中国船舶重工集团公司第七一○研究所 国防科技工业弱磁一级计量站 张学斌

一种正方形亥姆霍兹线圈的设计

中国船舶重工集团公司第七一○研究所 国防科技工业弱磁一级计量站 张学斌

【摘要】介绍了正方形亥姆霍兹线圈磁场的产生原理，研究了线圈内任一点处磁场轴向分量的分布。详细设计了一组三维正方形亥姆霍兹线圈，通过理论计算与实际测试数据分析，实现中心区φ0.15 m的球形空间内均匀性为0.03%，φ0.25 m的球形空间内均匀性为0.07%的磁场环境。

【关键词】正方形亥姆霍兹线圈；均匀性；磁场环境

0 引言

亥姆霍兹（Helmholtz）线圈是由一对相同的、共轴的、彼此平行的、负载电流相同的线圈组成［1］。由于其结构简单且能产生均匀性较好的磁场，常被作为磁测量设备的重要组成部分，用于磁传感器、磁罗盘、定向探管等产品的测试、标定等［2］。亥姆霍兹线圈也常用于实验室环境下复现地磁场三分量，模拟任意地磁环境的磁场，进行地磁匹配导航半实物仿真研究［3-6］。

典型亥姆霍兹结构为一对圆形线圈，由于加工定位及安装运输等难度的问题，当线圈尺寸较大时常采用一对正方形线圈。本文以正方形亥姆霍兹线圈为基础，产生三维匀强磁场，并通过理论计算和实测数据分析线圈磁场的均匀性。

1 线圈磁场产生原理

根据毕奥—萨瓦定律线圈磁感应强度计算公式得，正方形线圈在空间内一点产生的磁场为每根载流导线产生磁场在该处的矢量和。设定正方形线圈边长为2L，负载电流为I，则可计算出线圈平面上下空间任一点的磁感应强度，同时得到目标方向磁场即Z轴向分量（与线圈平面垂直）。……