专利名称：:能产生均匀磁场的马鞍型线圈的制作方法本发明属于均匀磁场线圈。在一些近代物理实验及各种检测仪器中，常使用具有已知量值的均匀磁场，对其均匀度均有特定的要求。这种均匀磁场一般采用赫姆荷兹线圈(HelmhotzCoil)来产生，即用两个等半径的圆线圈通以同样大小且方向相同的电流，使其中心相隔的距离正好就是圆半径时，在中心部位即可得近似均匀的磁场，其均匀度与离轴的距离的4次方成比例，比例系数为10-1的量级(1)。随着科学技术的发展，对均匀度的要求愈来愈高，用赫姆荷兹线圈难以满足要求。本发明的目的在于提供一个均匀度很高的磁场，其均匀度比同样半径的赫姆荷兹线圈高一个数量级以上，以满足科学的急需，同时还要易于实现。本发明的内容是1.按同一对称面放置三组马鞍型线圈，它们的半径〔1〕彼此相同，它们的长度〔2〕也彼此相同，并使三组马鞍型线圈的中心点彼此重合，且长度〔2〕是半径〔1〕的3.96至4.04倍，马鞍型线圈的两端的圆弧对圆心的张角〔3〕为167°至168.5°;张角〔4〕为119°至121°;张角〔5〕为71°至72.5°，而且每组线圈的安匝数相同，所通电流方向相同，其导线的支承物可选用各种无磁性的非金属材料，这就构成一种能产生均匀磁场的线圈。当电流如图示方向时，其磁场按右手螺旋定则确定为沿Y轴方向。由理论计算出的沿X轴的磁场均匀度的一组结果见表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为沿x轴的距离，R为马鞍型线圈的半径。δBy＝(By(x,0,0))/(By(0,0,0))-1代表相对均匀度，By(x，0，0)为沿x轴变化的磁场强度，By(0，0，0)为该线圈中心处的磁场强度，磁场方向均为Y轴方向。δBy为0表示与中心点的值完全一样，δBy不为零时，该值愈大表示愈不均匀，当均匀度为1×10-4至9.9×10-4时，我们称均匀度为10-4量级。其它类推。2.将上述马鞍型线圈圆弧对圆心的张角作如下变动张角〔3〕为143.5°至145°;张角〔4〕为119.5°至121.5°;张角〔5〕为23.5°至24.5°，即构成另一种能产生均匀磁场的马鞍型线圈。我们称该种线圈为第二种线圈，其均匀度比第一种线圈略低。3.将第一种线圈与第二种线圈进行叠加，使这两种线圈的对称轴〔8〕及中心点彼此重合，这就构成复合均匀磁场马鞍型线圈，我们称该线圈为第三种线圈。其磁场的方向及大小将根据它们各自对称面间的夹角不同而变化。4.在第三种线圈中，将第一种线圈中的每组线圈的安匝数与第二种线圈中的每组线圈的安匝数比例规定为1∶0.3至0.4。当使这两种线圈的对称面重合，则由该线圈产生的均匀磁场的均匀度又有所提高，均匀区将进一步扩大。由理论计算出沿中心x轴的一组结果见表2，从表中可以看出，在X＝0.5范围以内均匀度均已达到或超过10-5的量级，即与中心处的磁场值的偏离小于十万分之几。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.如果将上述几种能产生均匀磁场的马鞍型线圈的长度〔2〕与半径〔1〕加以改变，使其长度〔2〕与半径〔1〕之比大于20，同样能产生均匀磁场。6.当上述几种能产生均匀磁场的线圈的外周分别包以等厚度的具有均匀磁导率的高导磁材料时，其磁场的强度及均匀度将有所提高。该发明是以文献(2)“偏转磁场场参数的理论分析与计算”为理论基础，根据场参数可以叠加的原理，将马鞍型线圈的直线部分的场参数与圆弧部分的场参数叠加，从而得出马鞍型线圈的场参数如下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场参数He(Z)、H2(Z)、H4(Z)及其它参数的意义参阅文献(2)。将数组这种半径R、长度L相同，但θ不同的线圈叠加使H2(Z)为零，同时又使H4(Z)为最小，即可达到设计目的，故该发明有严实的理论基础。由于几何尺寸及电流I可以精确测量出，故由(1)式可以准确算出中心点的磁场强度，因此可作计量用。具体推导、论证及计算可参阅“高均匀度磁场马鞍型线圈设计”(3)。文中还给出了根据该线圈的半径、长度及安匝数来算中心处磁场强度的公式，以及中心附近各点均匀度的计算公式，各几何参量做微小变化时对均匀度的影响，在各Z平面内的等均匀度线等。由文献(1)知赫姆荷兹线圈在0.1的范围内的均匀度则只有10-5的量级，其磁场方向为沿Z轴方向。而本发明的均匀磁场马鞍型线圈在0.1的范围内最高能达到10-7量级，均匀区也很大。其磁场方向为沿y轴方向与赫姆荷兹线圈的方向不同。马鞍型线圈结构简单、紧凑、制作方便。附图为一种能够产生均匀磁场的马鞍型线圈的绕线分布示意图，该线圈由三组马鞍型线圈以XZ平面为对称面进行叠合，并使三组马鞍型线圈的中心点均与XYZ坐标的原点重合，该线圈的对称轴〔8〕与Z轴重合。其中〔1〕为半径，〔2〕为长度，〔3〕、〔4〕、〔5〕为该线圈的圆弧对圆心的张角，〔6〕为导线，〔7〕为电流方向，〔8〕为马鞍型线圈的对称轴。已制出了数个这种能产生均匀磁场的马鞍型线圈来标定“双线圈回归分析法偏转磁场测量仪”(4)中两探测小线圈的灵敏度，已起到非常重要的作用。参考文献(1)磁工学，义井Y景(日)，1969(2)丁守谦，物理学报30，(1981)，459(3)丁守谦，高均匀磁场马鞍型线圈设计(未发表)(4)丁守谦、谭华铮、孙克忱、李国锋、冯远明、赵越，第三届全国三束会议论文集，1981年11月，P34。权利要求1.一种能在中心区产生均匀磁场的线圈，其特征是按同一对称面放置三组半径彼此相同、长度彼此相同的马鞍型线圈，并使三组马鞍型线圈的中心点彼此重合，其长度是半径的3.96至4.04倍，其三组马鞍型线圈两端的圆弧对圆心的张角分别为167°至168.5°；119°至121°；71°至72.5°，每组线圈的安匝数相同、所通电流的方向相同。2.根据权项1所述的线圈，将这三组马鞍型线圈两端的圆弧对圆心的张角分别改为143.5°至145°;119.5°至121.5°;23.5°至24.5°。3.根据权项1、2所述的线圈，将这两种线圈进行叠加，使它们的中心点及对称轴彼此重合，构成复合型均匀磁场线圈。4.根据权项3所述的线圈，将其权项1所述线圈中的每组线圈的安匝数与权项2所述线圈中的每组线圈的安匝数比例规定为1∶0.3至0.4。5.根据权项1所述的线圈，将长度与半径的比例值改为大于20。6.根据权项2所述的线圈，将长度与半径的比例值改为大于20。7.根据权项3所述的线圈，将长度与半径的比例值改为大于20。8.根据权项4所述的线圈，将长度与半径的比例值改为大于20。9.根据权项1、2、5、6所述的线圈，其外部包有等厚度的均匀导磁率材料。10.根据权项3所述的线圈，其外部包有等厚度的均匀导磁率材料。11.根据权项4所述的线圈，其外部包有等厚度的均匀导磁率材料。12.根据权项7所述的线圈，其外部包有等厚度的均匀导磁率材料。13.根据权项8所述的线圈，其外部包有等厚度的均匀导磁率材料。专利摘要能产生均匀磁场的马鞍型线圈。本发明属于均匀磁场线圈。具的在于提供一个均匀度很高的磁场。它比同样半径的赫姆荷兹线圈的均匀度高一个数量级以上，磁场的强度及均匀度均可由公式准确算出，且易于制造。该线圈的特征是用数组同样半径和长度的马鞍型线圈叠合而成，每组线圈的圆弧对圆心的张角以及长度与半径之比应满足特定的要求，通以一定大小的电流后即能实施上述发明。它可以广泛地用于近代物理仪器，也可用作标准磁场计量。文档编号H01F5/02GK85102592SQ85102592公开日1985年11月10日申请日期1985年4月1日发明者丁守谦申请人:南开大学导出引文BiBTeX,EndNote,RefMan