一种用于核磁共振陀螺高精度磁场控制的双线圈结构制造技术

一种用于核磁共振陀螺高精度磁场控制的双线圈结构，该结构采用一个骨架固定密绕螺线管线圈和亥姆赫兹线圈。静磁场采用密绕螺线管线圈和亥姆赫兹线圈共同发生。整套结构置于多层磁屏蔽筒中，通过多层磁屏蔽筒可屏蔽一部分地磁场；密绕螺线管线圈用于生成稳定的强磁场，其磁场均匀度较高，适用于粗略调节静磁场；亥姆核磁线圈用于补偿磁屏蔽筒内的剩余磁场，生成磁场强度较小，其均匀度较差，但调节精度较高。采用两组线圈配合，可减小装置体积，解决数控电子系统控制精度不足的问题。通过采用此种双线圈结构，可将控制精度提高75倍。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核磁共振陀螺仪的磁场发生领域，特别是一种高精度磁场补偿结构。
技术介绍
微型核磁共振陀螺仪具有小体积、低功耗、高性能、大动态范围等特性，已成为新型惯性器件的研究重点和热点。核磁共振陀螺仪的性能静磁场强度的稳定性影响，当静磁场强度波动时，陀螺输出也随之波动，因此为了实现高精度的核磁共振陀螺仪，必须实现静磁场强度的稳定控制。为了实现静磁场强度高精度稳定控制，必须通过电子系统闭环反馈的方式进行控制。传统的单线圈结构，D/A控制精度有限，磁场控制的最小精度不高，不能实现高精度静磁场控制。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种用于核磁共振陀螺高精度磁场控制的双线圈结构，解决在核磁共振陀螺中静磁场强度控制精度不足的问题，实现静磁场强度的高精度稳定控制。本专利技术的技术解决方案为：一种用于核磁共振陀螺高精度磁场控制的双线圈结构，包括：亥姆赫兹线圈、密绕螺线管线圈、线圈骨架、多层磁屏蔽筒；线圈骨架为中空结构，线圈骨架的外表面上设置两组环形凹槽；在线圈骨架的两组环形凹槽内缠绕线圈，且两组环形凹槽内缠绕的线圈相连，组成亥姆赫兹线圈；线圈骨架的外表面上设置的两组环形凹槽将线圈骨架的外表面分成三部分，在每部分外表面密绕线圈，三部分密绕线圈依次相连，组成密绕螺线管线圈；将线圈骨架置于多层磁屏蔽筒中；密绕螺线管线圈和亥姆赫兹线圈通入电流后分别产生静磁场，线圈骨架置于多层磁屏蔽筒中，屏蔽一部分地磁场；密绕螺线管线圈通电流后生成稳定的强磁场，通过调节密绕螺线管线圈的电流粗调静磁场强度，亥姆核磁线圈通电流后产生弱磁场，通过调节亥姆核磁线圈的电流，细调静磁场强度；调节亥姆核磁线圈，精确抵消剩余地磁场。所述线圈骨架为圆柱形，线圈骨架上设置两组环形凹槽为圆环形，两组凹槽与线圈骨架同轴。所述密绕螺线管线圈产生磁场强度为-30uT～30uT,控制分辨率为16bit，控制精度为0.9nT。所述亥姆赫兹线圈产生的磁场强度为-100nT～100nT，控制分辨率为16bit，控制精度为3pT。所述多层磁屏蔽筒为4层，能够将地磁场屏蔽在20nT以内。所述密绕螺线管线圈的半径和长度L的比值为1：2.5～1：3.5。所述两组环形凹槽内亥姆赫兹线圈的半径和两组环形凹槽内亥姆赫兹线圈中心的间距的比例为1：0.9～1：1.1。所述每组环形凹槽宽度为2～3mm，深度为1～2mm。所述通过调节密绕螺线管线圈的电流粗调静磁场的方法为：加大密绕螺线管线圈的电流，提高静磁场的磁场强度，减小密绕螺线管线圈的电流，降低静磁场的磁场强度。双线圈结构还包括原子气室，原子气室位于线圈骨架的中心，原子气室为一个全封闭的玻璃泡，玻璃泡内充入碱金属和惰性气体，双线圈结构提供均匀磁场驱动原子气室实现核磁共振效应。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术提供了一种用于核磁共振陀螺高精度磁场控制的双线圈结构，密绕螺线管线圈可以产生低精度高强度的磁场，亥姆赫兹线圈可产生高精度低
强度的磁场，两种线圈组合使用，可解决数控电子系统控制精度不足的问题。(2)本专利技术为增加一组精度较高的亥姆赫兹线圈，通过高精度线圈和低精度线圈组合，实现高精度静磁场稳定控制，解决单线圈控制精度不足的问题。(3)本专利技术所述的线圈骨架为圆柱形，线圈骨架上设置两组环形凹槽为圆环形，两组凹槽与线圈骨架同轴，此设计可限制线圈在凹槽内缠绕，避免机械振动导致线圈发生位移，使得线圈产生的磁场发生变化，并且同轴设计可使得两组线圈产生的均匀磁场重合，磁场均匀度提高。(4)本专利技术所述密绕螺线管线圈产生磁场强度为-30uT～30uT,控制分辨率为16bit，控制精度为0.9nT；亥姆赫兹线圈产生的磁场强度为-100nT～100nT，控制分辨率为16bit，控制精度为3pT。由于核磁共振陀螺需工作在高精度的强磁场环境下，密绕螺线管可产生的磁场强度较高，但控制精度低，亥姆赫兹线圈产生的磁场强度低但控制精度高，通过两种线圈的组合，实现生成-30uT～30uT之间，精度为3pT的均匀磁场。(5)本专利技术的多层磁屏蔽筒为4层，采用1层磁屏蔽不能有效的屏蔽地磁场，只能屏蔽到1uT～5uT以内，采用多层磁屏蔽，可提高屏蔽效果，能够将地磁场屏蔽在20nT以内。(6)本专利技术所述密绕螺线管线圈的半径和长度L的比值为1：2.5～1：3.5，此比例下，密绕螺线管线圈产生的磁场均匀度较高，体积较小。(7)本专利技术所述的两组环形凹槽内亥姆赫兹线圈的半径和两组环形凹槽内亥姆赫兹线圈中心的间距的比例为1：0.9～1：1.1，此比例下，密绕螺线管线圈产生的磁场均匀度较高，体积较小。(8)本专利技术所述的每组环形凹槽宽度为2～3mm，深度为1～2mm。通过设置凹槽宽度和深度，导线可在凹槽内紧密缠绕，避免导线上下堆叠，影响产生磁场的均匀性。(9)本专利技术所述的加大密绕螺线管线圈的电流，提高静磁场的磁场强度，
减小密绕螺线管线圈的电流，降低静磁场的磁场强度。采用此方案，可通过外接D/A和控制器精确控制生成磁场的强度。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图A；图2为本专利技术的线圈骨架示意图。图3为本专利技术的电控系统示意图。图4为本专利技术的整体结构示意图B。具体实施方式本专利技术的基本思路为：本专利技术的静磁场采用密绕螺线管线圈和亥姆赫兹线圈共同发生；整套结构置于多层磁屏蔽筒中，通过多层磁屏蔽筒可屏蔽一部分地磁场；密绕螺线管线圈用于生成稳定的强磁场，其磁场均匀度较高，适用于粗略调节静磁场；亥姆核磁线圈用于补偿磁屏蔽筒内的剩余磁场，其均匀度较差，但调节精度较高。线圈骨架上设计两组凹槽，凹槽内部用于缠绕亥姆赫兹线圈，凹槽周围用于缠绕密绕螺线管线圈。凹槽的间距和凹槽的半径相同，实现标准亥姆赫兹线圈设计。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。一种用于核磁共振陀螺高精度磁场控制的双线圈结构，包括：亥姆赫兹线圈、密绕螺线管线圈、线圈骨架、多层磁屏蔽筒；线圈骨架为中空结构，线圈骨架的外表面上设置两组环形凹槽；在线圈骨架的两组环形凹槽内缠绕线圈，且两组环形凹槽内缠绕的线圈相连，组成亥姆赫兹线圈；线圈骨架的外表面上设置的两组环形凹槽将线圈骨架的外表面分成三部分，在每部分外表面密绕线圈，三部分密绕线圈依次相连，组成密绕螺线管线圈；将线圈骨架置于多层磁屏蔽筒中；所述线圈骨架为圆柱形，线圈骨架上设置两组环形凹槽为圆环形，两组凹
槽与线圈骨架同轴。圆柱形骨架方便缠绕导线，并且体积小。两组凹槽与线圈骨架同轴，此设计可限制线圈在凹槽内缠绕，避免机械振动导致线圈发生位移，使得线圈产生的磁场发生变化，并且同轴设计可使得两组线圈产生的均匀磁场重合，磁场均匀度提高。线圈采用单层密绕的方法缠绕，即导线和导线之间紧密排列，没有缝隙，并且只缠绕一层导线，单层密绕便于工艺实现，并且均匀度高，使得最后生成的磁场的均匀度提高。所述密绕螺线管线圈产生磁场强度为-30uT～30uT,控制分辨率为16bit，控制精度为0.9nT；亥姆赫兹线圈产生的磁场强度为-100nT～100nT，控制分辨率为16bit，控制精度为3pT。由于核磁共振陀螺需工作在高精度的强磁场环境下，密绕螺线管可产生的磁场强度较高，但控制精度低，亥姆赫兹线圈产生的磁场强度低但控制精度高，通过两种线圈的组合，实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于核磁共振陀螺高精度磁场控制的双线圈结构，其特征在于包括：亥姆赫兹线圈、密绕螺线管线圈、线圈骨架、多层磁屏蔽筒；线圈骨架为中空结构，线圈骨架的外表面上设置两组环形凹槽；在线圈骨架的两组环形凹槽内缠绕线圈，且两组环形凹槽内缠绕的线圈相连，组成亥姆赫兹线圈；线圈骨架的外表面上设置的两组环形凹槽将线圈骨架的外表面分成三部分，在每部分外表面密绕线圈，三部分密绕线圈依次相连，组成密绕螺线管线圈；将线圈骨架置于多层磁屏蔽筒中；密绕螺线管线圈和亥姆赫兹线圈通入电流后分别产生静磁场，线圈骨架置于多层磁屏蔽筒中，屏蔽一部分地磁场；密绕螺线管线圈通电流后生成稳定的强磁场，通过调节密绕螺线管线圈的电流粗调静磁场强度，亥姆核磁线圈通电流后产生弱磁场，通过调节亥姆核磁线圈的电流，细调静磁场强度；调节亥姆核磁线圈，精确抵消剩余地磁场。

【技术特征摘要】
1.一种用于核磁共振陀螺高精度磁场控制的双线圈结构，其特征在于包括：亥姆赫兹线圈、密绕螺线管线圈、线圈骨架、多层磁屏蔽筒；线圈骨架为中空结构，线圈骨架的外表面上设置两组环形凹槽；在线圈骨架的两组环形凹槽内缠绕线圈，且两组环形凹槽内缠绕的线圈相连，组成亥姆赫兹线圈；线圈骨架的外表面上设置的两组环形凹槽将线圈骨架的外表面分成三部分，在每部分外表面密绕线圈，三部分密绕线圈依次相连，组成密绕螺线管线圈；将线圈骨架置于多层磁屏蔽筒中；密绕螺线管线圈和亥姆赫兹线圈通入电流后分别产生静磁场，线圈骨架置于多层磁屏蔽筒中，屏蔽一部分地磁场；密绕螺线管线圈通电流后生成稳定的强磁场，通过调节密绕螺线管线圈的电流粗调静磁场强度，亥姆核磁线圈通电流后产生弱磁场，通过调节亥姆核磁线圈的电流，细调静磁场强度；调节亥姆核磁线圈，精确抵消剩余地磁场。2.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振陀螺高精度磁场控制的双线圈结构，其特征在于：所述线圈骨架为圆柱形，线圈骨架上设置两组环形凹槽为圆环形，两组凹槽与线圈骨架同轴。3.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振陀螺高精度磁场控制的双线圈结构，其特征在于：所述密绕螺线管线圈产生磁场强度为-30uT～30uT,控制分辨率为16bit，控制精度为0.9nT。4.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振陀螺高精度磁场控制的双线圈结构，其特征在于：所述亥姆赫兹线...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓意成，刘院省，阚宝玺，王学锋，石猛，王妍，李新坤，周维洋，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11