[發明專利]基于粒子群算法的磁納米熱療交變磁場均勻度優化方法

有效

• 申請號: 202010516759.0
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111639453B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 湯云東;金濤
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

本發明涉及一種基于粒子群算法的磁納米熱療交變磁場均勻度優化方法，該基于粒子群算法的磁納米熱療交變磁場均勻度優化方法，通過引入粒子群優化算法和磁場均勻性目標函數，優化并有效提高磁納米熱療交變磁場發生裝置內部產生磁場的均勻性；改進的磁熱療交變磁場發生裝置主要由一個主線圈和兩個輔助線圈組成，輔助線圈主要用于調節有限長螺線管線圈兩端不均勻磁場，使之趨于最優的磁場均勻分布，其中線圈電流則可用于控制最優優化磁場的幅度。本發明可應用于包括磁納米熱療在內，需要均勻磁場工業應用場合。

技術領域

本發明涉及交變磁場的建模技術領域，具體涉及一種基于粒子群算法的磁納米熱療交變磁場均勻度優化方法。

背景技術

目前，用于產生交變磁場的裝置常見有線圈和氣隙等，而從成本以及實現的容易程度上比較，基于線圈的磁場發生裝置則具有更大的優勢。然而，線圈式磁場發生裝置也存在比較顯著的問題，磁場的均勻性與線圈的長度成正比。實際應用卻線圈長度有著一定的限制，因此有限長線圈磁場均勻性的提高也就成為一個難點問題。現有的實現方法大多通過復雜的線圈模型來實現，其代價就是增加了硬件的設計難度，而這樣則又與問題的初衷相悖。此外，現有的實現方法也并沒有考慮結合智能優化算法的優勢，并將其與合理的目標函數相結合，用于優化少數輔助線圈，從而最終實現主線圈磁場均勻性的提高。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于粒子群算法的磁納米熱療交變磁場均勻度優化方法，可以實現線圈磁場均勻性行的最大提高以及優化。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于粒子群算法的磁納米熱療交變磁場均勻度優化裝置，包括一個主線圈和兩個輔助線圈，所述輔助線圈對稱地套設于主線圈的兩端，用于輔助主線圈邊緣磁場的不均勻性。

一種基于粒子群算法的磁納米熱療交變磁場均勻度優化方法，具體包括如下步驟：

步驟S1:構建改進的磁熱療交變磁場發生裝置主線圈和輔助線圈的幾何模型；

步驟S2:根據麥克斯韋方程組推導并構建線圈交變磁場的穩態偏微分方程；

步驟S3:根據主線圈和輔助線圈的幾何模型，設定材料參數，并根據穩態偏微分方程設定邊界條件；

步驟S4:根據主線圈和輔助線圈的幾何模型,構建有限元網格；

步驟S5:基于步驟S3的設定和步驟S4得到有限元網格，采用有限元方法求解穩態偏微分方程得到磁熱療裝置主線圈磁場分布以及初始值，并計算對應的磁場均勻度目標函數；

步驟S6:采用粒子群優化算法對線圈參數進行優化，并獲得磁場最優解以及輔助線圈最優參數。

進一步的，所述穩態偏微分方程具體為：

其中z和分別表示圓柱坐標系下的徑向距離和高度；H/m表示真空中的磁導率, 表示哈密頓算子，v表示線圈介質磁導率的倒數，A為矢量磁位，H為磁場強度，J為位移電流密度。

進一步的，所述材料參數包括相對磁導率，電導率，恒壓熱容，密度以及導熱系數。

進一步的，所述邊界條件采用狄利克雷邊界條件，具體設定為求解區域的磁場強度初始值為零，而求解過程中模型空氣域邊界的磁場強度值也應為零。

進一步的，所述步驟S6具體為：

步驟S61：根據構建的幾何模型，設定主線圈和兩個輔助線圈的幾何尺寸范圍，以及通過線圈的初始電流，并將其作為粒子群算法的初始范圍；