[發明專利]一種同時補償空間剩余均勻磁場和梯度磁場的裝置

有效

• 申請號: 201911060402.X
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110928359B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 李玉清;馬杰;劉文良;肖連團;賈鎖堂
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G05F7/00
• 分類號: G05F7/00
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明涉及補償空間磁場技術，具體是一種可以同時補償均勻磁場及梯度磁場的裝置。本發明解決了現階段被廣泛采用的亥姆霍茲補償磁場線圈在消除空間剩余均勻磁場時無法補償非零梯度磁場的問題。同時補償空間剩余均勻磁場和梯度磁場的方法與裝置，包括：由電源、補償線圈、采樣電阻和場效應管依次串聯而成的電流回路及實現對每個補償線圈電流單獨控制的反饋電路。本發明適用于受到空間剩余均勻磁場和梯度磁場嚴重影響的精密測量、產品校準和冷原子科學實驗。

技術領域

本發明涉及磁場補償技術領域，具體是一種同時補償空間剩余均勻磁場和梯度磁場的裝置。

背景技術

在地球近地空間內的任意一點都具有地磁場，即地球周圍空間分布的磁場，其強度和方向會隨著不同的經緯度和高度而不同。除此以外，弱磁性的金屬器件和通電設備也會在周圍產生雜散磁場，且隨著空間位置變化。這些磁場均可被看作空間剩余磁場，對于原子干涉儀提供的頻率標準、精密測量產品的校準和新型材料的研發等形成了巨大的干擾。為了補償空間中某一方向的剩余磁場，通常采用一對通有大小相等、方向相同的亥姆霍茲線圈產生的均勻磁場來消除空間剩余磁場。特別是，通過調節補償線圈中電流的大小，可以改變線圈對稱中心處沿線圈軸線方向的磁場大小，從而能補償由于位置或地點不一樣導致不同的空間剩余磁場。冷原子技術中，需要三對滿足亥姆霍茲要求的補償線圈對空間中某一點三個方向上的剩余磁場進行有效補償。

然而，空間剩余磁場的分布會形成非零的梯度磁場，尤其在磁性器件和帶電設備附近，剩余磁場隨空間位置的劇烈變化會產生不可忽略的梯度磁場。由于空間剩余梯度磁場的存在，使置于空間中的產品或樣品感受到不均勻的磁場或磁力的作用。為了補償剩余的梯度磁場，通常需要采用一對反亥姆霍茲線圈在線圈中心處產生一個與剩余梯度磁場方向相反、大小相等的補償梯度磁場。實際上，同時使用兩對補償線圈往往增加了裝置的復雜性，而且兩對線圈的中心也不可能完全重合，所以一般只能通過選擇合適的空間位置以盡可能避開磁性材料和通電設備來減小空間剩余的梯度磁場。為此，急需發明一種可以同時補償空間任一點的剩余均勻磁場和梯度磁場的方法和裝置。

發明內容

本發明旨在解決現階段無法利用補償線圈同時消除空間均勻磁場和梯度磁場的問題，提出了一種同時補償空間剩余均勻磁場和梯度磁場的裝置。

本發明是采用如下技術方案實現的：提供一種同時補償空間剩余均勻磁場和梯度磁場的裝置，包括：電源、補償線圈、采樣電阻、場效應管和反饋電路；其中，電源包括第一電源和第二電源，補償線圈包括第一補償線圈和第二補償線圈，采樣電阻包括第一采樣電阻和第二采樣電阻，場效應管包括第一場效應管和第二場效應管；第一電源的正極連接到第一補償線圈的電流輸入端，第一補償線圈的電流輸出端連接到第一采樣電阻的一端，第一采樣電阻的另一端與第一場效應管的漏極相連接，第一場效應管的源極則連接到第一電源1的負極；設置第一BNC接頭與第一采樣電阻3并聯，且第一BNC接頭的正極與第一采樣電阻的電流輸入端連接，設置第二BNC接頭的正極與第一場效應管的柵極連接，其負極與第一場效應管的源極連接；同時，利用導線將第二電源的正極連接到第二補償線圈的電流輸入端，第二補償線圈的電流輸出端連接到第二采樣電阻的一端，第二采樣電阻的另一端和第二場效應管的漏極相連接，第二場效應管的源極則連接到第二電源的負極，設置第三BNC接頭與第二采樣電阻并聯，且第三BNC接頭的正極與第二采樣電阻的電流輸入端連接，設置第四BNC接頭的正極與第二場效應管的柵極連接，其負極與第二場效應管的源極連接；第一BNC頭和第三BNC頭連接到反饋電路，通過反饋電路調控，使第一補償線圈和第二補償線圈中產生電流，進而同時產生均勻磁場和梯度磁場。

其中，所述反饋電路中包括第五-第八BNC頭，第五BNC頭連接第一BNC頭，第八BNC頭連接第三BNC頭，第六BNC頭和第七BNC頭分別施加第一控制電壓和第二控制電壓，通過施加及調節第一控制電壓，以產生及調節均勻磁場，通過施加和調節第二控制電壓，以產生及調節梯度磁場。