主要功能                                                    

u 屏蔽地磁环境磁场

三维方线圈可将中心区域直流与交流环境磁场屏蔽到10nT以下（闭环控制模式）

u 屏蔽动态干扰磁场

三维方线圈可屏蔽中心区域不同频率交流动态磁场，可根据实际情况选择性屏蔽

u 生成静态恒定磁场

三维方线圈在屏蔽交直流环境磁场后，可产生稳态磁场，磁场值可调整。三维磁场可按序列发生，周期可设置。（产生前自动屏蔽无需二次操作）

u 模拟交流动态磁场

三维方线圈在屏蔽交直流环境磁场后，可产生交流动态磁场，磁场值可调整。（产生前自动屏蔽无需二次操作）

u 线圈可升级项

如果需要对环境梯度进行屏蔽，之后可增加梯度线圈绕组，控制电源及软件。以应对环境梯度带来的不均匀性。

u 关于线圈内磁场分布

本套方案线圈均匀性为中心800*800*800mm空间内均匀性优于1%，如定义该区域为500*500*500mm则空间内均匀性优于0.3%，即均匀区则均匀性越优，所以将样品居中或缩小样品尺寸可以获得更好的均匀性。

u 关于均匀性的定义

系统组成                                                     

三维动态地磁屏蔽系统由三维线圈、磁场检测装置、测控装置组成。

u 磁场发生装置

磁场发生装置由一台3HLF185-2型三维磁场线圈和三台功率放大器构成。三维线圈的每轴线圈组由两个边长相同且平行的正方形线圈组成，每轴线圈组之间相互正交。线圈采用无磁的高强度玻璃纤维作为主体框架，其他连接部件采用POM、PMMA和纯铜等无磁材质。每轴线圈组的两个线圈串联，最终与其对应的电源连接，通过控制电源输出的电流以改变每轴的磁场强度，从而生成对应方向的磁场分量Bx、By、Bz。

u 磁场检测装置

磁场检测装置由CH-330F磁通门计和巴廷顿三维磁通门探头组成，放置于线圈均匀区内的三维磁通门探头是采用线圈感应原理制成的磁场检测传感器，采用三维高精度磁通门探头，分辨率可达0.1nT，磁通门计为三维磁通门探头提供稳定的工作电压，同时采集探头输出的电压信号，经过放大滤波、AD采集后转换为磁场信号显示于液晶屏幕上，并可通过通讯串口将实时磁场信息上传至上位机软件。

u 三通道磁场测控装置

测控装置包含移动终端控制设备及上位机软件。上位机软件通过通讯串口与三台功率放大器通讯，可通过控制指令设置各台电源输出电流值，同时上位机软件通过串口与磁通门计通讯，可解析指令读取当前磁场值。由此，可形成磁场设置-磁场检测-磁场调整的控制闭环，通过PID算法准确控制线圈内部磁场强度。

控制原理                                                   

核心控制算法由三通道磁场控制单元的单片机 CPU 完成。放置于线圈内部的三轴磁通门阵列实时监测线圈内部磁场，单片机 CPU 采集读取三轴磁通门探头数据输入至 DC 磁场计算模型，DC 磁场计算模型是用户根据不同需求定制的 DC 磁场计算方法，比较器对用户在上位机软件设定的目标 DC 磁场和 DC 磁场计算模型输出的实时 DC 磁场进行做差处理，差值经 PID 计算模型处理后得到控制信号，单片机 CPU 通过 SPI 高速总线将数字控制信号发送至低速 DAC，生成模拟电压控制后输出至执行器-功率放大器，驱动线圈绕组产生直流磁场，磁通门探头监测更新后的直流磁场环境，闭环输入至比较器，反复执行 DC 磁场调节过程，直至 DC 磁场误差在允许的范围内，由此形成 DC 磁场闭环控制模型。

当设定的目标磁场为 0 时，DC 磁场闭环控制模型可实现低频段磁场屏蔽，包含地球磁场 DC 段和低频波动段，地铁或电梯运行过程中产生的干扰磁场等。

当设定的目标磁场不为 0 时，DC 磁场闭环控制模型可实现 DC 磁场发生功能，可通过单点设定和轨迹导入两种方式设定 DC 磁场环境。

由 PID 算法可知，选取合适的 KP，KI，KD 参数后，控制模型可实现 DC 段跳动小于 10nT 的屏蔽效果

当设定的目标磁场不为 0 时，DC 磁场闭环控制模型可实现 DC 磁场发生功能，可通过单点设定和轨迹导入两种方式设定 DC 磁场环境。

由 PID 算法可知，选取合适的 KP，KI，KD 参数后，控制模型可实现 DC 段跳动小于 10nT 的屏蔽效果

系统参数                                                   

一、 三维方形Helmholtz线圈

u 产品规格

· 3HLF185-2型方形三轴Helmholtz线圈，可生成三轴Bx、By、Bz磁场分量；

· X轴等效边长3700mm；

Y轴等效边长3785mm；

Z轴等效边长3870mm；

· 无磁骨架；

u 电气参数

· X轴线圈冷态直流电阻0.4Ω；

· Y轴线圈冷态直流电阻0.41Ω；

· Z轴线圈冷态直流电阻0.42Ω；

· 线圈绝缘电阻优于10MΩ；

u 冷却方式

· 自然冷却；

u 尺寸及质量

· 线圈包络尺寸3850*3849*3934mm

· 整体重量约116Kg

u 磁场参数

· 中心磁场强度为2Gs；

· 中心800*800*800mm空间内均匀性优于1%；

· 三维磁场正交度小于±1°

u 线圈厂内产品实拍参考图

二、 功率放大器 

u产品参数

· HEA-500G型功率放大器；

· 交流输入，单相220V±10%（50Hz/60Hz）；

· 输出电压40Vp，输出电流40Ap，最大输出功率1600W；

u输出

· 非线性失真度＜2%；

· 输出信噪比＞80db；

u负载保护

· 有输出短路、开路无障、操作无禁手；

u交互能力

· 输出电流、电压显示；

· 输出指示精度优于2%；

u使用环境

·室内使用设计，温度： 0℃～40℃；湿度：10％～80％ RH

·温度：0℃～40℃；湿度：10％～80％ RH

u功放及其他配件厂内参考图（针对本套设备机柜尺寸为1.2*0.6米23U机柜）

三、 磁通门计

u 产品主要参数

· CH-330F磁通门计是精确测量微弱的静态和低频矢量磁场的仪器。

· 具有高稳定性、线性和精确度，与霍尔效应原理或磁电阻效应原理的磁场测量仪器相比，它是测量弱磁场最好的选择。

· 包含一个主机和一个磁通门探头（英国巴廷顿探头）。主机单元提供控制信号来驱动探头和处理探头输出的信号，探头通过测量三个正交轴磁场都能够测量磁场的三个矢量组分，分析磁场角度及矢量合成值。

· 具有很宽的测试范围及很高的测试精度及稳定性。

u 性能参数

u 产品图片

四、 三通道磁场采集控制系统

u 核心功能：STM32单片机CPU、4路24bitAD高速采集、3路16bitDAC输出、以太网高速数据传输；

u 可实现地球磁场的抵消与补偿，采用PID闭环控制方式对线圈中心均匀区磁场进行控制，均匀区内的剩余磁场Hs始终小于10nT（以CH-330F磁通门计读数为准）；

u 可实现地磁环境模拟，产生任意方向的磁场H，即H=H_0+H_s，H为设定的磁场值，等同为线圈内均匀区内产生的净磁场， H_0为地磁场值，H_s为补偿磁场值，磁场波动小于10nT（以CH-330F磁通门计读数为准）；

u 可产生标准磁场：a）产生任意大小和方向的磁场值（支持XYZ输入和柱坐标输入设定），输入端为用户设定的磁场值，三通道磁场采集控制电路板采用PID闭环控制方式对线圈中心均匀区磁场进行控制

u 低频动态电磁干扰模拟：按照指定的磁场时间序列数据表（单轴、双轴或三轴矢量磁场数据表），程序控制输出信号，驱动电流源产生激励电流，驱动线圈按照数据表产生对应的低频动态磁场干扰，频率范围：DC-100Hz，磁场范围±1Gs。

u 可实现三通道同步任意波形DAC输出；

u 可实现磁通门计测量数据高速采集，采集频率不低于5KHz/通道；

u 通讯接口：以太网，TCP/IP协议。

u 软件可控制地球磁场的抵消与补偿功能的开启与停止；

u 软件可设定任意大小和方向的磁场值（支持XYZ输入和柱坐标输入设定）；

u 软件可导入Excel表格数据，按照表格中的磁场数据控制产生低频动态磁场干扰；

u 软件磁场曲线显示、数据存储与导出。