Helmholtz 线圈磁感应强度空间分布及其均匀性分析

Helmholtz线圈磁感应强度空间分布及其均匀性分析Helmholtz线圈磁感应强度空间分布及其均匀性分析 04004311 李昊鹏指导教师陈乾

主要汇报内容： • 1.研究目的 • 2.研究现状的综述 • 3.研究内容及结论 • 4.进一步研究内容

研究目的： • 对物理实验及相关问题的兴趣； • 加强对电磁场的理解； • 增强研究问题的能力；

1、以往文章的研究状况

重在介绍内部磁感应分布； 通过二维图象分析；对参量变化分析不足 2、研究现状小结

研究内容及结论： 1、Helmholtz线圈结构与原理

2、准匀强区产生原理 • 两单独线圈距离等于半径R时各自磁场的叠加； • 在两线圈轴线上的磁感应强度几乎匀强； • 在轴线附近的磁感应强度也近似匀强。（本文着重讨论）

3、与实验数据验证 • 通过编程测试原点处磁感应强度： B= • 实验测得原点处磁感应强度： B=

本文特点： 1.重在分析内部准匀强区 2.利用Matlab软件进行三维分析 3.对线圈参数影响进行分析以往文章特点： 1.重在介绍内部磁感应分布； 2.通过二维图象分析； 3.对参量变化分析不足 4、论文所研究的主要问题

5、选取线圈Y-O-Z平面分析： • 上图说明在线圈中心附近有近似匀强区域（即图中的青色部分）。

6、衡量均匀度的标准： • 以中心位置的磁感应强度作为参考标准。

7、准匀强区形状特征： • YOZ平面上满足均匀度为1%的区域图象 z z y y • YOZ平面上满足均匀度为5%的区域图象

在X-Y-Z坐标下观察均匀度小于1%的区域结构。 • 在轴线周围有管道形匀强磁场区。下面将以管道形区域半径为研究对象。

8、改变标准及参数对管道形区域半径影响： • 右图是当匀强度标准下降后匀强区域变化情况。 • 可以发现当匀强度标准下降到一定大小后，匀强区域展宽速度变慢。 z y

均匀度对管道形区域半径影响： • 右图的意义在于，如果想通过降低均匀度获取更大的匀强磁场区，当均匀度降低到一定程度时，扩大的磁场范围有限。

俯视观察管道半径与均匀度的关系 • 右图是均匀度每下降5倍，管道半径的增大情况。 • 可以看出均匀度下降相同的倍数，管道半径增大速度变慢。

9、Helmholtz线圈半径R对匀强磁场区空间分布的影响9、Helmholtz线圈半径R对匀强磁场区空间分布的影响当均匀度确定时，如果想得到一定尺寸的匀强磁场区域，就要对线圈参数进行调整，其中改变线圈半径R可以调整匀强磁场区域尺寸。

线圈半径R与匀强磁场区半径r的关系： • 右图为均匀度为5%时不同线圈半径对应的匀强磁场区域。 y z

从右图可以看出线圈半径R对匀强磁场区域半径r的影响近似是线性的。从右图可以看出线圈半径R对匀强磁场区域半径r的影响近似是线性的。

结论： • 在Helmholtz线圈中的YOZ平面内，匀强磁场或准匀强磁场区域为八角形图象，随着均匀度指标的降低，八角形的面积非线性增加，增加量呈衰减趋势。 • 随着线圈半径R增大，Helmholtz线圈中匀强或准匀强区域近似线性的增加。

进一步研究内容： • 当Helmholtz线圈通以交流电时，在低频工作状态下，每一个瞬间的电流可以近似看成直流，所以对直流情况下的Helmholtz线圈公式加以改变，并结合Matlab软件，就可以对交流电情况下的Helmholtz线圈磁感应强度进行分析。

谢谢！