亥姆霍兹线圈Helmholtz Coil设计案例介绍 亥姆霍兹 新磁
Comsol经典实例018：亥姆霍兹线圈中的磁场
在 COMSOL Multiphysics 5.5 版本中创建Comsol经典实例018：亥姆霍兹线圈中的磁场亥姆霍兹线圈是相互平行的一对相同的圆形线圈，它们之间相隔一个半径并进行缠绕，从而使电流沿相同的方向流过这两个线圈。
这种绕组在两个线圈之间产生均匀磁场，其主分量与这两个线圈的轴平行。
亥姆霍兹线圈的应用范围包括消除地球磁场，产生磁场用于实验以及需要这种磁场的各种应用。
亥姆霍兹磁场的产生可以是静态的时变直流或交流磁场，具体取决于应用领域。
一、案例简介亥姆霍兹线圈是一对大小相同、相距一个半径长度的圆形平行线圈，两个线圈内的电流方向相同，如图1所示。
这种绕组在两个线圈之间产生均匀磁场，其主分量与两个线圈的轴平行。
均匀磁场是平行于线圈轴的两个场分量之和与垂直于同一轴的分量之差的结果。
此装置的目的是便于科研人员和工程技术人员执行需要已知环境磁场的实验和测试。
产生的亥姆霍兹场可以是静态、时变直流或交流，具体取决于应用。
具体应用包括为某些实验消除地球磁场；产生磁场以确定电子设备对磁场的磁屏蔽效果或磁化率；校准磁力计和导航设备以及生物磁学研究。
二、模型定义该 App 通过“三维磁场”接口构建。
模型的几何结构如图 2 所示。
图 1亥姆霍兹线圈图 2 模型几何结构三、域方程假设为静态电流和磁场，磁矢势A 必须满足以下方程：其中：μ是磁导率，J e 表示外加电流密度。
磁场H 、磁通密度B 和电势之间的关系由下式给出:该模型使用真空磁导率，即μ=4π×10-7 H/m 。
使用线圈的均质模型计算外部电流密度，每个线圈由10 匝导线组成，并由0.25 mA 的电流激励。
指定两个线圈的电流平行。
四、结果与讨论图3显示了线圈之间的磁通密度。
在线圈之间的区域中，磁通量相对均匀，这种均匀性是亥姆霍兹线圈的主要属性，通常也是我们所需要的特征。
图 3 切面图显示了磁通密度。
箭头表示磁场 (H) 强度和方向五、建模操作Step01：: 在新建窗口中，单击模型向导。
亥姆霍茲線圈磁場-物理學系-國立清華大學
實驗：亥姆霍茲線圈磁場(Magnetic fields of Helmholtz coil)編者：國立清華大學物理系戴明鳳編撰日期：99年01月20日一、目的：環形亥姆霍茲線圈對(Helmholtz coil pair)和螺旋線圈(solenoidal coil；又稱螺線管)常被用以提供實驗時所需的均勻磁場，本實驗探討環形亥姆霍茲線圈所產生的磁場在空間中的分佈和均勻度變化。
二、原理：1. 何謂亥姆霍茲線圈？亥姆霍茲線圈是為紀念德國物理學家赫門⋅梵⋅亥姆霍茲(Hermann von Helmholtz)而得名，亥姆霍茲線圈的基本結構如圖1所示，是由兩個結構、大小完全相同的環形線圈組合而成，兩線圈以共軸方式配對架設，並使兩線圈之中心點間的距離等於環形線圈的半徑R 。
線圏內通入相同方向、相同大小的電流；如此可使兩環形線圈的中間區域內，獲得均勻的磁場(以下簡稱均場)。
因由雙線圈所組成，故也稱為亥姆霍茲線圈對。
亥姆霍茲線圈(對)的結構要求：1.兩個完全相同的環形線圈(線圈半徑為R)2.通過線圈圓心的兩垂直中心軸共軸3.兩線圈的中心點距離＝線圈半徑，可使磁場的不均勻度最小。
圖1 亥姆霍茲線圈對(Helmholtz coil pair)的結構圖，由兩個完全相同的環形磁性線圈共軸且對稱地座落在實驗空間的左右兩側，並使兩線圈之中心點間的距離等於環形線圈的半徑R 。
以下簡單探討單一線圈和雙線圈組所產生的磁場強度在空間中的變化。
2. 繞有N圈回路的單一場線圈如圖2所示，對於由N圈回路線圈纏繞成半徑為R 的單一場線圈，在通過線圈中心之垂直軸上的磁場(on-axial magnetic field)為x R x NIR B 232220)(2+=μ (1)上式中μ0 = 4π⨯10-7 T ⋅m/A = 1.26⨯10-6 T ⋅m/A 為真空或自由空間的導磁係數(permeability)， I 為線圈中流通的電流(以安培，A ，為單位)，x 為距線圈中心之垂直距離(以公尺為單位)，ˆx為軸向的單位向量。
亥姆霍兹线圈 赫姆霍兹线圈 新磁
亥姆霍兹线圈地磁补偿系统线圈配置
用户配置三维模拟地磁亥姆霍兹线圈，需要将所产生磁场的维数、均匀区的大小以及对均匀度的要求三个条 件告知我们公司。公司将对实际要求进行模拟地磁系统的设计。空间允许采用传统结构设计线圈，空间受限 制可加补偿线圈节约线圈所占用的空间。
亥姆霍兹线圈地磁补偿系统磁场发生与控制
采用数字程控的高精度线性恒流电源对一体化三维亥姆霍兹线圈进行供电，产生高稳定的均匀磁场。系统中 配置单维或三维磁通门磁强计对磁场进行检测，通过RS232标准串行接口可与计算机连接，操作软件可直接 对用户所需要的磁场直接控制，可以模拟任意大小、任意方向的磁场。 电源指标：根据用户要求配备高精度程控恒流电源，电流最小步进可达到0.1mA。
一维赫姆霍兹线圈
磁场0-18.5Gs。
. 磁场发生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， 但磁场值比较弱的磁场。用户可以利用这个磁场 来完成各种实验和模拟微弱磁场。其主要应用：地球磁场的 抵消、判定磁屏蔽效应、电子设备的磁化系数、磁通门计和 航海设备的校准、生物磁场的研究。
.
.
亥姆霍兹线圈地磁补偿系统典型案例（线圈空间受到限制）
用户设计要求：800mm800mm×800mm的均匀区，0.3%的均匀度，磁场强度1Oe。 采用传统的亥姆霍兹线圈，经Biot-Savart公式解析计算800mm800mm×800mm（如右图）的中心正方体区域 (9×9×9=729点)的磁场，园线圈直径要求达到5m以上方能满足要求，均匀度达到0.29%，如采用正方形线圈， 边长更是要求达到6.6m。均匀度达到0.27%。不能满足用户在层高3m的空间中安放。 采用我们独特的设计思路和精确的解析计算，将线圈设计为八边形线圈，配相应的补偿线圈，在 2600mm×2400mmX2200mm的空间，三个方向在800mm800mm×800mm立方体中，磁场均匀度分别为： 0.08%、0.19%和0.24%。
方形亥姆霍兹线圈
方形亥姆霍兹线圈
方形亥姆霍兹线圈（Square-loopHelmholtzcoil）是一种特殊的电磁能场，它由一对互相垂直的平面圆筒组成，这对圆筒的外表面绕着固定的线圈，中间电流的大小和方向由线圈的布置决定，一条导线一般被包围在其中，而电流可以自由地在此导线上流动，从而产生一种相对稳定且十分均匀的场磁。
方形亥姆霍兹线圈是一种实用性很强的磁场装置，它被用于磁场校准，电磁兼容测试，磁控系统的安装和维护，以及磁化现象研究等多项应用领域。
它能够模拟磁场的垂直，水平和旋转组合。
这在磁控系统的安装和维护方面非常有用，它可以准确地重建磁场方向，让磁控系统精确地实现控制的目的。
另外，方形亥姆霍兹线圈也可以用来测量磁场的强度和精确的垂直度，这非常适用于磁场校准和电磁兼容测试。
另外，方形亥姆霍兹线圈还可以用于研究磁化现象，它可以模拟几乎所有可能的磁场组合，可以精确地模拟提供的磁场输入，从而允许研究人员更好地进行研究。
瞬时的磁性测量也可以通过这种装置来完成，它能够有效地检测目标物体的磁性特性。
安装方形亥姆霍兹线圈也是一件很简单的事情，它只有两个部件，一个由支撑架上的导线组成，另一个是由外表面绕着固定的线圈，只需要简单地连接电源和负载即可完成安装。
但是，为了达到最佳效果，一定要确保负载电压和线圈的匹配，否则将得不到最佳的磁场精度。
总之，方形亥姆霍兹线圈是电磁能场的一种灵活有效的设备，它
的应用非常广泛，从磁场校准，电磁兼容测试，磁控系统的安装和维护，到磁化现象研究等都有着重要的价值。
方形亥姆霍兹线圈的安装也非常简单。
虽然它有一些限制，但它已经成为有效的电磁能场校准和测试工具，在很多领域中都受到了广泛的应用。
亥姆霍兹型线圈
亥姆霍兹型线圈
亥姆霍兹型线圈是一种电磁学实验仪器，由德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹于19世纪中叶发明。
它由两个相等半径的圆形线圈组成，通过电流在两个线圈上产生的磁场交互作用，可以产生一个恒定的磁场区域，这个磁场的方向垂直于线圈平面，并且磁场的大小是均匀的。
亥
姆霍兹型线圈可以用于磁学、电子学和核物理学等领域的实验研究中，是一种常见的基础实验仪器。
亥姆霍兹型线圈具有以下特点：
1. 磁场均匀性好：由于该线圈的结构和定位方式，使得两个线圈的磁
场强度和方向都非常均匀，可以提供一个大小和方向恒定的磁场区域，这种特点非常适合磁学和电子学的实验研究。
2. 实验操作简单：亥姆霍兹型线圈的操作方法非常简便，在实验研究
中非常容易操作，不需要过多的调整和操作技能，因此广泛用于科学
研究和教学实验室。
3. 精度高：由于磁场均匀性好，使得测量结果很精确，精度高可达
±0.2％以下，满足了研究需求。
4. 磁场稳定性好：亥姆霍兹型线圈所产生的磁场稳定性良好，不会受到外界的干扰和影响，具有很好的抗干扰性。
在实际应用中，亥姆霍兹型线圈主要用于测量和研究磁场，例如，测定磁通密度和磁感应强度等磁学参数；还可以用于电子束的导引和焦点控制、蒸发器磁场的制备等实验研究；同时，在核物理学领域也经常使用这种实验仪器。
总之，亥姆霍兹型线圈是一种非常重要的实验仪器，具有磁场均匀性好、实验操作简单、精度高、磁场稳定性好等突出特点，广泛应用于科学研究、教学实验和工业生产中。
亥姆霍兹线圈均匀磁场
亥姆霍兹线圈均匀磁场哎呀，今天咱们来聊聊亥姆霍兹线圈，听起来是不是很高大上，其实这玩意儿就像是个科学界的小魔术师，能把咱们周围的空间变得神奇又有趣。
你知道吗，这俩线圈一放，瞬间就能制造出均匀的磁场，简直就像是给空气中撒上一层神秘的魔法。
想象一下，电流流过的时候，就像是给线圈注入了生命，唤醒了那股神奇的力量。
真是个妙招，既可以用于实验室，也可以用于各种应用，真是一物多用的宝贝。
先来个简单的概念。
亥姆霍兹线圈其实就是两根平行放置的圆形线圈，间距适中。
只要在这俩圈里流点电，嘿，磁场就出现了。
真是神奇。
你要是站在中间，能感受到那种磁场的存在，仿佛置身于一个看不见的力量之中。
是不是有点像超能力的感觉？想想看，平时咱们在家里追剧，突然发现自己家有个隐形的超能力，不得了！不得不提一下这个磁场的均匀性，嘿嘿，这个可是个绝对的加分项。
一般来说，磁场可能不均匀，搞得人心里乱糟糟的，但亥姆霍兹线圈就能确保这个磁场的均匀，简直是完美主义者的代言。
就像咱们平时在做饭，如果盐放多了，菜就咸得没法吃，可要是调得刚刚好，那就成了美味。
亥姆霍兹线圈就是那种调料恰到好处的高手，让你的实验效果直接拉满。
这玩意儿在科研上可有着不小的贡献，很多实验都离不开它的帮助。
比如，在物理实验中，咱们可以利用它来研究一些粒子，探测那些看不见的微小东西。
哦，对了，听说过磁共振成像（MRI）吗？这也是离不开亥姆霍兹线圈的支持，能帮助医生更好地看清楚你身体里发生了什么，真的是非常有用。
想象一下，如果没有这些线圈，咱们的医疗水平可就跟不上了。
你还记得小时候玩过的那些小玩意儿吗？比如那个可以把纸卷成卷的机械装置。
亥姆霍兹线圈就像是那个机械装置，把电流的力量转化成了磁场的能量，嘿，这种转化可真是让人眼前一亮。
就像把一块石头变成了金子，谁不想在实验室里发掘点宝藏呢？再说说这玩意儿的构造。
线圈的材质、大小和电流的强度，这些都是决定最终效果的关键因素。
就像咱们喝茶，茶叶的种类、水温、浸泡时间都得恰到好处，才能泡出一杯香浓的茶。
亥姆霍兹线圈法
亥姆霍兹线圈法
亥姆霍兹线圈法是一种用于产生均匀磁场的方法，它由德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹于19世纪中期发明。
这种方法利用两个相互平行的线圈，它们的电流方向相反，且它们的半径相等，距离也相等。
这两个线圈的磁场可以相互抵消，从而产生一个均匀的磁场。
亥姆霍兹线圈法的应用非常广泛，它可以用于实验室中的物理实验，也可以用于医学成像、地球物理勘探等领域。
在物理实验中，亥姆霍兹线圈法可以用于研究磁场对物质的影响，例如研究磁性材料的性质。
在医学成像中，亥姆霍兹线圈法可以用于产生医学影像所需的磁场。
在地球物理勘探中，亥姆霍兹线圈法可以用于探测地下的磁性物质，例如矿物和石油。
亥姆霍兹线圈法的优点是产生的磁场非常均匀，这对于一些实验和应用非常重要。
但是，亥姆霍兹线圈法也有一些缺点。
首先，它只能产生静态磁场，不能产生变化的磁场。
其次，它只能产生平行于线圈轴线方向的磁场，不能产生其他方向的磁场。
最后，亥姆霍兹线圈法需要使用大量的电流，这会导致线圈发热和能源浪费。
亥姆霍兹线圈法是一种非常重要的物理实验和应用方法，它可以产生均匀的静态磁场，被广泛应用于物理实验、医学成像和地球物理勘探等领域。
虽然它有一些缺点，但是它的优点使得它成为了一种不可替代的方法。
三维圆形亥姆霍兹线圈
三维圆形亥姆霍兹线圈好啦，今天我们来聊聊三维圆形亥姆霍兹线圈。
这东西听起来可能有点让人头疼，不是吗？光是这名字就让人忍不住皱眉，怎么一听就像是某种高深的物理实验设备？放心，我保证这次我们不搞什么深奥的公式推导，也不跑什么复杂的数学，咱们用最简单的语言，一步步给你捋清楚。
三维圆形亥姆霍兹线圈就是一个用来产生均匀磁场的装置。
嗯，听起来是吧，似乎有点高大上，但其实它并不难懂。
你知道磁场吧？就是在电流流过导体时产生的那个“无形”的东西。
而亥姆霍兹线圈，正是一个可以在空间里制造出均匀磁场的小工具。
好啦，别心生恐惧，咱们慢慢来。
想象一下你拿着两个大大的圆形线圈，像是拿着两个巨大的甜甜圈，两个环形的物体，几乎完全一样。
然后，这两个甜甜圈一样的线圈，接通电流。
电流通过这些线圈时，它们就会制造出磁场。
这时候，你就可以在这两个线圈之间得到一个几乎完全均匀的磁场，这就是亥姆霍兹线圈的基本原理。
听起来是不是很酷？像是科幻电影里的神秘科技，实则不过是通过简单的电流和磁场相互作用，得到一个非常均匀的磁场。
然而，咱们刚才说的是圆形亥姆霍兹线圈，而“三维”又是个什么鬼？别着急，慢慢说。
三维这个概念，通俗点讲，就是咱们常见的空间，不仅仅是长和宽，还得有个高度。
要是光有一个平面上的均匀磁场，显然就只能影响到某一小片区域。
但如果咱们希望这个磁场能在三维空间中覆盖更广的区域，产生更稳定的效果，那就必须在每个方向上都设计得更精细一些，才能确保磁场不会因为某个小角度的偏差而变得不均匀。
简单来说，三维圆形亥姆霍兹线圈就是把这种“甜甜圈”的设计扩大了空间维度，确保它能在立体空间里更好地工作。
说到这里，或许你已经在脑海中勾画出一副亥姆霍兹线圈的模样了。
它看起来像是两个在同一平面上放置的圆环，电流通过后，产生一个“从中间穿过”的磁场。
更妙的是，这个磁场不管你在哪个位置，都差不多是一样强度的，不会像某些地方磁场太强、某些地方磁场太弱。
均匀，才是它的最大特点。
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新磁（上海）电子有限公司
三维线圈特点：磁场分别实现 X、Y、Z 轴向磁场，一般每轴磁场较低。特别适用于产生标准 磁场、地球磁场的抵消与补偿、地磁环境模拟、磁屏蔽效果的判定、电磁干扰模拟实验、霍 尔探头和各种磁强计的定标、生物磁场的研究及物质磁特性的研究。
Helmholtz 线圈规格参数
线圈型号 XMY30-50 XMY30-10 XMY30-2 XMY25-1000 XMY25-500 XMY25-300 XMY25-100 XMY25-50 XMY25-10 XMY25-2 XMY20-500 XMY20-300 XMY20-100 XMY20-50 XMY20-10 XMY20-5 XMY20-2 XMY15-300 XMY15-100 XMY15-50 XMY15-10 XMY10-200 XMY10-100 XMY10-50 XMY10-10
8 三维 3XMY20-1 线圈
三维线圈，磁场方向 X 轴、Y 轴、Z 轴相互正交， 每轴最高磁场强度 1.0Gs，最小平均直径 400mm， 均匀区球体Φ55mm，均匀度 0.1%，电源功率每轴 10W。
9 三维 线圈
10 三维 线圈
3XMY15-30 3XMY20-10
三维线圈，磁场方向 X 轴、Y 轴、Z 轴相互正交， 每轴最高磁场强度 30Gs，最小平均直径 300mm， 均匀区球体Φ40mm，均匀度 0.1%，电源功率每轴 120W。
均匀度 % 5 1 0.5 0.1
0.05 0.01
5 1 0.5 0.1 0.05 0.01 5 1 0.5 0.1 0.05 0.01 5 1 0.5 0.1 0.05 0.01 5 1 0.5 0.1 0.05 0.01 1 0.1 1 0.1 5 1 0.5 0.1 0.05 0.01 1 0.1 5 1 0.5 0.1 0.05 0.01 1
三维重量 （Kg）
38 11
138 32 14
54 28 22 15
38 24
20 13
新磁（上海）电子有限公司
XMY7-100 XMY7-50 XMY7-10
0.1
30
5
45
70
100
1
35
50
7
0.5
28
70
50
0.1
21
24~120
5
17
0.05
14
70
10
0.01
9.3
5~24
2
8
产品案例及图示
3 一维 XMY10-200 磁场方向水平，最高磁场强度 200Gs，平均直径
线圈
200mm，均匀区Φ30*30mm，均匀度 0.1%，电源功
率 200W。
4 一维 XMY20-10 线圈
磁场方向水平，最高磁场强度 10Gs，平均直径 400mm，均匀区Φ100*100mm，均匀度 1%，电源功 率 40W。
半径(mm) 300 300 300 250 250 250 250 250 250 250 200 200 200 200 200 200 200 150 150 150 150 100 100 100 100
中心磁场 (Gs) 50 10 2 1000 500 300 100 50 10 2 500 300 100 50 10 5 2 300 100 50 10 200 100 50 10
5 一维 XMY20-200 磁场方向水平，中心磁场强度：200Gs；磁场中心
线圈
均匀度：1*10-3；均匀区：Φ60*60mm；平均直径：
400mm；电源功率：700W（10A70V）
6 二维 2XMY20-100 磁场方向 X 轴、Z 轴相互正交，X 轴最高磁场强度
线圈
100Gs，Z 轴最高磁场 1Gs。最小平均直径 400mm，
80 200~520
60
40 40~65
26
100 20~32
60
100 8~10
60
100 660
75
60 220
45
30 110~330
20
75
21~42
45
66
50
200
40
100
30
20
50~180
10
50
10~24
一维重量 (Kg) 55 12 3.5 500 250 150 50 30 8 4 160 96 32 16 8 6 4 54 18 12 6 19 15 9 3.5
磁场方向 X 轴、Y 轴、Z 轴相互正交，每轴最高磁 场强度 10Gs，最小平均直径 400mm，均匀区球体 Φ100mm，均匀度 1%，电源功率每轴 64W。
新磁（上海）电子有限公司
11 三维 线圈
3XMY21-25
每维中心磁场强度：25Gs；磁场中心均匀度： 1*10-3；均匀区：Φ60*60mm；最小直径 420mm，最 大直径 650mm； 最高电源功率 300W
均匀区球体Φ55mm，均匀度 0.1%，X 轴电源功率
350W。
7 二维 2XMY11-240 磁场方向 X 轴、Z 轴相互正交，X 轴水平磁场可旋
线圈
转，X 轴最高磁场强度 240Gs，Z 轴最高磁场 240Gs。
最小平均直径 220mm，均匀区球体Φ30mm，均匀度
0.1%，X 轴电源功率 800W/2800W。
序 名称 号 1 一维
线圈
型号 XMY10-100
主要技术参数
产品图片
磁场方向水平，最高磁场强度 200Gs，平均直径 200mm，均匀区Φ30*30mm，均匀度 0.1%，电源功 率 200W。
2 一维 XMY10-10 线圈
磁场方向水平，最高磁场强度 10Gs，平均直径 200mm，均匀区Φ30*30mm，均匀度 0.1%，电源功 率 10W。
一维线圈特点：磁场空间开阔，磁场方向水平或垂直，可实现相对较高磁场，最高磁场可达 1000Gs。适用于产生标准磁场、霍尔探头和各种磁强计的定标、生物磁场的研究及物质磁特 性的研究。 二维线圈
二维线圈特点：磁场空间开阔，一般磁场方向为 X 轴向和 Z 轴向，二维可同时达到 100Gs。 适用于产生标准磁场、霍尔探头和各种磁强计的定标、生物磁场的研究及物质磁特性的研究。 三维线圈
均匀区球体直 每维功率范围
径（mm）
(W)
200
420
150
100 90-120
90
60 18~32
40
160 5000
125
100 2500
75
50 1600
33
160 600
125
100 300~620
75
50 60~110
33
160
125
12~18
80
2000
60
40
1000
26
130
100
350
12 一维 XMY50-1 线圈
磁场方向水平，最高磁场强度 1.0Gs，直径 1000mm， 均匀区Φ140*140mm，均匀度 0.1%，电源功率 40W。
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Helmholtz 亥姆霍兹线圈设计案例介绍
亥姆霍兹线圈，均匀区体积大，使用空间开阔，操作简便。可实现一维、二维、三维组合磁 场，可提供交、直流磁场，电流与磁场有很好的线性关系。适用于各研究所，高等院校及企 业做物质磁性或检测实验，应用于材料、电子、生物、医疗、航空航天、化学、应用物理等 各个学科，其主要用途：产生标准磁场；地球磁场的抵消与补偿、地磁环境模拟、磁屏蔽效 果的判定、电磁干扰模拟实验、霍尔探头和各种磁强计的定标、生物磁场的研究及物质磁特 性的研究。 一维线圈