[發明專利]一種高平坦度中強磁場測量線圈的設計方法

有效

• 申請號: 201710696083.6
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107607893B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 楊云;周鷹;姜浩;宋新昌;胡圣航
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一0研究所
• 主分類號: G01R33/07
• 分類號: G01R33/07;G01R33/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;仇蕾安

1.一種高平坦度中強磁場測量線圈的設計方法，其特征在于，

第一步，設計測量線圈的骨架：

所述測量線圈的骨架由三段直徑不同的柱形結構組成，其中中間段的直徑最小，從而在兩端的柱形結構之間形成一個環形腔，該環形腔為測量線圈的安裝槽；

所述測量線圈選用帶絕緣漆的銅制導線，導線的線徑s為0.06mm～0.1mm，層排系數f為1.15，層間系數q為1.22；

所述骨架的中心加工有軸向通孔，軸向通孔的半徑為r，r為外部繞線機夾具孔距的兩倍；所述骨架兩端柱形結構中直徑較小的柱形結構的外徑為D，D為被測量交變磁場均勻區直徑的2/3，所述骨架的整體厚度為H，H為D/4～D/6；所述骨架的壁厚為k；

所述安裝槽的寬度即測量線圈繞裝形成繞組后的繞組厚度h為H-2k；設所述繞組的封膠厚度為a；

第二步，根據被測量交變磁場的幅值變化范圍△B和被測量交變磁場的頻帶變化范圍△f，計算出理論線圈常數值K_SW，計算公式為：

其中，△U為設定的測量線圈輸出電壓的最大變化量；

第三步，根據第一步中已設計好的骨架的外徑D和封膠厚度a及公式(2)確定測量線圈繞組的平均半徑R'；

第四步，根據第二步的理論線圈常數值K_SW和第三步的測量線圈繞組的平均半徑R'及公式(3)計算線圈繞組的匝數N'，

得到N'后，對N'進行近似取整后得到匝數N；

第五步，根據第一步中確定的參數及第四步中的匝數N，計算測量線圈繞組的結構參數，包括繞組的每層匝數N_C、繞組的層數n、繞組的高度d、測量線圈繞組的有效半徑R及實際線圈常數值K'_SW；

(1)已知測量線圈繞組的厚度h、測量線圈的線徑s及層排系數f，根據得到繞組的每層匝數N_C，并對N_C進行取整；

(2)已知匝數N和取整后的N_C，根據得到繞組的層數n，并對n進行取整；

(3)已知取整后的n、測量線圈的線徑s及層間系數q，根據d＝n×q×s，得到繞組的高度d；

(4)已知繞組的高度d、骨架軸向通孔的半徑r及骨架的壁厚k，根據得到測量線圈繞組的有效半徑R；

(5)已知測量線圈繞組的有效半徑R和匝數N，根據K'_SW＝N·πR²，得到實際線圈常數值K'_SW，即測量線圈的匝面積；

第六步，按照第五步中得到的繞組的每層匝數N_C、繞組的層數n及繞組的高度d，將測量線圈通過外部的繞線機繞裝在所述安裝槽中形成測量線圈繞組，且進、出銅制導線的引線預留設定長度；

繞裝完后按照設定的封膠厚度a將測量線圈封膠固定。

2.如權利要求1所述的一種高平坦度中強磁場測量線圈的設計方法，在測量線圈封膠固定后，根據公式(4)計算測量線圈的理論電感值L：

使用阻抗分析儀對測量線圈的實際電感值L'進行測量，通過對比理論電感值L和實際電感值L'是否相等，來驗證實際繞裝的測量線圈的結構參數和繞制的匝數是否準確；若相等，則表明測量線圈的結構參數和繞制的匝數準確；若不相等，則表明測量線圈的結構參數和繞制的匝數不準確，重復第六步，直到理論電感值L和實際電感值L'相等。

3.如權利要求2所述的一種高平坦度中強磁場測量線圈的設計方法，其特征在于，在使用時，在測量線圈的兩根引線之間并聯一個電容后，再串聯一個電阻，電容的電容值C的取值大于10倍的被測量磁場的頻帶上限，電阻的電阻值Q的取值滿足：2π·Δf·Q·C＜＜1；

使用阻抗分析儀對測量線圈的阻抗Z和電感L進行測量，并繪制阻抗Z和電感L的特性曲線圖，在被測量交變磁場的頻帶范圍內驗證電容值C和電阻值Q是否滿足要求；若阻抗Z和電感L的變化值小于0.1％，則電容值C和電阻值Q滿足要求；若阻抗Z和電感L的變化值大于0.1％，則重新選取電容值C和電阻值Q，直到電容值C和電阻值Q滿足要求。