实验室中用多线圈获得匀强磁场设计的思考

在物理实验中,研究匀强磁场有重要作用。通过研究与比较单线圈、亥姆霍兹线圈、三线圈的磁场,得出三线圈的磁场在均匀性和强度上均超过了单线圈和亥姆霍兹线圈。     

亥姆霍兹线圈磁场均匀性的研究

为了探究亥姆霍兹线圈空间磁场均匀区域的大小、形状及范围,利用FD-HM-I型亥姆霍兹磁场测定仪及其所配备的高灵敏度毫特斯拉计传感器探头,探测了亥姆霍兹线圈轴截面上有限元磁场的大小,以两线圈中心连线的中点为坐标原点,建立坐标系,根据线圈的对称性,得到了亥姆霍兹线圈空间磁场均匀区域的大小、形状及范围.由于毫特斯拉计传感器探头的体积小、分辨率高,因此,该传感器适用于物理实验中弱磁场的测量,用它探测磁场准确度较高,误差较小。     

亥姆霍兹线圈磁场的理论计算与实验讨论

首先,基于毕奥-萨尔定律分析了单个载流圆线圈在空间的磁场分布,得到了空间任意一点磁感应强度的积分表达式,并通过相应的计算得到了磁感应强度沿轴向和径向分量的解析结果;其次,将单个载流圆线圈在空间的磁场分布推广到亥姆霍兹线圈,获得了亥姆霍兹线圈在空间任一点磁感应强度的解析表达式,并利用Mathematica形象描绘了其磁感线分布;再次,通过数值计算分析了亥姆霍兹线圈的均匀磁场区;最后,结合"电磁感应法测量亥姆霍兹线圈磁场"实验作了相应的分析与讨论.     

亥姆霍兹线圈磁场均匀性的研究

亥姆霍兹线圈轴线上中心点附近磁场的均匀性是很好的,本文通过理论计算和实验测定得知,亥姆霍兹线圈中心点附近轴线以外的磁场也是相当均匀的。     

圆电流和亥姆霍兹线圈磁场的研究

根据毕奥-萨伐尔定律,导出了圆电流磁场分布的级数解表达式.应用磁场叠加原理,得到亥姆霍兹线圈的磁场分布的普遍表达式.由此讨论了亥姆霍兹线圈之间近轴和轴线上磁场的分布情况.并给出亥姆霍兹线圈产生均匀磁场区的条件.     

基于MATLAB的亥姆霍兹线圈轴线磁场均匀分布的动态仿真

MATLAB软件为复杂、抽象物理现象的动态仿真提供了简单、高效的编码环境.文章在分析亥姆霍兹线圈轴线磁场分布现象的数学模型基础上,提出了一种运用MATLAB软件对亥姆霍兹线圈轴线磁场均匀分布进行验证及仿真的方法.该方法能够简便、直观地展现亥姆霍兹线圈轴线磁场均匀分布的这一物理现象.     

霍尔效应法测量亥姆霍兹线圈空间磁场均匀区

分析了亥姆霍兹线圈空间磁场的分布，采用霍尔效应法探测亥姆霍兹线圈空间磁场，得到空间磁场均匀区的大小、形状及范围．     

广义亥姆霍兹线圈中轴线上磁场的计算与分析

从毕奥—萨伐尔定律出发,结合亥姆霍兹线圈装置,首先研究了正三角形的广义亥姆霍兹线圈在其中轴线上的磁场分布情况。然后利用Mathematicas数值模拟了共轴正三角形线圈中心轴线上的磁场强度,得出了满足磁场均匀性的条件。     

西宁地区地磁场水平分量的测量

在磁场分布实验的基础上,利用亥姆霍兹线圈,测定了西宁地区地球磁场的水平分量为2.172特斯拉。通过实测操作,加深了学生对地磁场的感性认识,使物理实验教学更具有实际意义。     

亥姆霍兹线圈的磁场及其测量

给出了一种测量亥姆霍兹线圈磁场分布的一种新方法。利用单片机技术将霍耳探头所检测到的磁感应强度的信号显示到点阵屏上,在磁场中移动霍耳探头即可将亥姆霍兹线圈轴线上磁场分布规律以曲线和数显的形式显示出来。在教学和科研中具有一定的使用价值。     

椭圆形亥姆兹线圈的磁场

计算了椭圆形亥姆霍兹线圈轴线上的磁感应强度,分析了其磁场均匀性。     

亥姆霍兹线圈的制作和测试

研制了一种亥姆霍兹线圈,讨论了线径、材料、工艺的影响,实测了磁场分布.     

基于C8051F340的亥姆霍兹线圈磁场测定仪的设计

利用霍尔传感器件,自带USB2.0以及10位快速A/D的高性能单片机C8051F340,研制了单芯片(SOC)高速磁场数据测量装置,编写了磁场数据采集处理程序,设计了中心距可调的亥姆霍兹线圈并用所研制的仪器进行了轴向磁场分布测量。结果表明,该实验装置测量精度高,实时性好,实验手段先进,可扩展为多个设计性物理实验。     

载流圆线圈平面内任意一点磁场的测试与理论分析

借助于DH4501B型亥姆霍兹线圈磁场实验仪对载流园线圈平面内任意一点的磁场进行测试；并在球坐标系下，利用磁感应强度的计算公式毕奥-萨伐尔定律结合园电流磁场的对称性推导出全空间磁感应强度的计算公式，给出栽流园线圈平面内任意一点的数值解；所得数值解与实验测定的结果相比较，二者吻合的相当理想，验证了实验的正确性。     

Feshbach共振磁场线圈及大电流稳定控制驱动的设计

Feshbach共振已成为冷原子研究领域的一种重要实验手段.碱金属原子的Feshbach共振点磁场通常在几百高斯的水平,并且有一定的线宽Δ,这就要求产生的外部调制磁场具有一定的稳定度.设计制作了可以通大电流的亥姆霍兹线圈,用它可以产生需要的强磁场.通过控制线圈电流的稳定度来提高磁场的稳定度.利用一个负积分反馈电路来对电流进行控制,测试得到电流的稳定度达到了1×10-5.     

磁絮凝反应器设计及流态模拟

基于磁场效应能够改善絮凝剂性质,提高絮凝效果,设计了一种磁絮凝反应器.以亥姆霍兹线圈为思路提出了5对圆形线圈组构的技术方案,实现由1 nT到100 mT磁感应强度的连续可调,同时利用MATLAB模拟了亥姆霍斯线圈内部的磁场分布,采用改进的k-ε双方程模型对反应器内流场进行了数值模拟.结果表明,亥姆霍斯线圈内部磁场可近似看作匀强磁场;在反应器反应区存在涡流,从而有利于矾花的形成;在磁场作用下,能改变固体颗粒的运动,增加固体颗粒间碰撞几率,进而提高反应器絮凝效果.最后进行了反应器效果验证,在20 min内对污水中SS、CODCr和TP去除率分别达96.7%,45.3%和96.0%,比一般絮凝工艺具有明显优势.     

平行共轴三线圈磁场均匀性分析

对平行共轴三个圆形线圈形成的匀强磁场进行了研究，通过数值计算，分析了平行共轴三线圈磁场的均匀性，计算结果表明，平行共轴三线圈系统的磁场强度、磁场均匀性及分布范围明显优于亥姆霍兹线圈，这为在小范围内形成匀强磁场提供了一个简单易行的方法。     

亥姆霍兹线圈磁场均匀区的理论计算

本文从毕一萨定律出发，导出了过亥姆霍兹线国轴线平面内任意一点的磁感应强度表达式，并在计算机上算出了任意一点的磁感应强度的大小及与线圈中心点相比的相对误差，并以图形形式画出了亥姆霍线国内的磁场均匀区。     

均匀磁场激励磁感应成像滤波反投影算法

通过亥姆霍兹线圈在中心区域建立正弦均匀的激励磁场,磁场方向近似直线,有助于简化逆问题的复杂度.建立了8通道磁感应测量系统仿真模型,采用滤波反投影算法重构出电导率分布.在滤波反投影算法中,首先用线性插值补充检测数据,然后用Hamming滤波器对数据进行滤波,同时加入窗口滤波器减少了涡流磁场发散对周围线圈的影响.加入不同噪声比的噪声干扰,测试了算法对噪声的抑制能力,实验结果表明该模型下运用反投影滤波算法可以重构出电导率的分布.     

三线圈磁场均匀性的分析

通过改装亥姆霍兹线圈成平行共轴三线圈获得均匀性更好的磁场,利用Mathematica软件推导出平行共轴三线圈磁场均匀性最好的条件,分析了其中心区域磁场的均匀度,并绘出几种不同区域所对应的磁场Bx（x,y）和By（x,y）的立体图．