一种基于磁屏蔽筒耦合的圆柱形和球形匀强磁场线圈设计方法技术

一种基于磁屏蔽筒耦合的圆柱形和球形匀强磁场线圈设计方法，圆柱形线圈或球形线圈被放置于一个圆柱形磁屏蔽筒中，用于在磁屏蔽筒内产生高度均匀的纵向磁场；圆柱形和球形线圈采用格林函数法结合粒子群算法进行优化设计；首先通过格林函数法分析圆柱形磁屏蔽筒的耦合效应并建立磁屏蔽筒内线圈磁场分析模型；其次，根据优化目标将磁场模型转化为非线性优化模型，根据实际应用需求确定约束条件；最后使用粒子群优化算法进行优化求解获得线圈参数。本发明专利技术可在圆柱形磁屏蔽筒中产生高度均匀的纵向磁场，克服了线圈与屏蔽筒耦合导致的线圈常数与理论不符和均匀度下降的问题，进一步提高了线圈均匀度。高了线圈均匀度。高了线圈均匀度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁屏蔽筒耦合的圆柱形和球形匀强磁场线圈设计方法


[0001]本专利技术属于原子传感器
，具体涉及一种工作于圆柱形磁屏蔽筒内的圆柱形和球形匀强磁场线圈。

技术介绍

[0002]磁场线圈在工业领域和科学研究中起到至关重要的作用，可为前沿物理装置、原子传感器、磁共振成像、无线电力传输系统等产生特定的磁场分布。在原子传感器中，高均匀度的线圈系统被用来进行磁场补偿和信号调制来实现超高精度的磁场或惯性测量。
[0003]通常，磁场线圈被封闭在磁屏蔽筒或者磁屏蔽房中，用来屏蔽地磁场，保证零场环境的稳定性，避免磁敏感部件受到磁干扰。圆柱形磁屏蔽筒因其磁屏蔽性能高、造价低等优点被广泛使用。但由于磁屏蔽筒磁导率较高，具有汇聚磁力线的功能，会与内部线圈产生耦合作用，使其产生的磁场被扭曲，影响磁场的均匀性和准确性。
[0004]目前，解决上述问题的一种方法是利用自屏蔽线圈来抑制线圈与屏蔽筒的耦合作用，其外部磁场在屏蔽筒附近被迅速衰减到0，达到抑制耦合的效果。但其结构复杂，体积较大，且通常屏蔽筒附近的磁场不能完全衰减到0。另一种方法是根据线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于磁屏蔽筒耦合的圆柱形和球形匀强磁场线圈设计方法，其特征在于，包括两个相同的圆柱形磁屏蔽筒，将待设计的圆柱形线圈和球形线圈对称地放置于各自的圆柱形磁屏蔽筒中，线圈中心与磁屏蔽筒中心重合；圆柱形和球形线圈采用格林函数法结合粒子群算法进行优化设计。2.根据权利要求1所述的基于磁屏蔽筒耦合的圆柱形和球形匀强磁场线圈设计方法，其特征在于，所述优化设计包括：首先利用格林函数法分析圆柱形磁屏蔽筒的耦合效应并建立磁屏蔽筒内线圈磁场分析模型，并通过此模型对圆柱形和球形线圈的磁场表达式进行推导；其次，根据磁场高均匀度的优化目标将表达式转化为非线性优化模型，并根据应用需求确定约束条件；最后结合粒子群优化算法进行优化求解获得线圈参数。3.根据权利要求1所述的基于磁屏蔽筒耦合的圆柱形和球形匀强磁场线圈设计方法，其特征在于，所述的圆柱形线圈和球形线圈均包含N对沿z轴对称分布的圆环，N为正整数，圆柱形线圈第i对圆环半径为a，i∈N，球形线圈外部的球形包络半径为R，其第i对圆环的半径为R
i
，并满足R
i2
＝R2‑
z
i2
，Zi为第i对圆环在z轴的位置参数，两种线圈的第i对圆环都位于z＝
±
z
i
平面，每对线圈的安匝数为n
i
I，n
i
是第i对线圈的匝数，I是线圈的电流。4.根据权利要求3所述的基于磁屏蔽筒耦合的圆柱形和球形匀强磁场线圈设计方法，其特征在于，所述圆柱形线圈在圆柱形磁屏蔽筒内产生的磁场表达式为：具中，B
ρ
和B
z
是磁感应强度的横向和纵向分量，μ0＝4π
×
10
‑7H/m是真空中的磁导率，H/m是亨利/米，b和h分别为圆柱形磁屏蔽筒的半径和半长度，p
k
＝kπ/h，k是正整数，I1和K1...

【专利技术属性】
技术研发人员：全伟，庞昊颖，范文峰，段利红，刘峰，刘祀浔，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：