旋转线圈测量法测量BEPCⅡ对撞区超导磁铁磁场
加速器磁铁旋转线圈测量法的原理及程序设计
河南师范大学学报 ( 自然科学版 ) J our nal of H enan N or mal Univ er sity ( N atur al Science)
V ol . 35 N o. 4 N ov. 2007
文章编号 : 1000- 2367( 2007) 04- 0066- 05
2 2 n
= t an
- 1
( bn / an ) 分别
68
河南师范大学学报 ( 自然科学版 )
07 年
代表 2 n 极矩的强度和起始角度 . 实际上, 一种加速器磁铁只有 2 N 极矩很大. 如四极磁铁 , B 2 项最大 , 称之 为主极矩 , 其它项 B n 为高次谐波, 其相对于主极矩 B 2 是一个小量 , 约为 10 量级 . 因此, 我们可将 ( 1 ) 式变 为相对于 B 2 的归一化的磁场强度为[ 1] :
! - 4
B( z ) =
n= 1
Bn exp (- in n ) ( z ) n- 1 B2 R0
n
( 2)
对加速器多极磁铁磁场测量的目的就是得到主极矩 B N ( N = 1 , 2, 3) , 高次谐波 B n ( n> N ) 相对于主极矩 ( n= 2) 的相对含量 B n / B N , 以及各个高次谐波相对于零位的起始相位 线圈测量 , 并经过符立叶分析后, 得到磁通信号的主极矩
2
程序设计
旋转线圈测量的测量程序用 VC+ + 语言编写而成 , 有数据采集 , 数据处理 , 外围函数库和初始化头文
件等 . 程序界面采用下拉式菜单, 主操作界面为对话框 . 这里主要就数据采集和数据处理的程序设计方法进 行简要说明. 2. 1 数据采集
旋转单线圈智能磁场测量法
３．１ 电源幅值变化影响实验
利用该磁场测量装置和 ＷＹＰ－４ 型电源、７１５０ 型电
压表、ＧＰ／２Ｓ－Ｉ 型频率计作电源幅值变化影响实验。保
证电源输出电压频率不变，调节其输出电压幅值，观
察测量值的读数变化。输出电压用 ７１５０ 型表监视，得
到的实验结果如表 １ 所示。
表 １ 电源幅值变化影响实验结果
选择温度系数小、不易变形的材料制作成线圈骨架。
前端微电机采用异步电动机。为了减小细长轴的 机械振动、电刷和滑环之间的火花干扰和磨损，同时
在满足公式（１）的条件下，用细铜导线制成 Ｄ２ 为 ５ｍｍ 的测量线圈。
为了让线圈感应电动势的频率和电源频率错开，以避 １．１．２ 自动量程切换电路设计
免电源对信号的干扰，电机的转速不宜太高，一般选
＋１５ＶＪ１ １ ２ ３
－１５Ｖ ＣＯＮ３
＋５Ｖ Ｊ２ １ ２ ＣＯＮ２
＋１５Ｖ Ｌ１
９ １０ １１ １２ １３ １４ １５ １６
９８ １０ ７ １１ ６ １２ ５ １３ ４ １４ ３ １５ ２ １６ １
８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １
Ｐ Ｐ Ｐ Ｐ
Ｃ１４ ＋５Ｖ Ｒ３７ １ Ｆ
５１ｋ
Ｃ１５ ２２ Ｆ
在结构上，对电机采用了防磁干扰措施。感应法 并且自动选择、控制放大器的放大倍数，以实现高、
测磁场不是测量某点的磁场值，而是测量线圈范围内 中、低 ３ 档的测量。
的平均值。如果被测磁场是非均匀的，便会引入误差。
量程切换部分选用了一组精密绕线电阻作为分压
这一问题可以通过减小线圈尺寸提高分辨力得到解决， 电阻，选用导通电阻小、断开电阻大的电磁继电器作
软件设计主流程图如图 ４ 所示。
４４
２００６ 年第 １０ 期
【检测技术】磁场的测量
磁通门磁强计
磁通门磁强计的使用
ext (t ) NS H ext (t ) 2n2nm sin 2nt
n 1
双铁芯探头，初级线圈反向串联，感应线圈同向串联。 1、理论上，没有灵敏阈极限：10－11 T ～ 10－12 T； 2、技术上，抑制噪声是提高分辨力的关键； 3、具有矢量响应特性，多探头系统； 4、强场测量范围存在原理性限制，有待提高；
Hall效应磁场传感器
Hall效应：E. H. Hall，1879年
E. H. Hall, Amer. J. Math., 2 (1879), 287
RHall Ix B d
d RHall I x
1 ne
U Hall
B KU Hall
B0
K
UHall
d
Ix
z
L
RHall
适用于弱磁场：10－16 T（1 km）
ext (t ) NS H ext (t ) 22m sin 2t 44m sin 4t 66m sin 6t
d NS H ext (t ) 0m 2m cos 2t 4m cos 4t 6m cos 6t dt
1 2 3 2 5 2
ext(t)：由环境磁场感生的电动势，含有偶次谐波分量
d d ext (t ) NSH ext (t ) (t ) (t ) NS H ext (t ) dt dt
磁通门磁(场)强(度)计
磁通门
d d ext (t ) NSH ext (t ) (t ) (t ) NS H ext (t ) dt dt
超导量子干涉器件
Josephson效应与Josephson结
超导材料的磁性测试方法
超导材料的磁性测试方法引言：超导材料是一种特殊的材料，具有零电阻和完全抗磁性的特点。
超导材料的磁性测试是评估其超导性能的重要手段之一。
本文将介绍几种常用的超导材料磁性测试方法，包括磁化率测量、磁滞回线测量和交流磁化测量等。
一、磁化率测量磁化率是描述材料对外加磁场响应的物理量。
在超导材料中，磁化率的测量可以用来评估其抗磁性能。
常用的磁化率测量方法包括静态磁化率测量和交流磁化率测量。
1. 静态磁化率测量静态磁化率测量是通过在超导材料中施加静态磁场并测量其磁化强度来获得磁化率的方法。
一种常用的测量方法是使用超导量子干涉仪(SQUID)。
SQUID是一种高灵敏度的磁场测量仪器，可以测量非常微小的磁场变化。
通过在SQUID中放置超导材料样品，并在样品附近施加静态磁场，可以测量样品的磁化强度。
通过改变施加的磁场大小和方向，可以得到不同条件下的磁化率。
2. 交流磁化率测量交流磁化率测量是通过在超导材料中施加交变磁场并测量其交变磁化强度来获得磁化率的方法。
一种常用的测量方法是使用交流磁化率测量系统。
该系统通过在超导材料样品附近施加交变磁场，并测量样品的交变磁化强度，从而得到样品的交流磁化率。
交流磁化率测量可以提供关于超导材料的动态磁性响应的信息。
二、磁滞回线测量磁滞回线是描述材料磁化过程中磁化强度与外加磁场之间关系的曲线。
在超导材料中，磁滞回线的测量可以用来评估其磁场抗性能。
常用的磁滞回线测量方法包括振荡磁强计法和霍尔效应法。
1. 振荡磁强计法振荡磁强计法是一种通过测量磁滞回线上不同位置的磁场强度来获得磁滞回线的方法。
该方法利用振荡磁强计对超导材料样品施加交变磁场，并测量样品上不同位置的磁场强度。
通过改变施加的交变磁场的幅值和频率，可以得到不同条件下的磁滞回线。
2. 霍尔效应法霍尔效应法是一种通过测量超导材料样品上的霍尔电压来获得磁滞回线的方法。
该方法利用霍尔效应传感器对超导材料样品施加交变磁场，并测量样品上的霍尔电压。
物理实验技术中的磁场测量技巧与方法
物理实验技术中的磁场测量技巧与方法物理实验中的磁场测量技巧与方法引言：物理实验中，测量磁场是一项重要的任务，因为磁场是影响物质运动和相互作用的关键要素之一。
在本文中，我将介绍一些常见的磁场测量技巧与方法，以帮助读者更好地理解并应用于物理实验中。
一、霍尔效应测量磁场霍尔效应是指当通过一块导电材料时，垂直于磁场的方向施加电流，会在材料中产生电势差。
通过测量这个电势差，可以计算出磁场的大小。
霍尔效应测量磁场的优点在于不需要直接接触物体，而且测量结果具有较高的精度。
二、法拉第感应测量磁场法拉第感应原理是指当通过一根导线时，磁场改变会在导线中产生感应电动势。
根据感应电动势的大小，可以计算出磁场大小。
常见的法拉第感应测量磁场的方法有法拉第转动盘和法拉第杆。
三、磁力线示磁场分布磁力线可以用来表示磁场的分布情况，通过沿着磁力线的路径，可以观察到磁场的强弱和方向的变化。
常见的磁力线示磁场分布的方法有使用铁粉或铁屑散布在磁场中，观察其排列情况。
四、磁力计测量磁场磁力计是一种测量磁场的常见仪器，它可以通过测量被测体受到的磁力大小来计算磁场的强度。
磁力计的原理基于洛伦兹力的作用，通过测量受到的力和被测体的参数，可以计算出磁场的大小。
五、电阻测量法测量磁场电阻测量法是一种利用磁场对电导体电阻的影响来测量磁场的方法。
在磁场中，电导体的电阻会随磁场的变化而改变。
通过测量电导体在不同磁场下的电阻，可以计算出磁场的大小。
六、干涉法测量磁场干涉法是一种测量磁场的非接触方法，它利用两束光波在磁场中的相位差来计算磁场的强度。
干涉法可以用于测量静态磁场和交变磁场，具有较高的分辨率和灵敏度。
七、磁标测量法测量磁场磁标测量法是一种通过测量磁标受到的力矩来计算磁场的大小和方向的方法。
磁标通常是一个带有两端磁极的磁针或磁铁，当放置在磁场中时，会受到力矩的作用。
通过测量力矩和磁标的参数，可以计算出磁场的强度和方向。
总结：在物理实验中，磁场的测量是一项重要的任务。
高中物理实验中的磁场测量方法
高中物理实验中的磁场测量方法磁场是我们周围存在的一种自然现象，同时也是物理学中重要的概念之一。
在高中物理实验中，测量磁场是一个常见且重要的任务。
本文将介绍关于高中物理实验中的磁场测量方法。
在高中物理实验中，常用的磁场测量方法主要有磁力计法、环形线圈法和霍尔效应法。
这些方法可以帮助我们准确地测量磁场的强度和方向。
首先，磁力计法是最常用的磁场测量方法之一。
它基于法拉第电磁感应定律，通过测量磁场对单位长度磁体所产生的力来计算磁场的强度。
实验中，我们可以使用弹簧秤或天平来测量磁力的大小，然后再根据实际情况进行计算。
例如，我们可以通过将磁铁放在水平面上然后向重力竖直向上的方向拉伸一个簧秤，再改变磁铁的位置和簧秤的读数，观察力的变化，从而计算出磁场的强度。
其次，环形线圈法也是常用的磁场测量方法之一。
该方法利用环形线圈中的感应电流来测量磁场的大小。
具体实验步骤是，将环形线圈放置在磁场中，然后通过变频器或电源输入交流电流，观察万用表的电流读数。
根据安培力学定律和麦克斯韦方程组来计算磁场的大小。
这种方法适用于磁场强度相对较强的情况下。
此外，还有一种常见的方法是使用霍尔效应测量磁场。
霍尔效应是指当电流通过一块导电材料时，由于磁场的作用，导致材料中产生横向电势差的现象。
实验中，我们可以使用霍尔效应传感器将导线放入磁场中，然后测量产生的电势差，通过一系列公式来计算磁场的大小。
这种方法适用于空间中任何方向的磁场测量。
总结起来，高中物理实验中常用的磁场测量方法包括磁力计法、环形线圈法和霍尔效应法。
磁力计法通过测量磁场对单位长度磁体所产生的力来计算磁场的强度；环形线圈法利用环形线圈中的感应电流来测量磁场的大小；霍尔效应法利用霍尔效应传感器测量产生的电势差来计算磁场的大小。
这些方法可以帮助学生在物理实验中准确测量磁场的强度和方向，进一步理解和探索磁场的性质和规律。
需要注意的是，在进行实验时要遵守实验安全规范，合理操作，确保实验的准确性和安全性。
旋转的线圈实验原理讲解
旋转的线圈实验原理讲解
旋转线圈实验是一种基于法拉第电磁感应定律的实验，用于观察和研究电磁感应现象。
实验装置由一个可以旋转的线圈和一个恒定磁场组成。
线圈通常由绕有导线的绕线框架构成，并固定在一个轴上。
磁场可以通过一个恒定的磁铁或电磁铁来产生。
实验中，当线圈以一定的角速度绕轴旋转时，线圈内的导线将穿过磁场。
根据法拉第电磁感应定律，当导线切割磁场线时，会在导线两端产生一个感应电动势，导致电流的产生。
线圈旋转时，导线在与磁场线交叉的地方切割磁场线，切割的磁场线越多，感应电动势就越大。
感应电动势的大小与线圈的转速、导线的长度和磁场的强度有关。
当导线接入一个外部电路时，感应电动势将导致电流在电路中流动。
根据安培环路定律，电流通过线圈时将产生一个磁场，这个磁场与线圈原先所在的磁场相互作用，产生一个力矩。
由于线圈是可旋转的，这个力矩将使线圈继续旋转。
通过改变线圈的旋转速度、导线的长度、磁场的强度等条件，可以观察到电流的变化，进而研究电磁感应现象的规律。
旋转线圈实验可用于测量磁感应强度、研究磁场分布和电动势的产生规律等。
它
在电磁学和实验物理中有着广泛的应用。
高中物理实验测量电磁感应的方法与实验解释
高中物理实验测量电磁感应的方法与实验解释电磁感应是物理学中一个重要的概念，它揭示了电流与磁场之间的相互作用关系。
在高中物理课程中，测量电磁感应的方法是实验课上必不可少的一部分。
本文将介绍几种常用的测量电磁感应的方法，并对实验结果进行解释。
一、旋转磁铁实验法旋转磁铁实验法是一种常见的测量电磁感应的方法。
实验所需材料有一根长导线、一个磁铁和一个离心计。
实验步骤如下：1. 将磁铁固定在转轴上，置于离心计的中心位置。
2. 将一根长导线与离心计相连接。
3. 使离心计匀速旋转。
4. 观察离心计上是否有电流流过。
实验解释：当离心计以一定速度旋转时，磁铁也会随之旋转。
根据法拉第电磁感应定律，导线在磁场中穿过磁力线时，会产生电动势，并产生电流流过。
因此，如果离心计上存在电流流过，则说明导线在磁场中感应出电动势。
二、螺线管实验法螺线管实验法是另一种常用的测量电磁感应的方法。
实验所需材料有一个螺线管、一个磁铁和一个电流表。
实验步骤如下：1. 将螺线管固定在导轨上，使其能够自由运动。
2. 在导轨的一端放置一个磁铁。
3. 使螺线管在导轨上移动，观察电流表的读数变化。
实验解释：当螺线管在磁场中运动时，磁场的变化会导致磁通量的变化。
根据法拉第电磁感应定律，磁通量的变化会引起螺线管中感应出的电动势，并通过电流表流过。
因此，通过观察电流表的读数变化，我们可以得出螺线管在磁场中感应出电动势的情况。
三、双线圈实验法双线圈实验法是一种更为精确的测量电磁感应的方法。
实验所需材料有两个线圈、一个电源以及一个示波器。
实验步骤如下：1. 将两个线圈互相穿插放置，形成一个双线圈系统。
2. 在一个线圈上接通电源，通过改变电源的电流强度，观察示波器中的电压信号变化。
实验解释：当在一个线圈中通电时，会产生磁场。
双线圈系统中的另一个线圈位于这个磁场中，磁场的变化会引起另一个线圈中感应出的电动势。
通过观察示波器中的电压信号变化，我们可以得出双线圈系统中感应出的电动势的情况。
圆线圈磁场的测绘[1]
圆线圈磁场的测绘[1]圆线圈磁场的测绘小的通电线圈称磁偶极子，是研究磁场性质的有用工具，是磁学中典型的物理模型。
通常用以提供磁场的螺线管也就是多个线圈磁场叠加，各种形状线圈在磁场中的受力都基于磁偶极子受磁力矩的原理及特点来研究，因而研究圈线圈磁场分布有重要的实际意义。
磁场和以磁场为基础的器件、仪器被广泛用于科学研究和工业的各种部门，许多现代技术如宇宙航行、高能加速器、计算机、核磁共振、超导、生物医学、地磁学等，都与磁场测量有关联。
实验目的1、研究载流线圈轴线上磁场的分布，加深对毕奥—萨伐尔定律的理解；2、掌握感应法测磁场的原理和方法；3、考察亥姆霍兹线圈的磁场均匀区，验证磁场叠加原理。
实验仪器亥姆霍兹线圈，低频信号发生器，MF-20型万用表，探测线圈，直角坐标纸等。
实验原理一、载流圆线圈轴线上的磁场分布设圆线圈半径为R，匝数为N，在同电流I 时，线圈轴线上一点P的磁感应强度B等于（1）式中为真空磁导率，x为P点坐标，原点在线圈中心。
二、亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布亥姆霍兹线圈是由一对半径R、匝数N均相同的圆线圈组成，两线圈平行共轴、半径R 和匝数N均相等，线圈间距离正好为半径R。
取二线圈连线的中心为坐标原点O，则当给二线圈通以同方向、等大小的电流I时，它们对轴线上任一点P产生的磁场方向将一致，P点的磁场为两线圈分别在该处产生的磁场的叠加，大小为（2）在处（3）在和处，Bx的相对差异约为0.012%，因此，在原点O附近的磁场非常均匀。
三、磁场的测量磁感应强度是一个矢量，对它的测量既要测大小，又要测方向。
测磁场的方法很多，在此实验中是用试探线圈去测交变磁场。
如图1所示：给一圆线圈（在此使用亥姆霍兹线圈的一支）通以某一频率的正弦交流电。
将探测线圈接到晶体管万用表的交流毫伏档。
用交流毫伏表测量磁感应强度时，显示值U为磁感应强度的有效值，轴线上任一点x处测得的U 值与圆线圈中心x=0处测得的U0之比有如下关系（4）说明式子（1）是正确的。
常用磁场测量方法全文
1946年布洛赫和柏塞尔同时发明核磁共振技术，因此共获1952年诺贝尔物理学奖。 这种方法测量准确度可达 ，非常适合磁场的精密测量，广泛应用于生物医学。 电子顺磁共振中，因电子的磁旋比 比质子的大660倍，可测极微弱的磁场。
H
B
T1
T2
（三）霍耳效应法
1879年，美国霍普金斯大学二年级研究生霍耳发现霍耳效应。
I
B
f
f
b
dvBiblioteka U=RIB/dfeE , f=eVB R=±1/ne
1959年第一个商品化的霍耳器件问世， 1960年就发展成近百种成为通用型的测量 仪器，测量范围 的恒磁场或高频 磁场，误差 ，尤其适合小间隙空间 测量。
检测线圈旋转, 振动 （发电机原理法） 1. 单线圈旋转 2. 单线圈振动 3. 双线圈旋转 4. 双线圈振动
（二）磁通门法
1930年出现利用磁性材料饱和特性的磁通门法，用于探矿，军事，航天等领域，主要测10高斯以下弱磁场。
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U
K1
2
1
3
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-
1
2
3
V+
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对 撞 点 两 侧 各 有 １ 超 导 磁 铁 ， 块 都 包 含 有 聚 焦 磁 铁 Ｓ Ｑ、 平 偏 转 磁 铁 Ｓ Ｂ Ｈ Ｃ、 直 校 正 子 块 每 Ｃ 水 Ｃ／ Ｄ 垂
ＶＤ 、 四极 子 Ｓ Ｃ斜 ＫＱ 及 反 螺 线 管 Ａ ｓ等功 能 磁 铁 。利 用 旋转 线 圈 的测 量 方 法 对 Ｓ Ｑ、Ｃ ／ Ｃ ＶＤ Ｃ Ｓ Ｂ ＨＤ 、 Ｃ、 Ｓ ＫＱ 等进 行 测 量 ， 了解 其 积 分 场 、 次 谐 波 及 沿束 流运 行 方 向 的 局 部 磁 场 。通 过 与 Ｂ Ｌ 在垂 直 杜 瓦 中 高 Ｎ 的 测 量 结果 进 行 的 比较 可 知 ， 次 谐 波 测 量 结果 差 别 不 大 ； 张力 线 的 比较 可 知 ，Ｃ 及 Ｓ Ｂ的 主 极 矩 高 与 ＳＱ Ｃ
Ｍ ａ ｎ ｔｃＦ ｅｄＭ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｏ ｇ ｅｉ ｉｌ ａ ｕ ｅ ｎ ｆＢＥＰ Ⅱ Ｃ
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彭全岭， 周建新， 任芳林， 贵， 岚， 尹宝 董 倪淦林， 孙志锐， 藜， 李 张 卓， 梅， 温雪 阮玉芳， 薛纪钦， 翟纪元， 鲲， 吕 彭月梅， 逗， 王 孙一鹏，
张久昶， 邓昌东， 梅， 福三， 沅， 杨 陈 陈 于程辉， 吴英志
（ 中国 科 学 院 高 能 物理 研 究 所 ， 京 １０ ４ ） 北 ０ ０ ９
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第 ４ 卷第 ５ ４ 期
２１年 ５ ０ ０ 月
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旋 转 线 圈测 量 法 测 量 Ｂ Ｐ Ｅ ＣＵ 对 撞 区超 导 磁 铁 磁 场
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偏差小于 ３ ０ 。 ×１ － 。表 明提 出 的计 算 方 法 可 进行 磁场 的绝 对 测 量 。
关 键 词 ： 导 磁 铁 ； 转 线 圈 ； 线 圈 ； 抵 线 圈 超 旋 主 反
中 图 分 类 号 ： Ｌ ０ ． Ｔ ５３ ８ 文献 标 志 码 ： Ａ 文 章 编号 ：０ ０６ ３ （ ０ ０ ０ — ６ ７０ １ ０ — ９ １ ２ １ ） ５０ １ － ６
摘 要： 北京 正负 电子 对 撞 机 二 期 工 程 （ Ｅ ＣⅡ） 的超 导 磁 铁 用 来 提 高 Ｂ Ｐ ＢＰ 中 Ｅ ＣⅡ的 对 撞 亮 度 ， 对 闭 轨 并 和耦 合 进 行 校 正 。超 导 磁 铁 要 尽 可 能 靠 近 对撞 点 （Ｐ ， 浸 泡 在 １０Ｔ 的探 测 器 Ｂ Ｓｌ 线 管磁 场 中 。 Ｉ） 并 ． Ｅ Ｉ螺 ｌ