基于永磁铁的超导回旋加速器感应线圈测量设备标定方法与流程

本发明属于感应线圈测量，尤其涉及一种基于永磁铁的超导回旋加速器感应线圈测量设备标定方法。

背景技术：

1、中国原子能科学研究院250mev超导回旋加速器使用电磁感应法作为主磁场测量设备。近日，对其使用的电磁感应线圈进行了替换，需要对新的感应线圈进行“线圈面积的标定”以确定其精确面积。

2、目前经常使用的“线圈面积的标定”方法通常使用电磁铁提供标准磁场，通过改变励磁电流的方式使通过放置于其中的感应线圈的磁通量发生变化，并通过数字积分器记录感应电动势的积分，从而计算线圈面积。这一方法存在两个缺点：

3、用于提供标准磁场的电磁铁尺寸大，且需要预先对其励磁电流-磁场曲线进行精确测量，因此具有此类大型设备的企业数量很少；

4、在排除噪声导致的线性漂移时，简单使用测量数据起始点和末尾点计算线性漂移率，结果受到噪声中非线性因素的影响。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题，提出一种基于永磁铁的超导回旋加速器感应线圈测量设备标定方法，第一目的在于解决现有技术用于提供标准磁场的电磁铁尺寸大、具有此类大型设备的企业数量很少的问题；第二目的在于解决在排除噪声导致的线性漂移时，简单使用测量数据起始点和末尾点计算线性漂移率，结果受到噪声中非线性因素的影响的问题。

2、本发明为解决其技术问题采用以下技术方案

3、一种基于永磁铁的超导回旋加速器感应线圈测量设备标定方法，其特点是：包括以下步骤：

4、步骤一、使用永磁铁得到均匀的随时间不变的恒定磁场；

5、步骤二、使用核磁共振探头测量永磁铁中心磁场的精确值b0；

6、步骤三、撤出核磁共振探头，并将测量线圈放置于永磁铁中心磁场；

7、步骤四、通过线性拟合的方式获得整个过程线性漂移率l以及整个过程线性漂移率引起的磁通变化φl；所述整个过程为线圈从0度翻转180度的过程；

8、步骤五、测量整个过程总的磁通变化量δφ；

9、步骤六、获得线圈面积s＝(δφ-φl)/2b0。

10、进一步地，所述步骤四具体如下：

11、1)将采样速率设置为每秒1000次；

12、2)设定静止线圈的时间为n s，该n s的时间既是线圈从0度翻转180度所需要的时间；

13、3)使用n s内得到的用于线性拟合的1000*n个数据点进行线性拟合，得到的斜率就是线性漂移率l；

14、4)用线性漂移率l乘以线圈运动的时间t s，即可得到线性漂移率引起的磁通变化φl。

15、进一步地，所述步骤五的测量整个过程总的磁通变化量δφ，既是用积分器测量的磁通变化量，该总的磁通变化量δφ包括线圈翻转180度引起的磁通变化量2bs和在线圈翻转的同等时间内线性漂移引起的磁通变化量φl。

16、进一步地，所述步骤六的获得线圈面积s＝(δφ-φl)/2b0，具体如下：

17、1)设置积分电压和线圈面积s、以及积分电压和线性漂移率引起的磁通变化φl的关系：

18、-∫e·dt＝δφ＝2bs+φl；

19、其中，第一个等号左边为整个过程的积分电压；第一个等号右边为整个过程总的磁通变化量δφ；第二个等号右边的第1项为整个过程线圈翻转180度引起的磁通变化量2bs，第二个等号右边的第2项为整个过程线性漂移引起的磁通变化量φl；所述整个过程为线圈从0度翻转180度的过程；由于超导回旋加速器使用的测量线圈面积较小，通过整个线圈截面的平均场b几乎等于线圈中心心磁场b0；所述整个过程线性漂移引起的磁通变化量φl和整个过程线圈翻转180度引起的磁通变化量无关；

20、2)δφ-φl＝2b0s；

21、3)s＝(δφ-φl)/2b0

22、进一步地，所述静止线圈的时间包括但不限于2s；所述用于线性拟合的数据点包括但不限于2000个点。

23、本发明的优点效果

24、1、本发明用基于永磁铁的结构相对简单的磁场测量装置代替基于电磁铁的结构相对复杂和体积庞大的磁场测量装置，具体为：用永磁铁代替电磁铁、用线圈翻转180度形成的磁通量代替通过调整电流形成的磁通量、用线性拟合求得线性漂移斜率代替通过起始点和终止点获得线性漂移斜率，实现了小体积、低成本、高精度的感应线圈测量设备的线圈面积s标定,解决了现有技术用于提供标准磁场的电磁铁尺寸大、具有此类大型设备的企业数量很少的问题；还解决了在排除噪声导致的线性漂移时，简单使用测量数据起始点和末尾点计算线性漂移率，由于线性漂移率导致的磁通量变化不够准确，导致线圈面积s标定精度不够高的问题。

25、2、本发明克服了传统的偏见，该偏见就是通过调整作用在电磁铁上的电流才能精确地测量磁通量变化、进而精确标定线圈面积s的偏见，本发明用线圈180度翻转，轻而易举地获得了磁通量的变化，又用一块体积仅为电磁铁几分之一的永磁铁的磁场代替了电磁铁的磁场测量，永磁铁的磁场是自身具有的，不需要通电、也不需要额外添加电源设备即可得到磁场，相比电磁铁方式测量磁场结构简单很多。

技术特征：

1.一种基于永磁铁的超导回旋加速器感应线圈测量设备标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种基于永磁铁的超导回旋加速器感应线圈测量设备标定方法，其特征在于：所述步骤四具体如下：

3.根据权利要求1所述一种基于永磁铁的超导回旋加速器感应线圈测量设备标定方法，其特征在于：所述步骤五的测量整个过程总的磁通变化量δφ，既是用积分器测量的磁通变化量，该总的磁通变化量δφ包括线圈翻转180度引起的磁通变化量2bs和在线圈翻转的同等时间内线性漂移引起的磁通变化量φl。

4.根据权利要求1所述一种基于永磁铁的超导回旋加速器感应线圈测量设备标定方法，其特征在于：所述步骤六的获得线圈面积s＝(δφ-φl)/2b0，具体如下：

5.根据权利要求2所述一种基于永磁铁的超导回旋加速器感应线圈测量设备标定方法，其特征在于：所述静止线圈的时间包括但不限于2s；所述用于线性拟合的数据点包括但不限于2000个点。

技术总结
本发明公开了一种基于永磁铁的超导回旋加速器感应线圈测量设备标定方法，包括：使用永磁铁得到均匀的随时间不变的恒定磁场；使用核磁共振探头测量永磁铁中心磁场的精确值B<subgt;0</subgt;；撤出核磁共振探头，并将测量线圈放置于永磁铁中心磁场；通过线性拟合的方式获得整个过程线性漂移率L以及整个过程线性漂移率引起的磁通变化Φ<subgt;L</subgt;；所述整个过程为线圈从0度翻转180度的过程；测量整个过程总的磁通变化量ΔΦ；获得线圈面积S＝(ΔΦ‑Φ<subgt;L</subgt;)/2B<subgt;0</subgt;。本发明实现了小体积、高精度的感应线圈面积S标定,解决了现有技术用于提供标准磁场的电磁铁尺寸大、具有此类大型设备的企业数量很少的问题；以及解决了在排除噪声导致的线性漂移时，受到噪声中非线性因素的影响的问题。

技术研发人员：陈忻禹,边天剑,陆锦荣,凌丽,王飞,朱鹏飞
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15