一种基于磁屏蔽房铁磁边界耦合的双平面线圈设计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115935688A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211688492.9(22)申请日2022.12.27(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号申请人北京航空航天大学宁波创新研究院(72)发明人韩邦成陈忆闽文通刘习凯方云飞上官晟翌(74)专利代理机构宁波甬致专利代理有限公司33228专利代理师袁波(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F30/13(2020.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种基于磁屏蔽房铁磁边界耦合的双平面线圈设计方法(57)摘要本发明提供了一种基于磁屏蔽房铁磁边界耦合的双平面线圈设计方法，涉及弱磁补偿的匀场线圈技术领域，本方法包括步骤S1：双平面线圈由匀场线圈和屏蔽线圈两组构成，在平面线圈中间设置均匀磁场的目标区，在平面线圈和屏蔽房铁磁边界之间设置屏蔽区；S2：选取离散方式得到目标区和屏蔽区的有序排列的离散点坐标，根据离散点个数得到目标矩阵；S3：利用镜像法根据线圈平面与磁屏蔽房铁磁边界处的距离关系得到镜像电流。本方法能够抑制线圈与铁磁边界之间的耦合作用，提高真实磁屏蔽房环境中平面线圈目标区域的均匀度。CN115935688ACN115935688A权利要求书1/2页1.一种基于磁屏蔽房铁磁边界耦合的双平面线圈设计方法，其特征在于，包括步骤：S1：双平面线圈由匀场线圈和屏蔽线圈两组构成，在平面线圈中间设置均匀磁场的目标区，在平面线圈和屏蔽房铁磁边界之间设置屏蔽区；S2：选取离散方式得到目标区和屏蔽区的有序排列的离散点坐标，根据离散点个数得到目标矩阵；S3：利用镜像法根据线圈平面与磁屏蔽房铁磁边界处的距离关系得到镜像电流；S4：通过毕奥—萨伐尔定理建立平面线圈的原电流和镜像电流的叠加值与离散点的磁场矩阵，利用Tikhonov正则化求解矩阵得到两组平面线圈的流函数；离散流函数得到平面线圈绕组和两组平面电流比值关系。2.根据权利要求1所述的基于磁屏蔽房铁磁边界耦合的双平面线圈设计方法，其特征在于，所述步骤S2中离散目标区与屏蔽区得到有序排列的离散点坐标为ri＝(xi,yi,zi)，平面线圈上的电流的坐标为r＝(x,y,z)。3.根据权利要求2所述的基于磁屏蔽房铁磁边界耦合的双平面线圈设计方法，其特征在于，所述步骤S3中根据镜像法叠加原理将空间任一点的磁场值有原电流和镜像电流叠加，平面电流的坐标为rs＝(xs,ys,zs)。4.根据权利要求3所述的基于磁屏蔽房铁磁边界耦合的双平面线圈设计方法，其特征在于，所述步骤S4中根据毕奥—萨伐尔定理：得到电流密度和磁场的关系：其中，和分别表示为镜像电流和原电流的叠加后两块匀场线圈对目标点产生的磁场矩阵；α表示为镜像展开阶数；i，j，k分别表示为X，Y，Z方向的镜像展开；其中，Lx1表示为匀场线圈尺寸；m，n表示为二维傅里叶展开阶数；Pmn1表示为匀场线圈系数矩阵；xs1，ys1，zs1分别表示为匀场线圈流函数坐标。5.根据权利要求4所述的基于磁屏蔽房铁磁边界耦合的双平面线圈设计方法，其特征在于，匀场线圈流函数坐标xs1，ys1，zs1分别表示为：2CN115935688A权利要求书2/2页其中，INT()表示为取整函数；h11，h12分别表示为匀场线圈与上边下边屏蔽仓表面的距离，即X方向；w11，w12分别表示为匀场线圈与前边后边屏蔽仓表面的距离，即Y方向；l11，l12分别表示为匀场线圈与左边右边屏蔽仓表面的距离，即Z方向；D1表示为平面线圈位于中心点的Z方向位置；屏蔽线圈为Bx2xi,yi,zi；根据匀场线圈和屏蔽线圈电流方向相反，得到任一点X方向的磁场值为：Bx＝Bx1‑Bx2。6.根据权利要求5所述的基于磁屏蔽房铁磁边界耦合的双平面线圈设计方法，其特征在于，选取线圈总功率为约束项，通过Tikhonov正则化求解，利用最小二乘法，将Bx＝Btarget转变为误差函数形式：||AP‑b||2+αPTGP→min；其中，A表示为磁场矩阵，P表示为二维傅里叶级数参数即流函数矩阵，α表示为正则化参数，G表示为线圈总功率矩阵；求解矩阵分别得到匀场线圈和屏蔽线圈的流函数，离散流函数得到线圈绕组。3CN115935688A说明书1/6页一种基于磁屏蔽房铁磁边界耦合的双平面线圈设计方法技术领域[0001]本发明涉及弱磁补偿的匀场线圈技术领域，具体而言，涉及一种基于磁屏蔽房铁磁边界耦合的双平面线圈设计方法。背景技术[0002]近年来，随着量子理论的快速发展与量子传感器的日益成熟，以原子作为敏感介质的元器件得到了空前的关注，部分原子器件已经突破原有的测试极限，并走入工程应用，这对传感器的测试环境也提出了新的要求。磁性作为