本發(fā)明屬于生物醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種交變磁場發(fā)生裝置及交變磁場產(chǎn)生方法。

背景技術(shù)：

生物電磁學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，通過生物磁學(xué)研究，可以獲得有關(guān)生物大分子、細(xì)胞、組織和器官結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的信息，了解生命活動中物質(zhì)輸運(yùn)、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞過程中生物磁性的表現(xiàn)和作用。磁性納米粒子憑借表面積與體積比大、易于進(jìn)行生物功能化、光學(xué)對比性能好、可用外加磁場控制等優(yōu)點(diǎn)，成為了現(xiàn)代電磁醫(yī)學(xué)技術(shù)的主要載體。利用外加磁場控制磁納米粒子載體運(yùn)動，是現(xiàn)在電磁醫(yī)學(xué)技術(shù)的主要動力方式。例如：磁轉(zhuǎn)染中通過外加磁場控制磁納米粒子載體攜帶dna進(jìn)行基因轉(zhuǎn)染；床邊檢測中通過外加磁場控制磁納米粒子進(jìn)行微混合、分析物捕獲、標(biāo)記、清洗等。因此，各種磁場作用形式下的磁納米粒子團(tuán)聚、解聚、靶向等運(yùn)動行為也成為了研究熱點(diǎn)，特別是旋轉(zhuǎn)磁場和振蕩磁場作用下磁納米粒子的團(tuán)聚和解聚行為是研究難點(diǎn)。

在磁流體中，磁性納米粒子在均勻磁場作用下會沿磁場呈鏈狀分布；磁性納米粒子在振蕩磁場作用下呈鏈狀分布，并且磁性納米粒子鏈的方向沿磁場振蕩方向周期性變化；磁性納米粒子在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，單個粒子有自旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，成鏈粒子的粒子鏈跟隨旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)。研究不同磁場作用形式，不同磁場作用強(qiáng)度下磁性納米粒子的動力學(xué)行為，對磁性納米粒子在生物醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用具有十分重要的意義。

目前旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置主要有亥姆霍茲線圈、多極電磁鐵、旋轉(zhuǎn)永磁體等。中國專利cn102820118b“一種旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生系統(tǒng)及其旋轉(zhuǎn)磁場實現(xiàn)方法”公開了一種采用三組兩兩正交的亥姆霍茲線圈產(chǎn)生空間旋轉(zhuǎn)磁場的裝置，通過微控制器控制三路直流電源分別給三組亥姆霍茲線圈通以不同大小的直流電流，即可產(chǎn)生任意軸向的旋轉(zhuǎn)磁場。該裝置采用直流供電的方式，對電源要求低，但是從理論上來說其產(chǎn)生的磁場并不是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的磁場。中國專利cn102195369b“一種旋轉(zhuǎn)磁場電磁halbach陣列與控制方法”公開了一種采用電磁線圈組成halbach陣列產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的裝置，該裝置原理類似交流電機(jī)，使用電磁halbach陣列組成空間相位差為120°的三相對稱繞組，然后通三相對稱交流電流形成旋轉(zhuǎn)磁場，通過halbach陳列排布方式在一定程度上提高了工作區(qū)域的磁場強(qiáng)度，但是該裝置的線圈繞制和空間排布較為復(fù)雜，有一定的設(shè)計開發(fā)難度。這些采用亥姆霍茲線圈的磁場裝置磁場強(qiáng)度較低，一般最高只有十幾毫特斯拉，限制了這類裝置的廣泛應(yīng)用。利用多極電磁鐵產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，由于磁路間耦合難以控制和量化，其設(shè)計優(yōu)化復(fù)雜，在工作區(qū)域內(nèi)保證一定的磁場強(qiáng)度和均勻度難度較大。此外，目前利用電動機(jī)帶動永磁體旋轉(zhuǎn)的方式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的報道并不鮮見，但是利用永磁體產(chǎn)生磁場的磁場發(fā)生裝置，其磁場強(qiáng)度大小不可調(diào)節(jié)。

在磁性納米粒子行為操控研究中，需要磁場強(qiáng)度范圍達(dá)到上百毫特斯拉，目前雖然沒有對磁場均勻度提出明確要求，但是為了避免磁場梯度力的影響，磁場均勻度越高將會越有利于磁納米粒子行為的研究。綜上所述，亥姆霍茲線圈形式的磁場發(fā)生裝置雖然具有較高的磁場均勻度，但是在磁場強(qiáng)度上很難滿足磁納米粒子行為研究的要求；通過合理的設(shè)計多極磁鐵在磁場強(qiáng)度上雖然可以滿足要求，但是多極磁鐵的磁場均勻度難以保證，除此之外多極電磁鐵的優(yōu)化設(shè)計也較為復(fù)雜。永磁體形式的磁場發(fā)生裝置，由于其磁場輕度大小不可調(diào)節(jié)，因此不適用于磁納米粒子行為的研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種交變磁場發(fā)生裝置及交變磁場產(chǎn)生方法，旨在解決目前亥姆霍茲線圈類型交變磁場發(fā)生裝置磁場強(qiáng)度低和多級電磁鐵類型交變磁場發(fā)生裝置設(shè)計復(fù)雜且磁場均勻度低的問題。

本發(fā)明提供了一種交變磁場發(fā)生裝置，包括：兩極電磁鐵，螺線管線圈，第一磁場探測線圈，第二磁場探測線圈，兩相同步電流源，控制單元和相位檢測器；兩極電磁鐵包括：電磁鐵鐵軛，第一電磁鐵線圈和第二電磁鐵線圈，電磁鐵鐵軛的長邊平行于x軸且短邊平行于z軸設(shè)置；第一電磁鐵線圈和第二電磁鐵線圈分別繞制在電磁鐵鐵軛的兩個磁極上，且其位置關(guān)于yz平面對稱；螺線管線圈的軸線垂直于兩極電磁鐵平面，且螺線管線圈放置于兩極電磁鐵磁路的氣隙中；第一磁場探測線圈放置于所述螺線管線圈內(nèi)壁上，其軸線位于x軸上；所述第二磁場探測線圈放置于所述螺線管線圈的中心部位，其軸線位于y軸上；兩相同步電流源中a相輸出依次經(jīng)過相位檢測器，第二電磁鐵線圈和第一電磁鐵線圈形成第一回路，第一回路用于給第二電磁鐵線圈和第一電磁鐵線圈提供第一電流；兩相同步電流源中b相輸出依次經(jīng)過相位檢測器和螺線管線圈形成第二回路，第二回路用于給螺線管線圈提供第二電流；其中第一電流與第二電流相位相差90度；控制單元的相位信息輸入端與所述相位檢測器連接，控制單元的第一感應(yīng)電壓輸入端與第一磁場探測線圈連接，控制單元的第二感應(yīng)電壓輸入端與第二磁場探測線圈連接，控制單元的輸出端與兩相同步電流源的控制端連接；控制單元用于根據(jù)相位檢測器獲取的電流相位差、第一磁場探測線圈獲得的第一感應(yīng)電壓和第二磁場探測線圈獲得的第二感應(yīng)電壓進(jìn)行處理獲得用于調(diào)節(jié)兩相同步電流源中a相和b相的電流相位和幅值大小的控制信號；其中，坐標(biāo)系是標(biāo)準(zhǔn)的右手空間直角坐標(biāo)系，電磁鐵鐵軛氣隙的中心作為原點(diǎn)，電磁鐵鐵軛的長邊方向作為x軸方向，螺線管線圈的中軸線作為y軸，電磁鐵鐵軛的短邊方向作為z軸方向。

更進(jìn)一步地，螺線管線圈的中心位于坐標(biāo)系的原點(diǎn)處，螺線管線圈的中軸線位于坐標(biāo)系的y軸上。

更進(jìn)一步地，電磁鐵鐵軛為c字型結(jié)構(gòu)。

更進(jìn)一步地，電磁鐵鐵軛由硅鋼加工而成，所述電磁鐵鐵軛長度為200mm，寬度為100mm，截面積為20×20mm²；氣隙寬度為30mm。

更進(jìn)一步地，第一電磁鐵線圈和所述第二電磁鐵線圈均采用截面積為1mm²的銅線繞在電磁鐵鐵軛的磁極上，所述第一電磁鐵線圈和所述第二電磁鐵線圈的厚度為10mm，長度為60mm。

更進(jìn)一步地，螺線管線圈采用截面積為1mm²的銅線繞制，其高度為60mm，外徑30mm，內(nèi)徑為10mm；所述第一磁場探測線圈和所述第二磁場探測線圈采用外徑為0.05mm漆包線單匝繞制，其直徑為10mm。

本發(fā)明還提供了一種基于上述的交變磁場發(fā)生裝置的交變磁場產(chǎn)生方法，包括下述步驟：

通過控制單元設(shè)定磁場頻率f和磁場幅值b1，控制兩相同步電流源輸出頻率為f的a相和b相正弦電流，a相和b相正弦電流經(jīng)過相位檢測器后，由相位檢測器對a相和b相正弦電流的相位進(jìn)行判斷，并將結(jié)果反饋給控制單元，控制單元根據(jù)相位檢測器的檢測結(jié)果對兩相同步電流源發(fā)出相位調(diào)節(jié)指令，使a相和b相正弦電流相位差為90度；

兩相同步電流源的a相輸出對第一電磁鐵線圈與第二電磁鐵線圈的串聯(lián)提供電流激勵，在氣隙中產(chǎn)生x軸方向，大小正弦變化的磁場；

兩相同步電流源的b相輸出對螺線管線圈提供電流激勵，在螺線管線圈內(nèi)產(chǎn)生y軸方向，大小正弦變化的磁場；

第一磁場探測線圈和第二磁場探測線圈分別對x軸方向磁場和y軸方向磁場的幅值進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果反饋給控制單元，控制單元對兩相同步電源發(fā)出指令調(diào)節(jié)a相和b相電流使磁場幅值保持在設(shè)定的磁場幅值b1，從而在xy平面內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

更進(jìn)一步地，當(dāng)a相輸出正弦電流相位超前b相輸出正弦電流90度時，在螺線管線圈中心xy平面內(nèi)產(chǎn)生順時針旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁場；

當(dāng)b相輸出正弦電流相位超前a相輸出正弦電流90度時，在螺線管線圈中心xy平面內(nèi)產(chǎn)生逆時針旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。

本發(fā)明還提供了一種基于上述的交變磁場發(fā)生裝置的交變磁場產(chǎn)生方法，包括下述步驟：

通過控制單元設(shè)置振蕩磁場頻率f、振蕩磁場幅值b1和振動方向，并控制兩相同步電流源的a相輸出直流電流且b相輸出頻率為f的正弦電流，或者b相輸出直流電流且a相輸出頻率為f的正弦電流；

兩相同步電流源的a相輸出對第一電磁鐵線圈與第二電磁鐵線圈的串聯(lián)提供電流激勵，在氣隙中產(chǎn)生x軸方向的磁場；

兩相同步電流源的b相輸出對螺線管線圈提供電流激勵，在螺線管線圈內(nèi)產(chǎn)生y軸方向的磁場；

第一磁場探測線圈對x軸方向磁場的幅值進(jìn)行檢測或者第二磁場探測線圈對y軸方向磁場的幅值進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果反饋給控制單元，控制單元對兩相同步電源發(fā)出指令調(diào)節(jié)a相或者b相電流使磁場幅值保持在設(shè)定的磁場幅值b1；從而產(chǎn)生振蕩磁場。

更進(jìn)一步地，當(dāng)a相輸出直流電流，b相輸出正弦電流時，在螺線管線圈中心xy平面內(nèi)產(chǎn)生以x軸為對稱軸的，y軸方向上振蕩的振蕩磁場；

當(dāng)b相輸出直流電流，a相輸出正弦電流時，可在螺線管線圈中心xy平面內(nèi)產(chǎn)生以y軸為對稱軸的，x軸方向上振蕩的振蕩磁場。

通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用了螺線管和兩極電磁鐵相結(jié)合的磁體結(jié)構(gòu)，與亥姆霍茲線圈類型交變磁場發(fā)生裝置相比能夠取得產(chǎn)生的最大磁場強(qiáng)度高，產(chǎn)生同等磁場時能量消耗小的有益效果，與多級電磁鐵類型交變磁場發(fā)生裝置相比能夠取得優(yōu)化設(shè)計簡單、散熱性能好和磁場均勻度高的有益效果；由于采用了磁場探測線圈的反饋控制，能夠取得磁場控制精度高的有益效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施實例提供的交變磁場發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施實例提供的旋轉(zhuǎn)磁場示意圖；

圖3為本發(fā)明實施實例提供的y軸方向上振蕩的振蕩磁場示意圖。

在所附圖中，1為電磁鐵鐵軛，2為第一電磁鐵線圈，3為第二電磁鐵線圈，4為螺線管線圈，5為第一磁場探測線圈，6為第二磁場探測線圈，7為兩相同步電流源，8為控制單元，9為相位檢測器。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施實例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種交變磁場發(fā)生裝置，旨在解決現(xiàn)有亥姆霍茲線圈磁場發(fā)生裝置磁場強(qiáng)度不高，多極電磁鐵磁場發(fā)生裝置設(shè)計復(fù)雜均勻度較低的問題。本發(fā)明可以以產(chǎn)生適合于磁納米粒子行為研究的交變磁場，為磁納米粒子在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用做基礎(chǔ)。

本發(fā)明提供了一種交變磁場發(fā)生裝置，包括：電磁鐵鐵軛，第一電磁鐵線圈，第二電磁鐵線圈，螺線管線圈，第一磁場探測線圈，第二磁場探測線圈，兩相同步電流源，控制單元和相位檢測器；其中：電磁鐵鐵軛、第一電磁鐵線圈和第二電磁鐵線圈構(gòu)成了兩極電磁鐵。

作為本發(fā)明的一個實施例，電磁鐵鐵軛是c字型結(jié)構(gòu)，作為磁回路，第一電磁鐵線圈和第二電磁鐵線圈串聯(lián)連接，作為激勵。

電磁鐵鐵軛可以是由硅鋼加工而成，電磁鐵線圈和螺線管線圈由截面積為1mm²的銅線繞制，導(dǎo)線的線規(guī)根據(jù)集膚效應(yīng)、供電電流和加工難易程度適當(dāng)選擇。

集膚深度其中：f為電流頻率，μ為導(dǎo)線磁導(dǎo)率，ξ導(dǎo)線電導(dǎo)率?？紤]到導(dǎo)線利用率導(dǎo)線直徑應(yīng)小于2*δ。

本裝置實例中：最大頻率為200hz，經(jīng)計算集膚深度為4.7mm，所以導(dǎo)線直徑應(yīng)小于9.4mm；供電電流大約10a，根據(jù)銅線載流能力可選導(dǎo)線截面積大于等于1mm²；為了易于繞制本文選取截面積為1mm²的銅線。

本發(fā)明中，位置描述所采用的坐標(biāo)系是標(biāo)準(zhǔn)的右手空間直角坐標(biāo)系。兩極電磁鐵的氣隙中心和螺線管的中心位于坐標(biāo)系原點(diǎn)，電磁鐵鐵軛的長邊平行于x軸，電磁鐵鐵軛的短邊平行于z軸，螺線管線圈的中軸線為y軸。螺線管線圈軸線垂直于兩極電磁鐵平面放置于兩極電磁鐵磁路的氣隙中。分別對兩極電磁鐵和螺線管線圈施加直流激勵、交流激勵或者直流激勵和交流激勵的組合，可以產(chǎn)生均勻磁場、旋轉(zhuǎn)磁場和振蕩磁場，具體見下文敘述。

兩相同步電流源包括兩相可控電流輸出，可以控制其電流形式為直流或者交流，直流輸出時可控制電流大小和方向，交流輸出時可以控制電流頻率、幅值和相位。

第一磁場探測線圈和第二磁場探測線圈由漆包線繞制，可以分別探測x軸向和y軸向交變磁場幅值。為了保證探測線圈的靈敏度漆包線線徑一般小于等于0.1mm，綜合考慮繞制難度和本裝置要求，本文選用0.1mm線徑。

相位檢測器，當(dāng)兩相同步電流源輸出交流電流時可以檢測電流相位。

控制單元可以根據(jù)所設(shè)參數(shù)，第一磁場探測線圈、第二磁場探測線圈和相位檢測器的輸出信號控制兩相同步電流源電流的輸出形式和電流參數(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)中，產(chǎn)生可控旋轉(zhuǎn)磁場的方式是亥姆霍茲線圈和多極電磁鐵，但是這兩種方式都有明顯的缺陷。亥姆霍茲線圈的特性決定了這類磁場裝置磁場強(qiáng)度較低，一般最高只有十幾毫特斯拉，提高這類磁場裝置的磁場強(qiáng)度十分困難，限制了這類裝置的廣泛應(yīng)用。多極電磁鐵由于磁路間耦合難以控制和量化，其設(shè)計優(yōu)化復(fù)雜，在工作區(qū)域內(nèi)保證一定的磁場強(qiáng)度和均勻度難度較大。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用兩極電磁鐵和螺線管線圈組合的方式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，充分利用了螺線管線圈散熱性能好，磁場強(qiáng)度、均勻度高的優(yōu)點(diǎn)，同時又避免了多極電磁鐵設(shè)計的復(fù)雜性問題，通過反饋控制實現(xiàn)了磁場頻率和幅值大小都可調(diào)的旋轉(zhuǎn)磁場。此外，本裝置可產(chǎn)生但是不僅限于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。除了旋轉(zhuǎn)磁場外，還可以產(chǎn)生均勻磁場和振蕩磁場。

為了更進(jìn)一步的說明本發(fā)明實施實例提供的交變磁場發(fā)生裝置，現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生原理進(jìn)行闡釋。結(jié)合圖1，當(dāng)兩相同步電源7輸出電流為：

w為正弦電流角頻率。

考慮電磁鐵磁場效應(yīng)影響，設(shè)磁滯角為α，則x軸和y軸方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：

在xy平面內(nèi)有的磁場分布為：

由于磁滯角很小，所以可以忽略公式(3)右側(cè)括號項，即當(dāng)bx＝bycosα?xí)r，可在螺線管線圈中心xy平面內(nèi)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，如圖2所示。

現(xiàn)對振蕩磁場產(chǎn)生原理進(jìn)行闡釋。結(jié)合圖1，當(dāng)兩相同步電源7某一相輸出直流，另外一相輸出正弦電流時可產(chǎn)生振蕩磁場，例如：a相電流為直流，b相電流為正弦電流時，x軸和y軸方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：

在xy平面內(nèi)有的磁場分布為：

即在螺線管線圈中心xy平面內(nèi)產(chǎn)生以x軸為對稱軸的上下振蕩磁場，如圖3所示，最大方向角為atan(by/bx)。

現(xiàn)對均勻磁場產(chǎn)生原理進(jìn)行闡釋。當(dāng)a相電流為直流，b相電流也為直流時，x軸和y軸方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：

在xy平面內(nèi)有的磁場分布為：方向角為atan(by/bx)。

應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施實例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本實例中，電磁鐵鐵軛1是由硅鋼加工而成c型磁極，電磁鐵鐵軛長度為200mm，寬度為100mm，截面積為20×20mm²，氣隙寬度為30mm。第一電磁鐵線圈2和第二電磁鐵線圈3采用截面積為1mm²的銅線繞在電磁鐵鐵軛的磁極上，第一電磁鐵線圈2和第二電磁鐵線圈3的厚度為10mm，長度為60mm。螺線管線圈4采用截面積為1mm²的銅線繞制，其高度為60mm，外徑30mm，內(nèi)徑為10mm。第一磁場探測線圈5和第二磁場探測線圈6采用外徑為0.05mm漆包線單匝繞制，其直徑為10mm。

如圖1所示，本裝置位置描述所采用的坐標(biāo)系是標(biāo)準(zhǔn)的右手空間直角坐標(biāo)系，空間坐標(biāo)系包括原點(diǎn)、x軸、y軸和z軸；其中電磁鐵鐵軛氣隙的中心作為原點(diǎn)，電磁鐵鐵軛的長邊方向作為x軸方向，螺線管線圈的中軸線作為y軸，電磁鐵鐵軛的短邊方向作為z軸方向。

電磁鐵鐵軛的長邊平行于x軸且短邊平行于z軸設(shè)置；螺線管線圈4軸線垂直于兩極電磁鐵平面放置于兩極電磁鐵磁路的氣隙中；螺線管線圈4的中心位于坐標(biāo)系的原點(diǎn)處，螺線管線圈4的中軸線位于坐標(biāo)系的y軸上。第一電磁鐵線圈2和第二電磁鐵線圈3分別繞制在電磁鐵鐵軛的兩個磁極上，其位置關(guān)于yz平面對稱。第一磁場探測線圈5放置螺線管線圈4內(nèi)壁上，其軸線位于x軸上。第二磁場探測線圈6放置在螺線管線圈4中心部位，其軸線位于y軸上。

兩相同步電流源7中a相輸出依次經(jīng)過相位檢測器，第二電磁鐵線圈3和第一電磁鐵線圈2形成第一回路，第一回路用于給第二電磁鐵線圈3和第一電磁鐵線圈2提供第一電流；兩相同步電流源7中b相輸出依次經(jīng)過相位檢測器和螺線管線圈4形成第二回路，第二回路用于給螺線管線圈4提供第二電流；其中第一電流與第二電流相位相差90度。

控制單元8的相位信息輸入端與相位檢測器9連接，控制單元8的第一感應(yīng)電壓輸入端與第一磁場探測線圈5連接，控制單元8的第二感應(yīng)電壓輸入端與第二磁場探測線圈6連接，控制單元8的輸出端與兩相同步電流源7的控制端連接；控制單元8用于根據(jù)相位檢測器9獲取的電流相位差、第一磁場探測線圈5獲得的第一感應(yīng)電壓和第二磁場探測線圈6獲得的第二感應(yīng)電壓進(jìn)行處理(具體可以為對感應(yīng)電壓進(jìn)行積分處理)獲得用于調(diào)節(jié)兩相同步電流源7中a相和b相的電流相位和幅值大小的控制信號。

電磁鐵鐵軛1，第一電磁鐵線圈2，第二電磁鐵線圈3構(gòu)成了兩極電磁鐵，用于產(chǎn)生x軸方向的磁場。螺線管線圈4用于產(chǎn)生y軸方向的磁場。第一磁場探測線圈5用于檢測x軸方向的磁場大小。第二磁場探測線圈6用于檢測y軸方向的磁場大小。兩相同步電流源7用于輸出兩路相位、幅值、頻率可調(diào)的電流激勵。相位檢測器9用于檢測兩相同步電流源7兩路電流激勵的相位差?？刂茊卧?根據(jù)第一磁場探測線圈5、第二磁場探測線圈6和相位檢測器9的檢測信號調(diào)節(jié)同步電流源7兩路電流激勵的幅值和相位。

旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生過程：首先通過控制單元8設(shè)定磁場頻率f(5hz-200hz)和磁場幅值b1(0-100mt)，控制單元8發(fā)出指令給兩相同步電流源7，兩相同步電流源7輸出頻率f的a相和b相正弦電流，a相和b相正弦電流經(jīng)過相位檢測器9，相位檢測器9對a相和b相正弦電流的相位進(jìn)行判斷，并將結(jié)果反饋給控制單元8，控制單元8根據(jù)相位檢測器9的檢測結(jié)果對兩相同步電流源7發(fā)出相位調(diào)節(jié)指令，最終使a相和b相正弦電流相位差保持在90度。兩相同步電流源7的a相輸出對第一電磁鐵線圈2與第二電磁鐵線圈3的串聯(lián)提供電流激勵，在氣隙中產(chǎn)生x軸方向，大小正弦變化的磁場；兩相同步電流源7的b相輸出對螺線管線圈4提供電流激勵，在螺線管線圈4內(nèi)產(chǎn)生y軸方向，大小正弦變化的磁場；第一磁場探測線圈5和第二磁場探測線圈6分別對x軸方向磁場和y軸方向磁場的幅值進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果反饋給控制單元8，控制單元8對兩相同步電源7發(fā)出指令調(diào)節(jié)a相和b相電流使磁場幅值保持在設(shè)定的磁場幅值b1。根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生原理所述，此時可在xy平面內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。具體的：當(dāng)a相輸出正弦電流相位超前b相輸出正弦電流90度時，在螺線管線圈中心xy平面內(nèi)產(chǎn)生順時針旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)b相輸出正弦電流相位超前a相輸出正弦電流90度時，在螺線管線圈中心xy平面內(nèi)產(chǎn)生逆時針旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。

振蕩磁場產(chǎn)生過程：振蕩磁場的產(chǎn)生不需要相位檢測器9。首先通過控制單元8設(shè)置振蕩磁場頻率f(5hz-200hz)、振蕩磁場幅值b1(0-100mt)、振動方向(沿x軸或y軸方向振動)；控制單元8發(fā)出電流輸出指令，使兩相同步電流源7的a相輸出直流電流，b相輸出頻率為f的正弦電流，或者b相輸出直流電流，a相輸出頻率為f的正弦電流，根據(jù)振蕩磁場產(chǎn)生原理，電流輸出形式取決于磁場振動的方向。兩相同步電流源7的a相輸出對第一電磁鐵線圈2與第二電磁鐵線圈3的串聯(lián)提供電流激勵，在氣隙中產(chǎn)生x軸方向的磁場；兩相同步電流源7的b相輸出對螺線管線圈4提供電流激勵，在螺線管線圈內(nèi)產(chǎn)生y軸方向的磁場；由于探測線圈只能探測交變磁場，所以直流相的電流大小通過計算校準(zhǔn)得到。第一磁場探測線圈5對x軸方向磁場的幅值進(jìn)行檢測或者第二磁場探測線圈6對y軸方向磁場的幅值進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果反饋給控制單元8，控制單元8對兩相同步電源7發(fā)出指令調(diào)節(jié)a相或者b相電流使磁場幅值保持在設(shè)定的磁場幅值b1。根據(jù)振蕩磁場產(chǎn)生原理所述，當(dāng)a相輸出直流電流，b相輸出正弦電流時，可在螺線管線圈中心xy平面內(nèi)產(chǎn)生以x軸為對稱軸的，y軸方向上振蕩的振蕩磁場；當(dāng)b相輸出直流電流，a相輸出正弦電流時，可在螺線管線圈中心xy平面內(nèi)產(chǎn)生以y軸為對稱軸的，x軸方向上振蕩的振蕩磁場。

勻強(qiáng)磁場產(chǎn)生過程：勻強(qiáng)磁場的產(chǎn)生不需要相位檢測器9。首先通過控制單8元設(shè)置勻強(qiáng)磁場的大小和方向，控制單元8根據(jù)勻強(qiáng)磁場產(chǎn)生原理，計算出x軸和y軸方向的磁場方向和大小，由于探測線圈只能探測交變磁場，所以直流相的電流大小通過計算校準(zhǔn)得到。兩相同步電流源7的a相輸出對第一電磁鐵線圈2與第二電磁鐵線圈3的串聯(lián)提供直流電流激勵，在氣隙中產(chǎn)生x軸方向恒定磁場；兩相同步電流源7的b相輸出對螺線管線圈4提供直流電流激勵，在螺線管線圈內(nèi)產(chǎn)生y軸方向的恒定磁場；根據(jù)勻強(qiáng)磁場產(chǎn)生原理，在xy平面內(nèi)產(chǎn)生方向角為atan(by/bx)的均勻磁場。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。