[发明专利]基于阵列线圈的磁场补偿方法及设备

权利要求书

1.一种基于阵列线圈的磁场补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据待补偿磁场类型，选择对应的磁场分解方法，获取目标磁场的分解结果；

2)选择电流分布曲面，并建立阵列线圈中每个线圈内的电流密度函数，选择对应的电流密度分解方法分解电流密度函数；

3)根据毕奥-萨伐尔定律建立从电流密度的流函数中各个基函数与目标磁场分解得到的基函数之间的关系；

4)建立目标磁场分布优化函数；

5)根据得到的优化函数获取目标磁场的阵列线圈的参数优化结果，从而确定流函数分布和线圈结构。

2.根据权利要求1所述的基于阵列线圈的磁场补偿方法，其特征在于，阵列线圈的参数优化结果包括阵列线圈的形状、数量和阵列线圈中的电流的优化结果。

3.根据权利要求1所述的基于阵列线圈的磁场补偿方法，其特征在于，目标磁场的分解方法为谐波函数正交基分解，或其他基于希尔伯特空间基函数的分解方法，或是其他可保持磁场叠加的初始态的分解方法。

4.根据权利要求1所述的基于阵列线圈的磁场补偿方法，其特征在于，电流密度的分解方法为利用傅立叶级数进行分解，或是其他基于希尔伯特空间基函数的分解方法。

5.根据权利要求1所述的基于阵列线圈的磁场补偿方法，其特征在于，所述待补偿磁场为具有圆柱形磁体结构的Halbach磁体磁场，针对该磁场的磁场补偿方法包括以下步骤：

1)将目标磁场用谐波函数正交基展开成谐波函数表达式：

其中n、m为谐波函数的degree和order，r、θ、φ为极坐标变量，α_n，m、b_n，m为相应n、m阶次的谐波正交基幅度值，P^m_n为连带勒让德公式；

2)选择圆柱面为载流曲面，将电流密度简化为角向分量和轴向分量J_z，目标磁场(B_x，B_y，B_z)表示为：

其中，μ₀表示磁导率；r表示源点距离原点的矢量距离；r′表示目标场点距离原点的矢量距离；

对于一个Q×K的阵列线圈分布，每个线圈单元内的电流密度函数利用傅立叶级数展开表示为：

其中，v∈[1，V]，h∈[1，H]，

其中，V表示轴向傅立叶展开的级数；H表示角方向傅立叶展开的级数；R表示目标场点的半径；Z_q表示第q个单元轴向坐标；L表示载流曲面轴向半高度：表示对应第k行q列单元线圈，第(v，h)级傅立叶展开的幅值；表示表示第k个单元角向坐标；表示第k个单元的角分量，是旋转后的角分量；

3)根据毕奥-萨伐尔定律获得每个电流密度的流函数中各个基函数在目标磁场上所能产生的对应磁场分量的分布规律，从而建立从电流密度的流函数中各个基函数与目标磁场分解得到的基函数之间的关系；对于每个流函数中的基函数的幅值可以通过求解以下线性方程组实现：

其中，为对应第(n，m)目标磁场，第(k，q)个线圈的电流值；A_kq为对应(n，m)目标磁场，(k，q)线圈的系数矩阵；为目标磁场幅值；

4)建立从流函数到目标磁场分布之间的优化函数；

5)根据得到的优化函数获取提供目标磁场的阵列线圈的参数优化结果。

6.根据权利要求1所述的基于阵列线圈的磁场补偿方法，其特征在于，步骤4)中，建立优化函数时选择的优化参数包括储能、耗能、电感、磁场精度、电流效率中的一个或多个。