍型線圈的半徑。δBy＝(By(x,0,0))/(By(0,0,0))-1代表相對均勻度，By(x，0，0)為沿x軸變化的磁場強度，By(0，0，0)為該線圈中心處的磁場強度，磁場方向均為Y軸方向。δBy為0表示與中心點的值完全一樣，δBy不為零時，該值愈大表示愈不均勻，當均勻度為1×10-4至9.9×10-4時，我們稱均勻度為10-4量級。其它類推。2.將上述馬鞍型線圈圓弧對圓心的張角作如下變動張角〔3〕為143.5°至145°;張角〔4〕為119.5°至121.5°;張角〔5〕為23.5°至24.5°，即構(gòu)成另一種能產(chǎn)生均勻磁場的馬鞍型線圈。我們稱該種線圈為第二種線圈，其均勻度比第一種線圈略低。3.將第一種線圈與第二種線圈進行疊加，使這兩種線圈的對稱軸〔8〕及中心點彼此重合，這就構(gòu)成復(fù)合均勻磁場馬鞍型線圈，我們稱該線圈為第三種線圈。其磁場的方向及大小將根據(jù)它們各自對稱面間的夾角不同而變化。4.在第三種線圈中，將第一種線圈中的每組線圈的安匝數(shù)與第二種線圈中的每組線圈的安匝數(shù)比例規(guī)定為1∶0.3至0.4。當使這兩種線圈的對稱面重合，則由該線圈產(chǎn)生的均勻磁場的均勻度又有所提高，均勻區(qū)將進一步擴大。由理論計算出沿中心x軸的一組結(jié)果見表2，從表中可以看出，在X＝0.5范圍以內(nèi)均勻度均已達到或超過10-5的量級，即與中心處的磁場值的偏離小于十萬分之幾。表2<tablesid="table2"num="002"><tablealign="center">X00.10.20.30.40.5δBy0-1.64×10-7-2.30×10-6-8.86×10-6-1.57×10-50</table></tables>5.如果將上述幾種能產(chǎn)生均勻磁場的馬鞍型線圈的長度〔2〕與半徑〔1〕加以改變，使其長度〔2〕與半徑〔1〕之比大于20，同樣能產(chǎn)生均勻磁場。6.當上述幾種能產(chǎn)生均勻磁場的線圈的外周分別包以等厚度的具有均勻磁導(dǎo)率的高導(dǎo)磁材料時，其磁場的強度及均勻度將有所提高。該發(fā)明是以文獻(2)“偏轉(zhuǎn)磁場場參數(shù)的理論分析與計算”為理論基礎(chǔ)，根據(jù)場參數(shù)可以疊加的原理，將馬鞍型線圈的直線部分的場參數(shù)與圓弧部分的場參數(shù)疊加，從而得出馬鞍型線圈的場參數(shù)如下H0(Z)＝4I1/(R)A1{<1/2>+<3/2>}……(1)H2(Z)＝4I1/(R3){A3〔<1/2>+1/2<3/2>+3/8<5/2>+5/8<7/2>〕+A1〔-3/8<5/2>+9/8<7/2>〕}……(2)H4(Z)＝4I1/(R5){A5〔<1/2>+1/2<3/2>+3/8<5/2>+5/16<7/2>+35/128<9/2>+63/128<11/2>〕+A2〔105/128(-<9/2>+3<11/2>)〕+A1〔5/16(<7/2>-49/4<9/2>+63/4<11/2>)〕}……(3)其中A1＝Σi=1n]]>cosθiA3＝Σi=1n]]>cos3θiA5＝Σi=1n]]>cos5θil＝l/Rz＝z/R2l＝L場參數(shù)He(Z)、H2(Z)、H4(Z)及其它參數(shù)的意義參閱文獻(2)。將數(shù)組這種半徑R、長度L相同，但θ不同的線圈疊加使H2(Z)為零，同時又使H4(Z)為最小，即可達到設(shè)計目的，故該發(fā)明有嚴實的理論基礎(chǔ)。由于幾何尺寸及電流I可以精確測量出，故由(1)式可以準確算出中心點的磁場強度，因此可作計量用。具體推導(dǎo)、論證及計算可參閱“高均勻度磁場馬鞍型線圈設(shè)計”(3)。文中還給出了根據(jù)該線圈的半徑、長度及安匝數(shù)來算中心處磁場強度的公式，以及中心附近各點均勻度的計算公式，各幾何參量做微小變化時對均勻度的影響，在各Z平面內(nèi)的等均勻度線等。由文獻(1)知赫姆荷茲線圈在0.1的范圍內(nèi)的均勻度則只有10-5的量級，其磁場方向為沿Z軸方向。而本發(fā)明的均勻磁場馬鞍型線圈在0.1的范圍內(nèi)最高能達到10-7量級，均勻區(qū)也很大。其磁場方向為沿y軸方向與赫姆荷茲線圈的方向不同。馬鞍型線圈結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制作方便。附圖為一種能夠產(chǎn)生均勻磁場的馬鞍型線圈的繞線分布示意圖，該線圈由三組馬鞍型線圈以XZ平面為對稱面進行疊合，并使三組馬鞍型線圈的中心點均與XYZ坐標的原點重合，該線圈的對稱軸〔8〕與Z軸重合。其中〔1〕為半徑，〔2〕為長度，〔3〕、〔4〕、〔5〕為該線圈的圓弧對圓心的張角，〔6〕為導(dǎo)線，〔7〕為電流方向，〔8〕為馬鞍型線圈的對稱軸。已制出了數(shù)個這種能產(chǎn)生均勻磁場的馬鞍型線圈來標定“雙線圈回歸分析法偏轉(zhuǎn)磁場測量儀”(4)中兩探測小線圈的靈敏度，已起到非常重要的作用。參考文獻(1)磁工學(xué)，義井Y景(日)，1969(2)丁守謙，物理學(xué)報30，(1981)，459(3)丁守謙，高均勻磁場馬鞍型線圈設(shè)計(未發(fā)表)(4)丁守謙、譚華錚、孫克忱、李國鋒、馮遠明、趙越，第三屆全國三束會議論文集，1981年11月，P34。權(quán)利要求1.一種能在中心區(qū)產(chǎn)生均勻磁場的線圈，其特征是按同一對稱面放置三組半徑彼此相同、長度彼此相同的馬鞍型線圈，并使三組馬鞍型線圈的中心點彼此重合，其長度是半徑的3.96至4.04倍，其三組馬鞍型線圈兩端的圓弧對圓心的張角分別為167°至168.5°；119°至121°；71°至72.5°，每組線圈的安匝數(shù)相同、所通電流的方向相同。2.根據(jù)權(quán)項1所述的線圈，將這三組馬鞍型線圈兩端的圓弧對圓心的張角分別改為143.5°至145°;119.5°至121.5°;23.5°至24.5°。3.根據(jù)權(quán)項1、2所述的線圈，將這兩種線圈進行疊加，使它們的中心點及對稱軸彼此重合，構(gòu)成復(fù)合型均勻磁場線圈。4.根據(jù)權(quán)項3所述的線圈，將其權(quán)項1所述線圈中的每組線圈的安匝數(shù)與權(quán)項2所述線圈中的每組線圈的安匝數(shù)比例規(guī)定為1∶0.3至0.4。5.根據(jù)權(quán)項1所述的線圈，將長度與半徑的比例值改為大于20。6.根據(jù)權(quán)項2所述的線圈，將長度與半徑的比例值改為大于20。7.根據(jù)權(quán)項3所述的線圈，將長度與半徑的比例值改為大于20。8.根據(jù)權(quán)項4所述的線圈，將長度與半徑的比例值改為大于20。9.根據(jù)權(quán)項1、2、5、6所述的線圈，其外部包有等厚度的均勻?qū)Т怕什牧稀?0.根據(jù)權(quán)項3所述的線圈，其外部包有等厚度的均勻?qū)Т怕什牧稀?1.根據(jù)權(quán)項4所述的線圈，其外部包有等厚度的均勻?qū)Т怕什牧稀?2.根據(jù)權(quán)項7所述的線圈，其外部包有等厚度的均勻?qū)Т怕什牧稀?3.根據(jù)權(quán)項8所述的線圈，其外部包有等厚度的均勻?qū)Т怕什牧?。專利摘要能產(chǎn)生均勻磁場的馬鞍型線圈。本發(fā)明屬于均勻磁場線圈。具的在于提供一個均勻度很高的磁場。它比同樣半徑的赫姆荷茲線圈的均勻度高一個數(shù)量級以上，磁場的強度及均勻度均可由公式準確算出，且易于制造。該線圈的特征是用數(shù)組同樣半徑和長度的馬鞍型線圈疊合而成，每組線圈的圓弧對圓心的張角以及長度與半徑之比應(yīng)滿足特定的要求，通以一定大小的電流后即能實施上述發(fā)明。它可以廣泛地用于近代物理儀器，也可用作標準磁場計量。文檔編號H01F5/02GK85102592SQ85102592公開日1985年11月10日申請日期1985年4月1日發(fā)明者丁守謙申請人:南開大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX,EndNote,RefMan