获取磁场转换矩阵的方法、外部磁场测量方法及系统技术方案

技术编号：39996247 阅读：12 留言：0更新日期：2024-01-09 02:48

本发明专利技术公开了一种获取磁场转换矩阵的方法、外部磁场测量方法及系统，属于电磁参数测量技术领域，所述转换矩阵获取方法包括：建立与实际铁磁腔体尺寸相同的铁磁腔体模型，通过对铁磁腔体模型的磁化强度随机赋值与仿真3n次，得到磁化强度分布矩阵M、内部磁场分布矩阵B<subgt;1</subgt;、外部磁场分布矩阵B<subgt;2</subgt;；根据关系式B<subgt;1</subgt;=MA<subgt;1</subgt;、B<subgt;2</subgt;=MA<subgt;2</subgt;，求得铁磁腔体内外磁场的转换矩阵A，A=A<subgt;1</subgt;<supgt;‑</supgt;<supgt;1</supgt;A<subgt;2</subgt;。随后可基于求得的转换矩阵以及实时采集的内部磁场分布，计算得到外部特定点的磁场分布。本发明专利技术计算量小，计算效率高，且可根据需要调节预测精度。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电磁参数测量，更具体地，涉及一种获取磁场转换矩阵的方法、外部磁场测量方法及系统。

技术介绍

1、在资源探测领域，资源的具体位置往往通过磁场探测结合相关算法得到。然而，由于探测器可视为铁磁腔体，其产生的磁场会影响资源探测的准确性。因此，精确测量铁磁腔体外部的磁场，从而采用消磁等措施减小探测器本身对空间磁场的影响是十分重要的。铁磁腔体外部磁场预测技术是实现消磁的难点，直接决定了消磁系统的补偿效果。在实际工程中，铁磁腔体外部磁场的预测尚无明确、成熟的方法，各种理论、模型都需进行进一步的研究。

2、现有的铁磁腔体外部磁场预测主要包括以下几种方法：

3、1）磁场数据库法：将铁磁腔体放置于消磁场地，通过地磁模拟线圈对其多次磁化，此时内、外传感器同时测量磁场，在此基础上选取部分不同磁化状态下的内、外磁场计算校准保存在数据库中。此方法推算外部磁场很大程度上取决于选取部分不同磁化状态的磁场值计算校准，若选取不合适的内外磁场形成校准，则会严重影响预测结果；

4、2）标准值法：当铁磁腔体处于地磁场环境下，对消磁系统进行安匝调整和电流校准后，将所有内部传感器此时的值设为标准值，再改变激励磁场，只要通过调整电流等参数使所有内部传感器等于或接近标准值，则视为实现了补偿目的。从理论上说，当固定磁场变化较大时，很难将数十个传感器同时调整为标准值，预测精度并不高；

5、3）数值积分法：铁磁腔体磁场测量值和磁源的关系可利用数值积分来表征，此方法无需多次测量磁场，但建模难度较大、计算量较大，且计算精度有待提高；

6、4）内外映射法：得到外部磁场变化量与内部磁场变化量之间的转换关系，并通过神经网络等方法求解其转换关系。此方法得到的转换关系无明确物理意义，转换关系计算过程较为繁琐，且未考虑力磁耦合效应对预测结果的影响。

7、总之，通过以上方法预测铁磁腔体外部磁场，会存在计算量大、预测精度不高的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种获取磁场转换矩阵的方法、外部磁场测量方法及系统，其目的在于通过一种更加简单的方式预测出铁磁腔体外部磁场，且预测精度可以根据需要进行调控。

2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种获取铁磁腔体内外磁场转换矩阵的方法，包括：

3、建立与实际铁磁腔体尺寸相同的铁磁腔体模型，确定所述铁磁腔体模型内 n个测量点的位置，第 k个测量点的位置与所述实际铁磁腔体内第 k个三相磁通门传感器的位置相同， k=1,2,3,……, n， n为三相磁通门传感器的数量；

4、将所述铁磁腔体模型划分为 n个域，对所述铁磁腔体模型进行3 n次随机赋值与仿真操作，每次随机赋值与仿真操作得到大小均为1 ×3 n的磁化强度分布向量m、内部磁场分布向量b1和外部磁场分布向量b2，3 n个向量m组成满秩的3 n×3 n的磁化强度分布矩阵m、3 n个向量b1组成3 n×3 n内部磁场分布矩阵b1、3 n个向量b2组成3 n×3 n外部磁场分布矩阵b2；

5、根据关系式b1=ma1、b2=ma2，求得铁磁腔体内外磁场的转换矩阵a，a=a1-1a2，a1为内转换矩阵，a2为外转换矩阵；

6、其中，每一次随机赋值与仿真操作包括：

7、对 n个域的磁化强度分别进行随机赋值，赋值后形成向量m，向量m中第3 i-2、3 i-1、3 i个元素分别为第 i个域的磁化强度的 x、 y、 z分量；设置背景磁场为0，通过仿真获取当前赋值下的所述铁磁腔体模型的向量b1和向量b2，向量b1中第3 k-2、3 k-1、3 k个元素分别为第 k个测量点磁场的 x、 y、 z分量，向量b2中第3 j-2、3 j-1、3 j个元素分别为第 j个外部待测点磁场的 x、 y、 z分量，其中， i, j, k=1,2,3,……, n。

8、在其中一个实施例中，使用matlab调用comsol模型执行随机赋值、仿真操作，输出磁化强度分布矩阵m以及对应的内部磁场分布矩阵b1和外部磁场分布矩阵b2。

9、一种铁磁腔体外部磁场测量方法，包括：

10、将 n个三相磁通门传感器采集的磁化强度所构成的1 ×3 n的磁场分布向量b10代入公式b20=b10a+b0中，求得 n个外部待测点的磁场分布向量b20；

11、其中，a为经上述的方法确定的转换矩阵；

12、b0为背景磁场分布向量；向量b10中第3 k-2、3 k-1、3 k个元素分别为第 k个三相磁通门传感器所采集的磁化强度的 x、 y、 z分量，向量b20中第3 j-2、3 j-1、3 j个元素分别为第 j个外部待测点磁场的 x、 y、 z分量；在向量b0中，第3 本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种获取铁磁腔体内外磁场转换矩阵的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的获取铁磁腔体内外磁场转换矩阵的方法，其特征在于，使用MATLAB调用COMSOL模型执行随机赋值、仿真操作，输出磁化强度分布矩阵M以及对应的内部磁场分布矩阵B1和外部磁场分布矩阵B2。

3.一种铁磁腔体外部磁场测量方法，其特征在于，包括：

4.如权利要求3所述的铁磁腔体外部磁场测量方法，其特征在于，铁磁腔体外部磁场测量的精度与三相磁通门传感器的数量n正相关，n越大，测量精度越高。

5.一种铁磁腔体外部磁场测量系统，其特征在于，包括：

6.如权利要求5所述的铁磁腔体外部磁场测量系统，其特征在于，所述赋值与仿真单元用于使用MATLAB调用COMSOL模型执行随机赋值、仿真操作。

7.如权利要求5所述的铁磁腔体外部磁场测量系统，其特征在于，还包括：

8.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1或2所述的方法的步骤。

9.一种计算机

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【技术特征摘要】

1.一种获取铁磁腔体内外磁场转换矩阵的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的获取铁磁腔体内外磁场转换矩阵的方法，其特征在于，使用matlab调用comsol模型执行随机赋值、仿真操作，输出磁化强度分布矩阵m以及对应的内部磁场分布矩阵b1和外部磁场分布矩阵b2。

3.一种铁磁腔体外部磁场测量方法，其特征在于，包括：

5.一种铁磁腔体外部磁场测量系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海鹏，任丽，徐颖，石晶，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：

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