一种磁场模拟系统与磁场模拟方法技术方案

本发明专利技术提供一种磁场模拟系统，包括控制子系统、直流稳流电源、三维亥姆霍兹线圈子系统以及三维磁场测量装置，其中：控制子系统控制直流稳流电源向三维亥姆霍兹线圈子系统输入电流，在三维亥姆霍兹线圈子系统的线圈空间内产生磁场；三维磁场测量装置位于线圈空间内用于检测磁感应强度，并将测得的磁感应强度反馈至控制子系统，该控制子系统将实际测得的磁感应强度与一设定值进行比较，并基于比较结果调整直流稳流电源通入线圈空间的电流，使得实际测得磁感应强度与所述设定值的差值控制在预定范围内。本发明专利技术还涉及一种磁场模拟方法。利用本发明专利技术的磁场模拟系统和磁场模拟方法能够产生强度和方向可控、均匀度高、稳定性好的磁场。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种磁场模拟系统，包括控制子系统、直流稳流电源、三维亥姆霍兹线圈子系统以及三维磁场测量装置，其中：控制子系统控制直流稳流电源向三维亥姆霍兹线圈子系统输入电流，在三维亥姆霍兹线圈子系统的线圈空间内产生磁场；三维磁场测量装置位于线圈空间内用于检测磁感应强度，并将测得的磁感应强度反馈至控制子系统，该控制子系统将实际测得的磁感应强度与一设定值进行比较，并基于比较结果调整直流稳流电源通入线圈空间的电流，使得实际测得磁感应强度与所述设定值的差值控制在预定范围内。本专利技术还涉及一种磁场模拟方法。利用本专利技术的磁场模拟系统和磁场模拟方法能够产生强度和方向可控、均匀度高、稳定性好的磁场。【专利说明】
本专利技术涉及磁场模拟
，具体涉及一种能够产生强度和方向可控，均匀度高，稳定性好的磁场的磁场模拟系统与磁场模拟方法。
技术介绍
目前，在工程实践中，磁场在地磁导航、磁测试验，磁器件标定及校正等方面都有着广泛的应用，对磁场模拟技术的研究具有重要的工程价值和现实意义。然而，现有技术中的磁场模拟系统，其模拟的磁场精度、分布均匀性及其范围均不能满足实际要求，有待提高，并且如何简化系统操作，节省建造费用也是当前迫切需要解决的问题。第201020687927.4号中国专利“三维亥姆霍兹线圈交直流磁场发生装置”，提出了一种三维亥姆霍兹线圈交直流磁场发生装置，包括产生磁场的线圈和控制装置，控制装置包括电脑以及控制器，线圈由两两互相垂直的三对亥姆霍兹线圈组成，所述的三对亥姆霍兹线圈的轴向方向分别对应三维坐标轴中的X轴、Y轴和Z轴，三对亥姆霍兹线圈的中心点为坐标原点。该装置通过计算机控制控制器为线圈供电产生模拟磁场，用于测试等。但是，其线圈是圆形的，不利于三维线圈系统的定位和固定，影响精度；而且，该装置的控制子系统是开环的，不能实时显示和控制磁场，仍然有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供，利用其能够产生强度和方向可控、均匀度高、稳定性好的磁场为达成上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下:一种磁场模拟系统，包括控制子系统、直流稳流电源、三维亥姆霍兹线圈子系统以及三维磁场测量装置，其中:控制子系统控制直流稳流电源向三维亥姆霍兹线圈子系统输入电流，在三维亥姆霍兹线圈子系统的线圈空间内产生磁场；三维磁场测量装置位于线圈空间内用于检测磁感应强度，并将测得的磁感应强度反馈至控制子系统，该控制子系统将实际测得的磁感应强度与一设定值进行比较，并基于比较结果调整直流稳流电源通入线圈空间的电流，使得实际测得磁感应强度与所述设定值的差值控制在预定范围内。进一步的实施例中，所述直流稳流电源为一数控直流稳流电源。进一步的实施例中，所述三维亥姆霍兹线圈子系统包括三对两两相互垂直的亥姆霍兹线圈，所述三对亥姆霍兹线圈为正方形，且其轴向分别为三维坐标轴中的XYZ轴、其中心为坐标原点。进一步的实施例中，所述三维磁场测量装置为一三通道磁通门高斯计。进一步的实施例中，所述控制子系统由静态磁场模拟模块、动态磁场模拟模块、磁场采集与处理模块组成，其中:所述静态磁场模拟模块用于实现静态磁场的模拟,其由磁场输入方式选择模块、磁场输入模块、空间计算点模块、电流计算模块和电流控制模块组成，其中:所述磁场输入方式选择模块用于供选择标量输入和矢量输入中的一种；所述磁场输入模块用于提供磁场值输入，该磁场值即前述设定值；空间计算点模块用于设定空间计算点的初值，该初值影响所述电流的转换；所述电流计算模块用于根据输入的磁场数据进行磁场值与电流值之间的转换；所述电流控制模块用于根据前述计算所得的电流值对直流稳流电源进行控制，通过三维磁场测量装置的反馈信息调整输入所述三维亥姆霍兹线圈子系统的线圈空间的电流值，使得线圈空间所产生的磁场实际值与所输入磁场值的差值在预定范围内；所述动态磁场模拟模块用于实现磁场的渐变过程控制，其由磁场输入方式选择模块、磁场初/末值输入模块、动态模拟参数模块和动态模拟模块组成，其中:所述磁场输入方式选择模块用于供选择标量输入和矢量输入中的一种；所述磁场初/末值输入模块用于供输入磁场渐变模拟的初值和末值；所述动态模拟参数模块用于供设置磁场渐变的步长和步数；动态模拟模块用于根据所输入的初值和末值，并按照所设定的步长和步数进行磁场曲线的动态模拟；所述磁场采集与处理模块由串口设置模块、数据发送模块、数据接收模块，磁场数据显示模块及磁场数据处理模块组成，其中:所述串口设置模块用于进行串口参数设置并打开串口 ；所述数据发送模块用于向三维磁场测量装置发送控制指令；所述数据接收模块用于接收三维磁场测量装置测得的磁感应强度数据；所述磁场数据显示模块用于显示所述磁感应强度数据；所述数据处理模块用于计算前述磁感应强度的采样个数及其平均值和均方差，并将数据进行保存。进一步的实施例中，所述磁场数据显示模块以图形的形式显示所述磁场数据。进一步的实施例中，所述静态磁场模拟模块与动态磁场模拟模块之间通过一外部切换按钮进行切换，以实现磁场动态模拟和静态模拟的切换。根据本专利技术的改进，本专利技术的另一方面还提出一种基于上述磁场模拟系统的磁场模拟方法，包括以下步骤:控制子系统控制直流稳流电源向三维亥姆霍兹线圈子系统输入电流，在三维亥姆霍兹线圈子系统的线圈空间内产生磁场；位于线圈空间内的三维磁场测量装置实时检测磁感应强度，并将测得的磁感应强度反馈至控制子系统；该控制子系统将实际测得的磁感应强度与一设定值进行比较，并基于比较结果调整直流稳流电源通入线圈空间的电流，使得实际测得磁感应强度与所述设定值的差值控制在预定范围内。进一步的实施例中，所述控制子系统由静态磁场模拟模块、动态磁场模拟模块、磁场采集与处理模块组成，分别可切换地实现静态磁场模拟、动态磁场模拟以及磁场数据的采集及处理，其中:I)静态磁场模拟包括以下过程:首先，选择标量或矢量中的一种磁场输入方式；然后，按所选择的的输入方式输入磁场值，并输入空间计算点；之后，根据电流与磁场及空间计算点的关系计算电流值?’最后，再控制直流稳流电源输入线圈的电流即可实现静态磁场的模拟；2)动态磁场模拟包括以下过程:首先,选择标量或矢量中的一种磁场输入方式；然后，所选择的的输入方式输入磁场的初值、末值的三个分量:Bxl, Byl, Bzl, Bx2, By2, Bz2 ;之后,根据磁场各个分量的差值,设置动态模拟参数；磁场初值、末值及磁场渐变的步数、步长设定完成后，进行动态磁场的模拟；3)磁场数据的采集及处理包括以下过程:首先，在串口设直完成后，打开串口连接设备；然后，在数据发送模块中向三维磁场测量装置发送控制命令；之后，数据接收模块接收三维磁场测量装置测得的磁感应强度数据，并通过磁场数据显示模块显示所述磁感应强度数据；最后在数据处理模块中，计算前述磁感应强度的采样个数及其平均值和均方差，并将数据进行保存。进一步的实施例中，所述磁场数据显示模块以图形的形式显示所述磁场数据。由以上本专利技术的技术方案可知，本专利技术所提出的磁场模拟系统和模拟方法与现有技术相比，其显著优点在于:1、本专利技术的线圈为正方形亥姆霍兹线圈，在其边长与圆形亥姆霍兹线圈直径相同时，正方形线圈比圆形线圈的均匀性更高，范围更广；2、磁场模拟系统为一闭环控制子系统，可显著提高模拟磁场的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁场模拟系统，其特征在于，包括控制子系统、直流稳流电源、三维亥姆霍兹线圈子系统以及三维磁场测量装置，其中：控制子系统控制直流稳流电源向三维亥姆霍兹线圈子系统输入电流，在三维亥姆霍兹线圈子系统的线圈空间内产生磁场；三维磁场测量装置位于线圈空间内用于检测磁感应强度，并将测得的磁感应强度反馈至控制子系统，该控制子系统将实际测得的磁感应强度与一设定值进行比较，并基于比较结果调整直流稳流电源通入线圈空间的电流，使得实际测得磁感应强度与所述设定值的差值控制在预定范围内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁立波，张合，李长生，谢克峰，胡彬，张英忠，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32