[发明专利]三相三层正六边形线圈阵列的空间磁场均匀性优化方法

权利要求书

1.三相三层正六边形线圈阵列的空间磁场均匀性优化方法，其特征在于：步骤1、将正六边形线圈等效为圆形线圈，建立单个正六边形线圈在任一点P磁场强度幅值的表达式，具体过程如下：

将正六边形线圈边长等效为圆形线圈的半径a；单层正六边形线圈阵列中第i个圆形线圈在空间任意一点p(x,y,z)产生的磁场在沿x,y,z轴的幅值分量分别为A_xi,A_yi,和A_zi，如式(2)所示，

式(2)中，ρ_i、z分别为点p在以第i个圆形线圈圆心为作为坐标原点的圆柱坐标系中的径向距离、方位角、高度；K(·)、E(·)分别表示第一类、第二类的完全椭圆积分运算；

步骤2、建立单层正六边形线圈阵列在任一点P磁场强度幅值的表达式

建立以单层正六边形线圈阵列所在平面为xoy平面的空间直角坐标系；单层正六边形线圈阵列内所有正六边形线圈的中心点坐标已知；单层正六边形线圈阵列在点p产生的x轴方向的磁场分量为H_x，y轴方向的磁场分量为H_y，z轴方向的磁场分量H_z，表达式如式(3)所示；

式(3)中，A_x、A_y、A_z分别为x轴方向的磁场分量为H_x、y轴方向的磁场分量为H_y、z轴方向的磁场分量H_z的幅值，表达式如式(4)所示：α_x、α_y、α_z分别为x轴方向的磁场分量为H_x、y轴方向的磁场分量为H_y、z轴方向的磁场分量H_z的初始相位，表达式如式(5)所示：

式(4)中，θ_i、θ_j分别为单层正六边形线圈阵列的第i、j个圆形线圈的初始相位；

步骤3、建立三相三层发送线圈阵列对任一位置、姿态的接收线圈的有效磁场表达式

3-1.计算单层正六边形线圈阵列在空间任意一点产生的有效磁场H_n；如式(6)所示；

H_n＝A_xcos(ωt+α_x)·sinβ_zcosγ+A_ycos(ωt+α_y)·sinβ_zsinγ+A_zcos(ωt+α_z)·cosβ_z (6)

式(6)中，β_Z为接收线圈的俯仰角；γ为接收线圈的方位角；

3-2.根据式(2)、(3)和(4)，分别建立起出三相三层发送线圈阵列中三个单层正六边形线圈阵列对接受线圈的有效磁场H_n表达式，取所得三个有效磁场H_n表达式的幅值的平均数作为有效磁场综合幅值；

步骤4、计算不同线圈半径a对应的平均有效磁场、最小有效磁场；

4-1.建立线圈半径a的候选数据集A＝{a₁,a₂,…,a_m}，m为候选数据集A内的元素个数；a₁,a₂,…,a_m为预先筛选出的满足尺寸要求的三相三层正六边形线圈阵列内单个线圈的边长；

4-2.将线圈半径a的数值依次设置为a₁,a₂,…,a_m，每个线圈半径的数值均在多个接收线圈俯仰角β_Z和方位角γ、多个接收线圈的中心点位置下分别计算有效磁场综合幅值；接收线圈不同姿态、不同位置时的对应有效磁场综合幅值形成有效磁场数据集；求取有效磁场数据集内的各个元素平均值、最小值，作为当前线圈半径a对应的平均有效磁场幅值、最小有效磁场幅值；

步骤5、根据步骤4得到的各线圈半径对应的平均有效磁场幅值、最小有效磁场幅值，筛选出最佳线圈半径作为三相三层正六边形线圈阵列内各个正六边形线圈的边长。