三维均匀磁场主动补偿系统及其特性研究

零磁场在基础物理、医学、生物等领域的研究和应用具有重要价值。为克服地磁场对零磁空间相关研究的干扰,设计并搭建了一种三维均匀磁场主动补偿系统,研究其磁场补偿的特点及试验条件对补偿的影响。首先采用Lee-Whiting线圈与cosθ线圈联合方案制作了三维圆柱形线圈并实现磁场补偿,提高空间利用率;其中,线圈及骨架均用无磁材料制作,三维线圈的中心点重合且轴线方向两两垂直。然后通过理论计算得出线圈磁场的分布。最后将理论数据与试验结果进行对比并对磁场均匀性进行分析,并测量周围环境扰动及磁场传感器扫描速度对测量结果的影响。试验结果表明:在磁补偿系统直径为3.0 cm,长度为16 cm的圆柱形空间中,中心区域磁场绝对值接近为零,且磁场变化为1%范围内的区域与所测试空间区域的比例,理论与试验的误差小于4.5%;当磁场传感器扫描速度不高于9 mm/s且环境噪声低于17 dB时,对测量结果影响较小且能保证测量效率。本系统在简化装置与控制成本的基础上,实现产生均匀磁场并补偿地磁场的功能,可为基于零磁空间的缺陷检测、心脑磁测量、生物行为变化等提供理论与试验参考。