[发明专利]基于Matlab的空间磁场均匀性分析方法

说明书

本发明公开了基于Matlab的空间磁场均匀性分析方法，包括如下步骤：S1、预设真空磁导率，电阻率和线圈电压参数；S2、输入线圈参数，线圈参数包括线圈半径，线圈空间尺寸，线圈匝数，线圈线径和线圈间距；S3、自动选定观测区域并划分网格；S4、沿导线路径平均分割电流微元并计算各段中点坐标；S5、循环计算各观测点的磁感应强度；S6、对各观测点数据绘图分析磁场均匀性。本发明利用MATLAB软件强大的矩阵运算能力，将待测对象分成若干微元进行累加计算，并将目标区域划分观测点进行循环计算分析。其相对于一般数值计算法，仅需根据分析精度要求划分微元数量，编制简单的仿真代码，即可获得相应数值解；相比于有限元分析法来说，分析速度更快，适用性更普遍。

技术领域

本发明涉及一种磁场均匀性分析方法，特别涉及一种基于Matlab的空间磁场均匀性分析方法。

背景技术

对于通电线圈的磁场均匀性分析，一般有以下方法：1、理论分析法：主要有针对特定问题的数值计算法和针对特定应用场景的有限元分析法；2、实验测量法：需按照设计要求搭建待测磁场发生器的试验线圈，在要求电参数下使用高斯计进行实验测量，并对数据进行记录和分析处理，该方法需求较高实验成本和较长操作周期，故常用于理论结果验证。

一般来说通电螺线管，矩形线圈，圆形线圈等均可产生特定区域下的均匀磁场。常用作磁场发生器的线圈结构：如结构简单，应用广泛的Helmholtz线圈系统，可在其空间几何中心附近区域产生高均匀度的磁场；或较为复杂的Maxwell线圈系统，由两两对称处于公共球面的各段线圈组成，其可产生均匀度更高的空间磁场。针对各种不同应用场景，需要一种具有普遍性的方法对磁场均匀性进行分析评估和优化设计。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于Matlab的空间磁场均匀性分析方法，该方法相比于有限元分析法和实验测量法来说，具有更快的分析速度和更灵活普遍的适用性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于Matlab的空间磁场均匀性分析方法，包括如下步骤：

S1、预设真空磁导率，电阻率和线圈电压参数。

S2、输入线圈参数，所述的线圈参数包括线圈半径，线圈空间尺寸，线圈匝数，线圈线径和线圈间距。

S3、自动选定观测区域并划分网格。

S4、沿导线路径平均分割电流微元并计算各段中点坐标。

S5、循环计算各观测点的磁感应强度。

S6、对各观测点数据绘图分析磁场均匀性。

其中，所述步骤S2中，通过输入的线圈参数求出电流值I₀，电流值I₀的计算公式为：

其中，U₀为线圈电压参数，Dp为线圈线径，ρ为真空磁导率，wz为线圈Z轴空间尺寸，R为线圈半径，wa为线圈X轴方向匝数，wb为线圈Z轴方向匝数。

其中，所述步骤S5中，磁感应强度的计算公式为：

其中，I为源电流，L为积分路径，为电流路径微元，为电流元指向待求场点的单位向量，μ₀为真空磁导率，数值为4π×10^-7Tm/A。

其中，所述步骤S6中，判断目标区域磁场均匀性是否满足要求，如若满足，则结束测试，如若不满足，则返回步骤S2并重新输入线圈参数。