[發(fā)明專利]基于Matlab的空間磁場均勻性分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010001732.8
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111077481A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任培堅;丁挺;江宗榮
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門精研自動化元件有限公司
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02;G06F30/20
• 代理公司: 廈門律嘉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 35225
• 代理人: 溫潔

本發(fā)明公開了基于Matlab的空間磁場均勻性分析方法，包括如下步驟：S1、預(yù)設(shè)真空磁導(dǎo)率，電阻率和線圈電壓參數(shù)；S2、輸入線圈參數(shù)，線圈參數(shù)包括線圈半徑，線圈空間尺寸，線圈匝數(shù)，線圈線徑和線圈間距；S3、自動選定觀測區(qū)域并劃分網(wǎng)格；S4、沿導(dǎo)線路徑平均分割電流微元并計算各段中點坐標；S5、循環(huán)計算各觀測點的磁感應(yīng)強度；S6、對各觀測點數(shù)據(jù)繪圖分析磁場均勻性。本發(fā)明利用MATLAB軟件強大的矩陣運算能力，將待測對象分成若干微元進行累加計算，并將目標區(qū)域劃分觀測點進行循環(huán)計算分析。其相對于一般數(shù)值計算法，僅需根據(jù)分析精度要求劃分微元數(shù)量，編制簡單的仿真代碼，即可獲得相應(yīng)數(shù)值解；相比于有限元分析法來說，分析速度更快，適用性更普遍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁場均勻性分析方法，特別涉及一種基于Matlab的空間磁場均勻性分析方法。

背景技術(shù)

對于通電線圈的磁場均勻性分析，一般有以下方法：1、理論分析法：主要有針對特定問題的數(shù)值計算法和針對特定應(yīng)用場景的有限元分析法；2、實驗測量法：需按照設(shè)計要求搭建待測磁場發(fā)生器的試驗線圈，在要求電參數(shù)下使用高斯計進行實驗測量，并對數(shù)據(jù)進行記錄和分析處理，該方法需求較高實驗成本和較長操作周期，故常用于理論結(jié)果驗證。

一般來說通電螺線管，矩形線圈，圓形線圈等均可產(chǎn)生特定區(qū)域下的均勻磁場。常用作磁場發(fā)生器的線圈結(jié)構(gòu)：如結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛的Helmholtz線圈系統(tǒng)，可在其空間幾何中心附近區(qū)域產(chǎn)生高均勻度的磁場；或較為復(fù)雜的Maxwell線圈系統(tǒng)，由兩兩對稱處于公共球面的各段線圈組成，其可產(chǎn)生均勻度更高的空間磁場。針對各種不同應(yīng)用場景，需要一種具有普遍性的方法對磁場均勻性進行分析評估和優(yōu)化設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于Matlab的空間磁場均勻性分析方法，該方法相比于有限元分析法和實驗測量法來說，具有更快的分析速度和更靈活普遍的適用性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

基于Matlab的空間磁場均勻性分析方法，包括如下步驟：

S1、預(yù)設(shè)真空磁導(dǎo)率，電阻率和線圈電壓參數(shù)。

S2、輸入線圈參數(shù)，所述的線圈參數(shù)包括線圈半徑，線圈空間尺寸，線圈匝數(shù)，線圈線徑和線圈間距。

S3、自動選定觀測區(qū)域并劃分網(wǎng)格。

S4、沿導(dǎo)線路徑平均分割電流微元并計算各段中點坐標。

S5、循環(huán)計算各觀測點的磁感應(yīng)強度。

S6、對各觀測點數(shù)據(jù)繪圖分析磁場均勻性。

其中，所述步驟S2中，通過輸入的線圈參數(shù)求出電流值I₀，電流值I₀的計算公式為：

其中，U₀為線圈電壓參數(shù)，Dp為線圈線徑，ρ為真空磁導(dǎo)率，wz為線圈Z軸空間尺寸，R為線圈半徑，wa為線圈X軸方向匝數(shù)，wb為線圈Z軸方向匝數(shù)。

其中，所述步驟S5中，磁感應(yīng)強度的計算公式為：

其中，I為源電流，L為積分路徑，為電流路徑微元，為電流元指向待求場點的單位向量，μ₀為真空磁導(dǎo)率，數(shù)值為4π×10^-7Tm/A。

其中，所述步驟S6中，判斷目標區(qū)域磁場均勻性是否滿足要求，如若滿足，則結(jié)束測試，如若不滿足，則返回步驟S2并重新輸入線圈參數(shù)。