[发明专利]一种电磁流量传感器的磁路结构优化设计方法

权利要求书

1.一种电磁流量传感器的磁路结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据未优化的电磁流量传感器实体样机及其相关的结构参数，构建初始的三维有限元仿真模型，对传感器的磁场参数、电参数进行初始仿真求解；

(2)设计磁路结构的影响因素水平表，并采用中心组合设计(CCD)方法设计试验方案，对试验方案进行仿真求解与计算得到传感器的性能评价指标响应值；

(3)根据步骤(2)获取的各个响应值，构造反映磁路结构变量输入与响应输出关系的二次响应面目标函数；

(4)运用基于满意度函数准则的遗传算法，对二次响应面目标函数进行非线性多目标优化，得到最优传感器磁路结构参数；

(5)根据最优的磁路结构参数进行三维建模和有限元仿真求解，验证优化效果；

所述步骤(1)具体是指：根据未优化电磁流量传感器实体样机测量管、线圈、磁轭、极靴的几何尺寸和材料属性，以轴对称方式构建三维几何模型，并基于三维几何模型建立流场、磁场和电场的耦合仿真模型，对传感器的磁场参数、电参数进行初始仿真求解；

所述步骤(2)具体是指：依据仿真分析结果，将线圈厚度m、磁轭宽度W、极靴宽度w、极靴轴长l作为主变量；除主变量外，磁路结构还和受主变量制约的从变量有关；由于不同主变量的从变量数量不同，且主从变量之间存在特定的函数关系，独立的影响因素仅为主变量；本步骤将线圈厚度m、磁轭宽度W、极靴宽度w、极靴轴长l作为主变量影响因素，感应电动势信号E、动态响应时间常数τ、电极截面磁感应强度平均值磁场均匀度U为性能评价指标，采用中心组合设计(CCD)方法，对影响因素设计试验方案，并对试验方案进行有限元仿真求解，得到响应结果；

所述步骤(3)具体是指：基于响应面的建模方法，构造性能评价指标E、τ、U与主变量影响因素m、W、w、l之间的二次响应面目标函数；

式中，x_i,x_j为主变量影响因素，其中i＝1,2,3,…,n，j＝1,2,3,…,n，n为影响因素个数，a₀,a_i,a_ii,a_ij,b₀,b_i,b_ii,b_ij,c₀,c_i,c_ii,d_ij,d₀,d_i,d_ii,d_ij为未知系数；

所述步骤(4)具体是指：根据传感器的不同测量工况，设定动态响应时间常数τ最大值为T₀；采用基于满意度函数的遗传算法，根据传感器不同测量工况，设定各目标函数权值占比，进行多目标优化；确定τ≤T₀时，获得最大感应电动势E_max、最大磁感应强度最优磁场均匀度U_min对应的电磁流量传感器磁路结构参数；

所述步骤(5)具体是指：根据最优磁路结构参数进行三维建模和有限元仿真求解，与未优化样机的模型仿真结果比较，验证优化效果。

2.如权利要求1所述的一种电磁流量传感器的磁路结构优化设计方法，其特征在于：所述传感器线圈适用于铜线用量相同的马鞍形线圈、圆形线圈、椭圆形线圈、矩形线圈、菱形线圈。