一种二极磁铁平移长线圈磁测机

1.本实用新型属于磁场测量领域，具体涉及一种二极磁铁平移长线圈磁测机。


背景技术：

2.长线圈测磁装置主要用于测量二极磁铁的场误差，是二极磁铁的场质量测量。目前，中国科学院高能物理研究所研制了一款独立机床式长线圈测磁装置，其测量原理是在类似机床的床体上安装一个π型框架，且π型框架的最前面设置一根绕制有长矩形线圈的横梁。
3.然而，现有的独立机床式长线圈测磁装置通用性较强，且费用也较高。在将其用于测h型长弯二极磁铁时，操作复杂，准直很难。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种二极磁铁平移长线圈磁测机，以实现质子二极磁铁的测磁。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供一种二极磁铁平移长线圈磁测机，包括自下而上依次设置的托槽、线圈托架和线圈骨架，凸型的线圈骨架上绕制有线圈，所述线圈托架的上表面加工成凹槽，所述线圈、线圈托架和线圈骨架组合形成了线圈支架；线圈支架放置于托槽的上表面中心线上并且沿托槽的上表面中心线的两侧方向可滑动，所述线圈支架的两端分别固定在两台直线运动平台上，驱动两台直线运动平台就能使线圈支架在托槽的上表面移动，以切割二极磁铁的磁场得到相应电压信号。
6.所述线圈托架的截面形状为u形。
7.所述托槽的下表面一侧设有直角卡槽，所述线圈托架放置在托槽的上表面中心线上，所述托槽通过其下表面的直角卡槽与待测的二极磁铁的磁极侧边相互配合。
8.所述托槽的截面形状为h形。
9.所述直线运动平台具有固定座和移动端，所述线圈托架的底部通过过渡板与直线运动平台的固定座连接，线圈支架的两端与直线运动平台的移动端相连。
10.所述直线运动平台包括固定座、安装于固定座上的步进电机、与步进电机的电机轴相连的丝杠以及套设于所述丝杠上的作为直线运动平台的移动端的螺母，且线圈支架的两端与螺母固定连接。
11.所述线圈的两端具有两个接线端子，其与信号采集装置连接。
12.所述信号采集装置为与计算机相连的高精度积分器pdi5025。
13.所述托槽、线圈托架和线圈骨架均沿一直线延伸。
14.所述托槽和线圈托架均沿一曲线延伸，所述线圈骨架被固定在u形加强筋上，所述线圈骨架的曲率小于所述线圈托架的曲率。
15.本实用新型的二极磁铁平移长线圈磁测机的线圈支架放置于线圈托槽的上表面中心线上并且沿中心线两侧方向可滑动，从而通过线圈支架的滑动能够适用于测量二极磁
铁，操作方便，测量快捷简单。此外，本实用新型通过托槽的直角卡槽与待测的二级磁铁的磁极侧边相互配合，从而实现磁测线圈的置入式测量，使得安装时卡到位就可实现准直。
附图说明
16.图1是根据本实用新型的第一实施例的二极磁铁平移长线圈磁测机的结构示意图。
17.图2是线圈在二极磁铁的磁场中的姿态示意图。
18.图3是根据本实用新型的第二实施例的二极磁铁平移长线圈磁测机的结构示意图。
19.图4是本实用新型的二极磁铁平移长线圈磁测机实现的置入式测量二极磁铁的场误差结果。
具体实施方式
20.本实用新型的二极磁铁平移长线圈磁测机适用于质子二极磁铁的测磁，可以适用于测量任何形状的h型二极磁铁。托槽10、线圈托架20和线圈骨架30的形状需要与二极磁铁中的电子束的轨迹一致，在二极磁铁中的一部分为曲线，而端部为直线。一般来说，二极磁铁的极面分长方形和扇形，我们的设计原理对极面为长方形的直二极磁铁和极面为扇形的弯二极磁铁这两种二极磁铁都可以进行磁测。
21.第一实施例适用于矩形二极磁铁的平移长线圈磁测机
22.如图1所示为根据本实用新型的第一实施例的二极磁铁平移长线圈磁测机，如图1所示，所述二极磁铁平移长线圈磁测机为置入式的专用装置，其用于放入矩形二极磁铁内，包括自下而上依次设置的托槽10、线圈托架20和线圈骨架30，凸型的线圈骨架30上绕制有线圈40，线圈40、线圈托架20和线圈骨架30组合形成了线圈支架。
23.托槽10、线圈托架20和线圈骨架30的材质均为3240环氧层压玻璃布板材料。
24.在本实施例中，托槽10、线圈托架20和线圈骨架30均沿一直线延伸，从而用于测量磁铁中的直线部分(即适用于测量矩形二极磁铁)。
25.托槽10的截面形状为h形。托槽10的上下两侧类似两个凹槽(其中托槽10的下表面一侧设置的凹槽是直角卡槽)，线圈托架20放置在托槽10的上表面中心线上。托槽10通过其下表面的直角卡槽与待测的二极磁铁的磁极侧边相互配合，来实现托槽10相对于二极磁铁的在水平方向上的定位，从而将将托槽10固定在待测的二极磁铁的下磁极面上。
26.线圈托架20的截面形状为u形，其上表面加工成凹槽，凸型的线圈骨架30及其上绕制的线圈40固定放置于线圈托架20的凹槽中。由此，所述线圈40、线圈托架20和线圈骨架30组合形成了内部部件彼此不会相互运动的线圈支架。
27.线圈支架的两端分别固定在两台直线运动平台50上，驱动两台直线运动平台50就使得线圈支架在线圈托槽10的上表面移动，以切割二极磁铁的磁场得到相应电压信号。所述直线运动平台50具有固定座和移动端，线圈托架20的底部通过过渡板与直线运动平台50的固定座连接，线圈支架的两端与直线运动平台50的移动端相连。
28.在本实施例中，所述直线运动平台50包括固定座、安装于固定座上的步进电机、与步进电机的电机轴相连的丝杠以及套设于所述丝杠上的作为直线运动平台50的移动端的
螺母，且线圈支架的两端与螺母固定连接。由步进电机转动丝杠带动线圈移动，移动的距离可由靠连接器连接于电机轴上的编码器传给计算机。
29.由此，线圈支架在托槽10上移动，而托槽10可直接贴合固定在待测的二极磁铁的下磁极面上，在水平方向上靠待测的二极磁铁的磁极侧边与托槽10的直角卡槽的相互配合来实现定位，因而测磁时无需专门的准直工序。这种装置结构简单，造价低，容易实现。
30.在本实施例中，线圈40通过用20股扁线紧贴在线圈骨架30上各绕12匝，共240匝来绕制得到。线圈40的多股线依次串联。
31.所述线圈40的两端具有两个接线端子，其与信号采集装置连接。在本实施例中，所述信号采集装置为与计算机相连的高精度积分器pdi5025，由此，由高精度积分器pdi5025采集到电信号进入到计算机。
32.本实用新型的二极磁铁平移长线圈磁测机的测量原理为：在二极磁铁中，二极分量是绝对大数，多极分量是小数，我们剔除掉大量，就能精确测量出小数。在气隙中沿横向移动的线圈中感应的电压信号只与误差场有关，而与二极分量无关，所以实际上是磁场的相对测量，对提高测量精度起重要作用，因此，根据磁场最大可能的偏差值选择合适的移动速度即可。根据磁铁长度(即线圈40的绕制长度)、线圈40的宽度和选定的线圈40的匝数以及测量到的感应电压值及积分电压值，进而确定磁场的偏差值。
33.图2是线圈40在二极磁铁的磁场中的姿态示意图，其中，x轴为待测的二极磁铁的径向方向，y轴为垂直于x轴和线圈40的方向。如图2所示，在磁场中移动的导体内感应的电压信号的积分等于磁场矢量势，即复磁势f的实数部分。在n阶磁场中，匝数为n，宽度为2a的线圈在磁中性面上平移，其单位长度上给出的电压信号的积分in等于：
34.in＝n
×
re[f
x+a-f
x-a
]＝n
×cn
[(x+a)
n-(x-a)n]，n＝2,3,4
……
[0035]
式中，n为线圈的匝数，a为线圈的宽度的一半，f
x+a
、f
x-a
分别是x方向坐标为x+a、x-a时的复磁势f的值，re表示实数部分，cn是高阶场系数，n为阶数，n＝1，2，3，4，5
…
。
[0036]
第二实施例适用于弯二极磁铁的二极磁铁平移长线圈磁测机
[0037]
如图3所示，根据本实用新型的第二实施例的二极磁铁平移长线圈磁测机的具体结构与根据本实用新型的第一实施例的二极磁铁平移长线圈磁测机的结构基本相同，其区别仅在于：
[0038]
托槽10、线圈托架20均沿一曲线延伸，从而用于测量磁铁中的曲线部分(即适用于测量弯二极磁铁)。
[0039]
在本实施例中，线圈骨架30被固定在u形加强筋上，该加强筋起到线圈结构支撑作用，使得线圈骨架30可以沿曲线延伸，且其曲率小于所述线圈托架20的曲率。也就是说，线圈支架除了包括线圈40和线圈骨架30，还包括u形加强筋。
[0040]
线圈支架放置于托槽10的上表面中心线上，并且沿该上表面中心线的两侧方向可滑动。线圈支架的两端分别固定在两台直线运动平台50上，使得直线运动平台50可带动线圈支架在托槽10的上表面移动，以切割二极磁铁的磁场得到相应电压信号。需要说明的是，在本实施例中，驱动线圈支架的还是直线运动平台50，跟实施例一一样连接，运动轨迹还是直线，只是用弯线圈切割磁力线了。
[0041]
本实用新型的二极磁铁平移长线圈磁测机的线圈支架放置于线圈托槽的上表面中心线上并且沿中心线两侧方向可滑动，通过线圈支架的滑动来测量二极磁铁，操作方便，
测量快捷简单。此外，本实用新型通过托槽的下端直角卡槽与待测的二级磁铁的磁极侧边相互配合，从而实现磁测线圈的置入式测量，使得安装时更容易实现准直。
[0042]
基于上文的二极磁铁平移长线圈磁测机，所实现的二极磁铁平移长线圈磁测方法包括如下步骤：
[0043]
步骤s1：搭建上文所述的二极磁铁平移长线圈磁测机，并将二极磁铁平移长线圈磁测机安装于待测的二极磁铁上。
[0044]
其中，测量是在物理指定的几个待测的二极磁铁的磁场下进行的。
[0045]
步骤s2：将待测的二极磁铁的激磁电流调至测试电流处稳定；测试电流的值为磁铁的设计电流。
[0046]
步骤s3：测量时，使信号采集装置置零；
[0047]
步骤s4：使二极磁铁平移长线圈磁测机的直线运动平台50驱动线圈支架在待测的二极磁铁上的指定坐标上匀速移动，并等间隔地对线圈支架中的线圈40的电压进行采样和积分，进而确定电压积分值函数δ∫bydl＝f(x)，其中，x为二极磁铁的径向方向的坐标，by为二极磁铁间隙里垂直方向的磁场，l为长线圈的长度；电压积分值函数δ∫bydl即长线圈平移得到的电压积分值。
[0048]
其中，待测的二极磁铁上的指定坐标通过从二极磁铁的径向方向的初始端(其二极磁铁的径向方向的坐标x为初始端的坐标x
min
)到末尾端(其二极磁铁的径向方向的坐标x＝末尾端的坐标x
max
)再回到初始端的路径中，每间隔一固定采样距离取一个坐标作为指定坐标来得到。在本实施例中，初始端的坐标x
min
为-60mm，末尾端的坐标x
max
为60mm，固定采样距离为2mm，即，从二极磁铁的坐标x
min
＝-60mm
→0→
x
max
＝60mm
→0→
x
min
＝-60mm移动，每移动2mm取一个坐标作为指定坐标，来对电压进行采样。线圈支架在x轴(即二极磁铁的径向方向)上移动时，在y轴上不动，即使有微动，因为y轴跟磁力线一个方向，基本上不感应电压。
[0049]
具体来说，电压的采样值通过高精度积分器pdi5025的电压频率转换和计数得到积分值被发送到计算机中，从而得到电压积分值函数δ∫bydl＝f(x)。
[0050]
步骤s5：根据电压积分值函数δ∫bydl＝f(x)对待测的二级磁铁的磁场进行评价。
[0051]
步骤s5可以包括：根据电压积分值函数δ∫bydl＝f(x)得到评价函数其中，δ∫bydl就是长线圈平移得到的电压积分值，是高次谐波的和，∫bydl是让电流上升到设计电流时得到的二极磁铁基波积分值，利用评价函数来评价待测的二级磁铁的积分场质量。
[0052]
其中，步骤s4得到的电压积分值函数δ∫bydl＝f(x)作为评价函数的分子。
[0053]
此外，所述步骤s5也可以包括：对电压积分值函数δ∫bydl＝f(x)用最小平方拟合的方法(即用泰勒级数拟合得到二极磁铁的场误差曲线)，求出泰勒级数的系数作为谐波分量bn的值(bn中的n是泰勒级数，其对应于2n极场的分量，n＝2,3,4
……
)，以对磁场质量作出评价。谐波分量bn的值即剔除二极分量后的多极分量，根据谐波分量bn可以计算得到各级谐波的磁感应强度与磁铁有效长度值l
eff
的乘积。此方法把绝对测量变成差分测量且用高倍率的放大器放大并分辨磁场的微小差异，从而提高了磁场测量精度。
[0054]
此外，还可以包括步骤s6：积分场激磁特性函数∫bydl＝f(i)和积分场传递函数∫by dl/i＝f(i)测量：用带有线圈40的线圈支架放在待测的二极磁铁的中心(x＝y＝0)处不
动，二极磁铁的激磁电流从0逐渐增大到最大值，再回零，在此过程中记录若干电流值i及相应的经过电压频率转换并计数得到的积分值，进一步得到积分场激磁特性函数f(i)＝∫bydl，其中，i为二极磁铁的激磁电流，by为二极磁铁间隙里垂直方向的磁场，l为长线圈的长度。还可得到∫bydl/i＝f(i)函数称为积分场传递函数特性。磁铁有效长度值l
eff
是电流值i所对应的经过电压频率转换并计数得到的积分信号bl
eff
与被霍尔探头点测得到的磁感应信号b相除而得到的。
[0055]
实验结果：
[0056]
采集到的电压值进入高精度积分器pdi5025再输入到计算机，本实用新型的二极磁铁平移长线圈磁测机实现的置入式测量二极磁铁的场误差结果如图4所示。图4中横坐标的单位是mm，可以看到每2mm一个数据点。由此可以评价磁场的质量。
[0057]
以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本实用新型申请的权利要求书和说明书内容所做的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽叙述的均为常规技术内容。