[發(fā)明專利]一種平板型勻場線圈的設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110548640.6
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113030810B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳方;樊萌;劉朝陽;張志;馮繼文;陳俊飛;陳黎;程鑫;鮑慶嘉;汪慧娟;王佳鑫;楊李澤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院
• 主分類號: G01R33/34
• 分類號: G01R33/34
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所(普通合伙) 42001
• 代理人: 李鵬

1.一種平板型勻場線圈的設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、首先對平板勻場線圈組中的平板勻場線圈一和平板勻場線圈二各自所在的線圈圓平面進行網(wǎng)格劃分獲得各個網(wǎng)格節(jié)點；

步驟2、在目標(biāo)圓球面上選取目標(biāo)點；

步驟3、建立網(wǎng)格節(jié)點電流密度流函數(shù)和網(wǎng)格節(jié)點電流密度的有限差分關(guān)系；

步驟4、設(shè)置目標(biāo)點磁場強度，即第一平板勻場線圈組對應(yīng)的目標(biāo)點磁場強度為和第二平板勻場線圈組對應(yīng)的目標(biāo)點磁場強度為；分別為目標(biāo)點在直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值；

步驟5、建立網(wǎng)格節(jié)點電流密度流函數(shù)和目標(biāo)點磁場強度z軸方向分量之間的方程組；

步驟6、構(gòu)造功耗和局部均勻分布組合約束函數(shù)H，根據(jù)功耗和局部均勻分布組合約束函數(shù)獲得約束矩陣 L，利用Tikhonov正則化方法求解步驟5中的網(wǎng)格節(jié)點電流密度流函數(shù)和目標(biāo)點磁場強度z軸方向分量之間的方程組，得到網(wǎng)格節(jié)點電流密度流函數(shù)的具體數(shù)值；

其中，為功耗約束權(quán)重系數(shù)，為局部均勻分布權(quán)重系數(shù)，R1為線圈圓平面的半徑，為繞圓周的角度方向網(wǎng)格電流密度，為徑向方向網(wǎng)格電流密度，r為半徑變量，為網(wǎng)格節(jié)點繞圓周的角度變量；

步驟7、根據(jù)網(wǎng)格節(jié)點電流密度流函數(shù)在對應(yīng)的線圈圓平面上的分布的等勢線做等差值排布即得到勻場線圈的繞線模式。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平板型勻場線圈的設(shè)計方法，其特征在于，所述的步驟1中：

選擇平板勻場線圈一所在線圈圓平面的其中一個徑向射線為起始徑向射線，按照順時針或者逆時針對各個徑向射線進行編號，平板勻場線圈一所在線圈圓平面的起始徑向射線的編號為1，選擇平板勻場線圈二所在線圈圓平面的其中一個徑向射線為起始徑向射線，按照順時針或者逆時針對各個徑向射線進行編號，平板勻場線圈二所在線圈圓平面的起始徑向射線的編號為平板勻場線圈一所在線圈圓平面的終止徑向射線的編號E加1，徑向射線的編號用i表示；

選擇平板勻場線圈一所在線圈圓平面的最內(nèi)圈的同心劃分圓的編號為1，按照內(nèi)圈至外圈對平板勻場線圈一所在線圈圓平面的各個同心劃分圓進行編號，選擇平板勻場線圈二所在線圈圓平面的最內(nèi)圈的同心劃分圓的編號為平板勻場線圈一所在線圈圓平面的最外圈的同心劃分圓的編號F加1，按照內(nèi)圈至外圈對平板勻場線圈二所在線圈圓平面的各個同心劃分圓進行編號，同心劃分圓的編號用j表示。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種平板型勻場線圈的設(shè)計方法，其特征在于，所述的步驟3中，網(wǎng)格節(jié)點電流密度包括繞圓周的角度方向網(wǎng)格電流密度和徑向方向網(wǎng)格電流密度，網(wǎng)格節(jié)點電流密度流函數(shù)和網(wǎng)格節(jié)點電流密度的有限差分關(guān)系為：

其中，網(wǎng)格節(jié)點表示網(wǎng)格節(jié)點和網(wǎng)格節(jié)點之間的中間節(jié)點；網(wǎng)格節(jié)點表示網(wǎng)格節(jié)點和網(wǎng)格節(jié)點之間的中間節(jié)點；為網(wǎng)格節(jié)點所在的半徑,為相鄰徑向射線之間的角度，為相鄰?fù)膭澐謭A的半徑差值。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種平板型勻場線圈的設(shè)計方法，其特征在于，所述的步驟5包括以下步驟：

步驟5.1、建立目標(biāo)點磁場強度z軸方向分量的控制方程的離散方程；

其中，i不等于E，j不等于F ，為真空磁導(dǎo)率，為網(wǎng)格節(jié)點繞圓周的角度變量，zs為網(wǎng)格節(jié)點在直角坐標(biāo)系下的z軸值，f= 1，2…N，為第f個目標(biāo)點在直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，

步驟5.2、根據(jù)目標(biāo)點磁場強度z軸方向分量的控制方程的離散方程，建立網(wǎng)格節(jié)點電流密度流函數(shù)和目標(biāo)點磁場強度z軸方向分量之間的方程組：

為第一個網(wǎng)格節(jié)點到第M個網(wǎng)格節(jié)點電流密度流函數(shù)，……，為網(wǎng)格節(jié)點電流密度流函數(shù)的系數(shù)，M為兩個線圈圓平面網(wǎng)格劃分得到的所有網(wǎng)格節(jié)點的總數(shù)目，N為目標(biāo)點的總數(shù)目，為第一個目標(biāo)點磁場強度z軸方向分量到第N個目標(biāo)點磁場強度z軸方向分量。