一种磁场纹波测量方法及装置

技术特征：
1.一种磁场纹波测量装置，其特征在于，包括：感应探头和后继电子学系统；所述感应探头放置于待测磁场中，其采用具有中间抽头的感应线圈，且所述中间抽头两侧的感应线圈缠绕方向一致，所述中间抽头作为测量基准，所述待测磁场的纹波产生的感应电动势在所述感应线圈两端大小相等、极性相反，构成差分信号通过所述感应探头的差分信号端输出到所述后继电子学系统；所述后继电子学系统用于对所述差分信号进行差分放大、积分处理后得到与待测磁场纹波频率无关、正比于纹波幅度的输出信号。2.如权利要求1所述的一种磁场纹波测量装置，其特征在于，所述感应探头采用印刷电路板，所述印刷电路板上设置有感应线圈层，所述感应线圈层包括感应线圈、绝缘基板和金属接地边框，所述感应线圈附着在所述绝缘基板上，所述绝缘基板外侧设置所述金属接地边框，且所述金属接地边框与所述感应线圈之间相互绝缘。3.如权利要求2所述的一种磁场纹波测量装置，其特征在于，所述感应线圈层为一层以上。4.如权利要求3所述的一种磁场纹波测量装置，其特征在于，当设置多层感应线圈层时，奇数层中的感应线圈从外向内以逆/顺时针方向旋进；偶数层中的感应线圈从内向外旋出，且旋出方向需与奇数层中感应线圈的旋进方向相同；第一感应线圈层中感应线圈旋进的结束端与第二感应线圈层中感应线圈旋出的起始端相连，依次类推，且所述第一感应线圈层中感应线圈旋进的初始端和最后一感应线圈层中感应线圈的结束端分别作为所述感应探头的差分信号端
±
ε(t)，所有相连的感应线圈长度的中点作为所述感应探头的中间抽头。5.如权利要求3所述的一种磁场纹波测量装置，其特征在于，所述后继电子学系统包括差分放大模块和积分模块；所述差分放大模块用于对所述感应探头输出的差分信号进行差分放大后，输出到所述积分模块；所述积分模块用于对所述差分放大模块输出的信号进行积分处理，得到与纹波频率无关、正比于纹波幅度的输出信号。6.如权利要求5所述的一种磁场纹波测量装置，其特征在于，所述差分放大模块包括仪表放大器、第一保护电阻、第二保护电阻、第一取样电阻、第二取样电阻、第一高频信号滤除电容、第二高频信号滤除电容、拨档电阻；所述仪表放大器的正极输入端上设置有第一保护电阻、第一取样电阻和第一高频信号滤波电容，且所述第一保护电阻的另一端与所述感应探头的差分信号端 ε(t)连接，所述第一取样电阻和第一高频信号滤波电容的另一端接地；所述仪表放大器的负极输入端与正极输入端结构对称，其上设置有第二保护电阻、第二取样电阻和第二高频信号滤波电容，且所述第二保护电阻的另一端与所述感应探头的差分信号端-ε(t)连接，所述第二取样电阻和第二高频信号滤波电容的另一端接地；所述仪表放大器的增益调节端与所述拨挡电阻相连，用于调节所述仪表放大器的放大倍数；所述仪表放大器的输出端作为所述差分放大模块的输出端与所述积分模块连接。7.如权利要求5所述的一种磁场纹波测量装置，其特征在于，所述积分模块包括运算放大器、第一电压-电流转换电阻、第二电压-电流转换电阻、隔直电容、第一～第四接地保护
电阻、积分电阻、积分电容、输出保护电阻；所述运算放大器的负极输入端作为所述积分模块的输入端，经所述第一电压-电流转换电阻、第二电压-电流转换电阻和隔直电容与所述差分放大模块的输出端相连，且所述第一电压-电流转换电阻和第二电压-电流转换电阻一端还分别经所述第一接地保护电阻和第二接地保护电阻接地；所述运算放大器的正极输入端通过所述第三接地保护电阻接地；所述运算放大器的输出端与负极输入端之间还设置有若干个并联所述积分电阻和积分电容，且所述运算放大器的输出端经所述输出保护电阻与相关显示设备连接，经所述第四接地保护电阻接地。8.一种磁场纹波测量方法，其特征在于，包括以下步骤：设置一磁场纹波测量装置，其包括感应探头和后继电子学系统；将所述感应探头的差分信号端与后继电子学系统的两个输入端对应连接，同时将后继电子学系统的输出端与显示设备连接；将感应探头放置在待测磁场内，待测磁场的变化纹波使得感应探头输出差分信号到后继电子学系统；后继电子学系统用于对差分信号进行差分放大、积分处理后得到与待测磁场纹波频率无关、正比于纹波幅度的输出信号；采样设备用于对输出信号进行处理，得到待测磁场的纹波测量结果。9.如权利要求8所述的一种磁场纹波测量方法，其特征在于，所述积分模块得到的测量结果为实时磁感应强度值与平均值之差：式中，b(t)为磁感应强度，b0是磁感应强度的稳定值，也是平均值；ω是纹波的某一频率，a
ω
是该频率纹波的幅度，是该频率纹波的相位，t是时间。

技术总结
本发明涉及一种磁场纹波测量方法及装置，其包括：感应探头和后继电子学系统；所述感应探头放置于待测磁场中，其采用具有中间抽头的感应线圈，且所述中间抽头两侧的感应线圈缠绕方向一致，当以所述中间抽头为测量基准时，待测磁场的纹波产生的感应电动势在所述感应线圈两端大小相等、极性相反，构成差分信号通过所述感应探头的差分信号端输出到所述后继电子学系统；所述后继电子学系统用于对所述差分信号进行差分放大、积分处理后得到与待测磁场纹波频率无关、正比于纹波幅度的输出信号。本发明可以广泛应用于各类大型磁场设备(如粒子加速器系统中的电磁铁)磁场纹波的测量领域。加速器系统中的电磁铁)磁场纹波的测量领域。加速器系统中的电磁铁)磁场纹波的测量领域。


技术研发人员：冯文天 薛迎利 于得洋
受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所
技术研发日：2022.05.06
技术公布日：2022/7/29