磁场发生/屏蔽和磁性测量系统
     
1轴/1D,2轴/2D和3轴/3D亥姆霍兹线圈            
       
亥姆霍兹线圈是为纪念德国物理学家赫门.梵.亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz)而得名,亥姆霍兹线圈的基本结构如图1所示,是由两个结构、大小完全相同的环形线圈组合而成,两线圈以共轴方式配对架设,线圏内通入相同方向、相同大小的电流量;如此可使两环形线圈的中间区域内,获得均匀的磁场。
因由双线圈所组成,故也称为亥姆霍兹线圈对(Helmholtz coil pair)。环形亥姆霍兹线圈对(Helmholtz coil pair)和螺旋线圈(Solenoidal coil)常被用以提供实验时所需的均匀磁场,而螺旋线圈其实就是许多个亥姆霍兹线圈紧并在一起所组成的磁场产生装置;亥姆霍兹线圈(对)的结构要求:
1. 两个完全相同的环形线圈(线圈半径为R)
2. 通过线圈圆心的两垂直中心轴共轴
3. 两线圈的中心点距离 = 线圈半径, 即d = R,可使磁场的不均匀度最小,

待测物的实验空间座落在两线圈包围之空间的中心点(区域)位置。
图1,图2 分别为亥姆霍兹线圈对(Helmholtz coil pair)的结构图和单线圈与helmholtz线圈x轴磁场分布图,如下

               
图1 Helmholtz coil pair schematic drawing 图2 单线圈与helmholtz线圈x轴磁场分布图
由两个完全相同的环形磁性线圈共轴且对称地座落在实验空间的左右两侧,并使两线圈之中心点间的距离 d 等于环形线圈的半径 R,即 d = R 。
但若欲使两线圈中心空间处的磁场分布得到最佳的均匀度(即d2B/dx2 = 0,d2B/dx2可作为磁场强度在x方向不均匀度的指标),则需使两线圈的圆心距离 d 恰好与线圏的半径R 相等,意即 d = R;但却会使中心处和在线圈面上的磁场强度产生一定比例的变化量(可经由测量d2B/dx2值而得)。若使 d 略大于 R 一些,虽可减低线圈面和两线圈中心处之磁场强度的差异,但却会使得中心区域附近之磁场强度的均匀度变差(若要推导磁场在空间中每一位置的函数变化关系,其理论计算过程是相当复杂,必需使用到某些特殊的应用函数)。一般来讲,双轴(2D)和三轴(3D)的亥姆霍兹线圈一般用来产生指定体积比较大、均匀度比较高, 但磁场值也相对比较弱的磁场,其主要应用包括:通过抵消地球磁场提供一个近乎为零的磁场空间、磁屏蔽效应判定、电子设备的EMC/EMI研究及磁化系数判定、GPS卫星导航定位以及某些导航设备的校准、生物磁场及新材料的研究等(以上应用必需配合高精密度的高斯计及相关探头使用)。
当然,亥姆霍兹线圈也可根据不同的应用除了产生静态DC磁场外,还可以产生交变AC磁场,其最大的频率可达到RF射频标准。

 
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