三维均匀磁场与磁屏蔽系统

HOMIE（Homogeneous Fields in Experiments）是 SEKELS 面向科研实验开发的均匀磁场与磁屏蔽系统。它将高磁导率材料构成的被动屏蔽与电流驱动的内部磁场生成结合，在抑制地磁场和实验室杂散磁场的同时，建立可调的准静态磁场条件。系统面向亚毫特斯拉范围，可按实验需求配置一维、二维或三维场，也可设计规定的磁场梯度。

HOMIE 将屏蔽层纳入磁场生成设计，使其同时承担外场抑制与内部场均匀化功能。电流调节无需机械改变磁体位置，便于设置不同磁场条件；可接近的内部空间与定制穿孔则便于布置样品及实验装置。系统可用于磁场传感器特性表征，以及原子物理、核物理、神经科学和纳米颗粒研究中的受控磁场实验。

产品特点

• 屏蔽与均匀场协同设计：利用高磁导率材料引导磁通，并结合内部电流布局改善场分布，适合在屏蔽环境中构建可用实验空间。

• 多方向磁场配置：支持按需求配置一维、二维或三维亚毫特斯拉磁场，以电流调节场条件，无需机械移动磁体。

• 多层被动磁屏蔽：原厂给出的典型磁屏蔽系数为 10⁴–10⁶（80–120 dB），随系统尺寸变化；具体结构与开孔需结合目标屏蔽性能设计。

• 便于样品布置：内部空间易于从外部接近，尺寸以及穿孔数量、位置和大小可定制，以适应实验装置。

• 可设计规定梯度：除均匀场外，可针对需要空间梯度的实验配置相应绕组；具体梯度范围按项目确定。

• 可选退磁功能：屏蔽材料退磁可作为选项配置，电子控制与软件亦可按实验流程调整。

工作原理与系统组成

HOMIE 通过高磁导率屏蔽结构引导外部磁通，降低环境磁场对实验空间的影响。内部磁场由布置在内侧屏蔽层上的电流导线产生，屏蔽材料与导线布局共同参与场分布设计。外置控制单元包含电源与控制装置，为场生成提供稳定的电流条件。

与仅按自由空间条件设计线圈后再添加屏蔽层的方式相比，HOMIE 在设计阶段考虑二者的相互作用。定制穿孔引起的场分布变化，可通过相应的电流绕行布局减小。针对受控准静态背景场中的高频实验，还可设计使内部实验空间不布置导电材料的结构；这并不表示整套系统不含导电材料。

技术参数与配置范围

原厂展示的结构示例

磁场均匀性对比示例

原厂采用上述 160×160×320 mm 内部结构开展场分布研究，并与理想化方形线圈对的计算结果比较。比较线圈围成相同截面，线圈边长为 160 mm，间距经过优化；HOMIE 设置为仅沿 Z 方向产生磁场。以下为沿 Z 轴测线的主导 Bz 分量结果。

上述结果说明了这一示例在较大考察范围内的场分布表现，并非对所有线圈方案的普遍结论。对于很小的中心区域，经优化的线圈也可能获得更高均匀性。选型时应先规定有效体积、空间采样范围与允许偏差，再比较不同方案。

应用场景

• 磁场传感器特性表征：在受控磁场条件下研究传感器响应，根据测试方向和有效空间选择场维度与结构。

• 原子物理与核物理实验：在抑制地磁场及实验室杂散场的环境中，设置所需准静态磁场或规定梯度。

• 神经科学研究：为涉及弱磁场条件的研究装置提供可定制的屏蔽与磁场环境，具体实验配置按研究需求确定。

• 纳米颗粒研究：在可控均匀场或梯度条件下开展相关磁场实验，依据样品空间和实验方法确定配置。

• 受控背景场下的高频实验：可评估内部空间不布置导电材料的设计，在规定准静态磁场条件下集成高频实验装置。

问答小贴士

HOMIE 是屏蔽箱，还是磁场发生系统？

两项功能共同构成系统。多层高磁导率结构用于抑制外部磁场，内部电流布局则用于生成所需磁场；屏蔽层也参与内部场均匀化设计。

120 dB 是否是每套系统都能达到的指标？

不是。原厂给出的是随系统尺寸变化的 80–120 dB 典型范围。选型应明确外部磁场方向、频率、幅值、开孔和装配状态，并约定对应的屏蔽指标与验收方法。

相对标准偏差低于 0.8%，是否表示全空间精度达到这一水平？

不是。该数值来自特定示例沿 Z 轴测线的磁场分布统计，既不是磁场设定精度，也不是三维全体积均匀性指标。实验需明确考察区域和均匀性定义。

能否增加穿孔、改变尺寸或生成磁场梯度？

可以按需求设计尺寸、穿孔及相应绕组。穿孔布局需与场分布和屏蔽要求共同评估；规定梯度及退磁功能应在配置阶段明确。