[发明专利]实时补偿杂散磁场的装置及方法

说明书

本发明是一种实时补偿杂散磁场的装置及方法，属于消除环境中杂散磁场技术领域。本发明的线性电源、补偿线圈Ｉ、补偿线圈Ⅱ、采样电阻和场效应管依次串联，线性电源的正极与补偿线圈组连接，其负极与场效应管的源极连接，磁通门计设置在补偿线圈组的外侧，采样电阻两端电压接入到反馈电路，反馈电路分别与磁通门计、采样电阻和场效应管连接，测量磁通门计x、y方向的输出电压与其z方向杂散磁场的依赖关系，将磁通门计x、y方向的输出电压的平均值乘以一比例因子后的电压信号与采样电阻两端的电压比较，所获得的误差信号经过带有比例、积分的反馈电路处理，输入到场效应管的栅极‑源极电压端口，以实现对环境中变化杂散磁场的实时补偿。

技术领域

本发明是一种实时补偿杂散磁场的装置及方法，属于消除环境中杂散磁场技术领域。

背景技术

采用一组通电的亥姆霍兹线圈可以在一个局部的空间范围内产生均匀磁场。空间磁场的精度和稳定性对众多科学研究与工程应用非常重要，如精密测量、原子干涉仪和新产品校准等。采用带有霍尔传感器和场效应管的反馈电路可以精确控制线圈中的电流，提高了线圈对称中心处磁场的精确度和稳定性。然而，空间中的磁场会受到环境中杂散磁场的影响，使磁场的精度及稳定性变差。环境中的杂散磁场主要包括地磁场、未消磁的材料、电源及其他带电仪器产生的微弱磁场，此外，离通电线圈较近的电梯和地铁会在线圈对中心处产生一个幅值随时间变化的杂散磁场。因此，如何消除环境中杂散磁场的影响，特别是随时间呈现出无规律变化的磁场，成为提高空间磁场精度和稳定性的关键。

发明内容

本发明的目的在于消除环境中杂散磁场对空间磁场的精度和稳定性的影响，针对实际中随时间无规律变化的杂散磁场，提出了一种实时补偿杂散磁场的装置及方法。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种实时补偿杂散磁场的装置，包括线性电源、补偿线圈组、采样电阻、场效应管、磁通门计、反馈电路，线性电源、补偿线圈组、采样电阻和场效应管通过导线依次串联构成电流回路，线性电源的正极与补偿线圈组连接，其负极与场效应管的源极连接；磁通门计设置在补偿线圈组的外侧，且使磁通门计的z方向与补偿线圈组的轴向一致，且使补偿线圈组中心处沿z方向的目标磁场对磁通门计处x、y方向的磁场没有影响；反馈电路接入采样电阻的两端，反馈电路还分别与磁通门计和场效应管连接。

进一步地，线性电源工作在恒压模式。

进一步地，补偿线圈组包括补偿线圈Ｉ和补偿线圈Ⅱ ，补偿线圈Ｉ和补偿线圈Ⅱ为方形线圈，通过方向相同、大小相等的电流。

进一步地，补偿线圈Ｉ和补偿线圈Ⅱ两线圈之间的距离和线圈的平均边长相等。

进一步地，测量磁通门计x、y方向的输出电压与其z方向杂散磁场的依赖关系。将磁通门计x、y方向的输出电压的平均值乘以一比例因子后的电压信号与采样电阻两端的电压比较，所获得的误差信号经过带有比例和积分的反馈电路处理，输入到场效应管的栅极-源极电压端口，以实现对变化杂散磁场的实时补偿。

本发明还提出了一种实时补偿杂散磁场的方法，根据上述的装置进行，包括以下步骤：

（1）调节补偿线圈Ｉ和补偿线圈Ⅱ的距离，使补偿线圈组满足亥姆霍兹线圈的要求，使得在较小的空间范围内产生大小相等的均匀磁场；

（2）将补偿线圈Ｉ和补偿线圈Ⅱ放置在空间位置，使补偿线圈组中心与要求的目标磁场位置重合；

（3）使线性电源工作在恒压模式，补偿线圈Ｉ和补偿线圈Ⅱ通有方向同向、大小相等的电流；

（4）采样电阻用于测量补偿线圈组中的电流，当电流流过采样电阻后，其两端会产生一个电压信号，且该电压信号和补偿线圈组产生的补偿磁场具有确定的比例关系；