[发明专利]互感线圈测量系统及其在实现均匀互感量垂直方向梯度的方法

权利要求书

1.一种互感线圈测量系统，所述系统包括内部激励线圈，外部激励线圈和可动线圈；其特征在于，

所述内部激励线圈包括一组线圈，两两一组顺向串联，串联后的线圈绕组再反向串联，用于产生均匀的辐射状磁场；

所述外部激励线圈也包含一组线圈，两两一组顺向串联，串联后的线圈绕组再反向串联；

所述内部激励线圈同轴设置在所述外部激励线圈内；所述内部激励线圈和外部激励线圈通过分立的绝缘套相互电气绝缘，绝缘套采用的材料是有机玻璃；

所述可动线圈活动设置在所述外部激励线圈中部，其上下移动的距离控制在2cm范围内；

测量时，所述内部激励线圈和外部激励线圈加载同样的恒定电流，激励线圈在环形区中实现了高均匀的互感量垂直方向梯度，使得该环形区中载流可动线圈受的洛仑兹力在垂直方向不变。

2.根据权利要求1所述的一种互感线圈测量系统，其特征在于，

所述内部激励线圈由4个尺寸一样的线圈组成，两两一组顺向串联，串联后的两组线圈绕组再反向串联；所述外部激励线圈同样由4个尺寸一样的线圈组成，两两一组顺向串联，串联后的两组线圈绕组再反向串联；

所述测量系统包括悬挂系统，所述可动线圈通过固定的悬挂系统设置在所述外部激励线圈外。

3.根据权利要求1或2所述的一种互感线圈测量系统，其特征在于，

当互感线圈系统所述内部激励线圈和外部激励线圈的间距R与外部激励线圈与可动线圈的距离H满足R²＝4/3 H²，内部激励线圈、外部激励线圈、可动线圈匝数比满足10000∶2700∶430时，在互感线圈系统对称平面附近会形成轴向长度为2cm的环形磁场均匀区，在该均匀区线圈系统互感参数具有四阶均匀性。

4.根据权利要求1或2所述的一种互感线圈测量系统，其特征在于，

所述内部激励线圈内径：60-110mm，外径：200-250mm，匝数：10000；外部激励线圈内径：200-250mm，外径：300-330mm，匝数：2700；可动线圈内径：270-300mm，匝数：430。

5.采用权利要求1-4之一的系统，在互感线圈环形区中实现高均匀的互感量垂直方向梯度的方法，其特征在于：为了在互感线圈环形区中实现高均匀的互感量垂直方向梯度，达到可动线圈在环形区中受的洛仑兹力在垂直方向不变；所述方法包括如下步骤：

步骤1分析外部激励线圈，内部激励线圈和可动线圈关系；

步骤2建立理论物理模型：设激励线圈系统为无限长导线，在靠近中心的(x，z)处再放一根导线作为可动线圈；当调整激励线圈系统和可动线圈之间的的空间位置关系，是可以构建一个环形区域，在此区域互感量垂直方向梯度几乎为常数；即在原点处的互感量垂直方向梯度将随坐标的微小变化很不敏感：在以原点为中心的一个圆形区域中互感量垂直方向梯度几乎为常数：

z₀²＝3x₀²          (16)

则

∂3M∂Z3=0,]]>∂3M∂Z∂x2=0---(17)]]>

步骤3设计实际测量线圈物理参数：

当激励线圈组之间几何位置和匝数的关系满足

(r3+r4-r1-r22)2=43(h+l)2---(42)]]>

N1N2=100002700---(43)]]>

其中，r₁：内部激励线圈的内半径；r₂：内部激励线圈的外半径r₃：外部激励线圈的内半径；r₄：外部激励线圈的外半径h：对顶内部激励线圈轴向距离的一半；l：激励线圈绕组的轴向距离，N₁：内部激励线圈匝数；N₂：外部激励线圈匝数；

在激励线圈组的中间对称位置存在一个环形空间，当可动线圈处在均匀区内，线圈组之间的互感垂直方向梯度对于竖直方向位移的一阶、二阶、三阶导数度非常小，也就是说在这个环形空间中互感量垂直方向梯度非常均匀，为常数；

步骤4搭建互感线圈测量系统

所述内部激励线圈包括一组线圈，两两一组顺向串联，串联后的线圈绕组再反向串联，用于产生对顶的辐射状磁场；

所述外部激励线圈也包含一组线圈，两两一组顺向串联，串联后的线圈绕组再反向串联；

所述内部激励线圈同轴设置在所述外部激励线圈内；所述内部激励线圈同轴设置在所述外部激励线圈内；内部激励线圈和外部激励线圈通过分立的绝缘套相互电气绝缘，绝缘套采用的材料是有机玻璃；

所述可动线圈活动设置在所述外部激励线圈中部，其上下移动的距离控制在2cm范围内；

测量时，所述内部激励线圈和外部激励线圈加载同样的恒定电流，激励线圈在环形区中实现了高均匀的互感量垂直方向梯度，使得该环形区中载流可动线圈受的洛仑兹力在垂直方向不变。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：

当互感线圈系统所述内部激励线圈和外部激励线圈的间距R与外部激励线圈与可动线圈的距离H满足R²＝4/3H²，内部激励线圈、外部激励线圈、可动线圈匝数比满足10000∶2700∶430时，在互感线圈系统对称平面附近会形成轴向长度为2cm的环形磁场均匀区，在该均匀区线圈系统互感参数具有四阶均匀性。