[發明專利]一種用于原子氣室的雙面電加熱片磁場抑制構型設計方法

在審

• 申請號: 202310280451.4
• 申請日: 2023-03-22
• 公開（公告）號: CN116611306A
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 陸吉璽;汪惠敏;王淑瑩;逯斐;戚一搏;徐諾舟;全偉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F111/04;G06F119/08
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 吳小燦

一種用于原子氣室的雙面電加熱片磁場抑制構型設計方法，以解決上述背景技術提出的電加熱結構產生的干擾磁場和磁場梯度的問題，通過對上下兩面加熱片參數的同時優化設計，形成整體的結構以有效抑制電加熱磁場，同時提升磁場均勻性，其特征在于，利用基于帕雷托排序的NSGA?II算法，對位于氣室對稱面的兩片電加熱片參數進行同時優化設計、得到兩片電加熱片的最優參數組合，實現雙面電加熱片的同時優化走線設計。

技術領域

本發明涉及一種用于原子氣室的雙面電加熱片磁場抑制構型設計方法，屬于原子傳感器技術領域。

背景技術

微小型原子磁強計等原子傳感器對磁場十分敏感。但是原子傳感器在工作時通常需要將原子氣室進行加熱達到特定的原子密度，這就要求加熱源本身盡量不引入磁場干擾。目前原子傳感器中多采用電加熱方式，加熱電流的存在勢必會引入干擾磁場，需要設計特殊構型的加熱片走線對其自身產生的磁場進行抑制。常規的設計方法是針對單面的加熱片構型進行走線設計，缺點是單面加熱片在軸向上會產生梯度磁場，而且其磁場抑制效果也相對有限。為了解決這個問題，本發明人發明了一種用于原子氣室的雙面電加熱片磁場抑制構型設計方法，不僅可以在進一步大幅減小電加熱片自身產生的磁場同時還提升了電加熱磁場的均勻性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于原子氣室的雙面電加熱片磁場抑制構型設計方法，以解決上述背景技術提出的電加熱結構產生的干擾磁場和磁場梯度的問題，通過對上下兩面加熱片參數的同時優化設計，形成整體的結構以有效抑制電加熱磁場，同時提升磁場均勻性。

為實現上述目的，本發明提供如下技術解決方案：

一種用于原子氣室的雙面電加熱片磁場抑制構型設計方法，其特征在于，利用基于帕雷托排序的NSGA-II算法，對位于氣室對稱面的兩片電加熱片參數進行同時優化設計、得到兩片電加熱片的最優參數組合，實現雙面電加熱片的同時優化走線設計。

包括以下步驟：

步驟1，建立坐標系，確定兩片加熱基底所在平面和性能評價指標；

步驟2，確定待測參數；

步驟3，建立第1目標函數集合f₁；

步驟4，建立第2目標函數集合f₂；

步驟5，確定各個待測參數的取值范圍，進行最優值求解；

步驟6，進行多次最優值求解，從多組數據中篩選出理想值，從而得到整體加熱構型的具體參數；

步驟7，將各個獨立的加熱線圈連通成整體加熱構型，加熱電流處處同步相等，上片和下片加熱片連通時設計成鏡面對稱結構。

所述步驟1中包括：以下片加熱基底幾何中心為原點建立XYZ空間直角坐標系，x軸和y軸處于加熱基底所在平面內，在z＝h的地方選取平行平面作為上片加熱膜的基底，h表示兩片加熱基底之間的距離，h的具體參數由氣室的尺寸大小給出；在氣室的中心區域選取a×a×a的方形區間作為目標區域，目標區域的大小同樣由氣室尺寸決定，在中心區域選取M個目標點P，用多個目標點的平均值來表征整個目標區域，因此M的取值需要盡可能的大；以兩面加熱片在目標區域即原子氣室的中心區域產生的磁感應強度大小的平均值作為加熱構型的磁場抑制能力的評判標準，以加熱構型在目標區域內的所有目標點和中心點產生的磁感應強度的差值與中心點磁感應強度之比的最大值作為評價磁場均勻性好壞的指標。

所述步驟2中包括：加熱構型由在加熱基底所在的z＝0和z＝h兩個平面內的多個方形加熱線圈組成，下片加熱線圈的幾何中心位于原點，上片加熱線圈的集合中心位于(0，0，h)，將各個加熱線圈的半邊長形成的集合L、電流方向集合I以及線圈個數N_i設為待求參數。