(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211174129.5 (22)申请日 2022.09.26 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 李建利　茅耘恺　刘占超　房建成　 庞昊颖　揭绍锋　陈文鹏　 (74)专利代理 机构 北京挺立专利事务所(普通 合伙) 11265 专利代理师 高福勇 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 微型核磁共振陀螺仪的径向自屏蔽磁场线 圈及其设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种微型核磁共振陀螺的径 向自屏蔽磁场线圈及其设计方法， 该线圈包括内 层圆柱形线圈骨架、 外层圆柱形线圈骨架、 内层 径向主线圈和外层径向屏蔽线圈。 内层径向主线 圈与外层径向屏蔽线圈由多对鞍型线圈组成， 内 层圆柱形线圈骨架及外层圆柱形线圈骨架的外 部有槽用于粘贴固定内层径向主线圈及外层径 向屏蔽线圈。 通过线圈中心原点的导数和目标区 域点的磁场相对误差、 衰减速率对线圈结构参数 进行优化设计。 本发明设计的径向自屏蔽磁场线 圈， 在气室区域产生高均匀磁场， 屏蔽线圈之外 的磁场迅速衰减， 抑制了线圈与磁屏蔽筒的耦 合， 避免磁屏蔽系统长期处于强磁场中被磁化， 减小因磁屏蔽因子 变化带来的磁场波动。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115422685 A 2022.12.02 CN 115422685 A 1.一种微型核磁共振陀螺的径向自屏蔽磁场线圈的设计方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： S1、 确定线圈基本结构： 径向自屏蔽磁场线圈包括内层径向主线圈和外层径向屏蔽线 圈， 根据使用场景的实际尺寸限制 确定两层线圈的半径Rm与Rs， 及组成两层线圈的鞍型线圈 数量k对与n对； S2、 求出线圈于目标点处产生的磁场； S3、 求出线圈中心 原点处二阶导数； S4、 结合线圈中心原点的导数信 息和目标 区域点的磁场信 息通过优化算法来完成线圈 参数设计： 将气室区域磁场均匀 性与屏蔽线圈外磁场衰减速度作为共同的优化目标， 通过 遗传算法优化径向 自屏蔽磁场线圈的参数使得目标函数的值 最小。 2.根据权利要求1所述的微型核磁共振陀螺的径向自屏蔽磁场线圈的设计方法， 其特 征在于， 步骤S1的径向自屏蔽磁场线圈， 内层径向主线圈和外层径向屏蔽线圈分别由k对、 n 对鞍型线圈组成， k与n均取5， 两层线圈高度与所在圆柱面的半径之比小于 3。 3.根据权利要求2所述的微型核磁共振陀螺的径向自屏蔽磁场线圈的设计方法， 其特 征在于， 步骤S2中， 径向 自屏蔽磁场线圈于目标点处产生磁场的x轴方向分量 为： 其中， Bx为径向自屏蔽磁场线圈在该点处产生的x方向总磁场， 为内层径向主线圈中 第i对鞍型线圈在该点处产生的x方向磁场， 为外层径向屏蔽线圈中第j对鞍 型线圈在该 点处产生 的x方向磁场， θim为第i对内层径向主线圈圆弧段圆心角， θjs为第j对外层径向屏 蔽线圈圆弧段圆心角， him为第i对内层径向主线圈长边高度， hjs为第j对外层径向屏蔽线圈 长边高度。 y轴径向自屏蔽磁场线圈通过x轴径向自屏蔽磁场线圈绕z轴旋转90 °得到， 于目标点处 产生磁场的y轴分量By与Bx大小相等。 4.根据权利要求2所述的微型核磁共振陀螺的径向自屏蔽磁场线圈的设计方法， 其特 征在于， 步骤S3的线圈中心原点(0,0,0)处二阶导数中， 存在 三个不为0的导数： 其中， 为径向自屏蔽磁场线圈于线圈中心原点(0,权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422685 A 20,0)处产生的x、 y、 z方向的二阶导数， 为 内层径向主线圈中第i对鞍型线圈于线圈中心原点(0,0,0)处产生的x、 y、 z方向的二阶导 数， 为外层径向屏蔽线圈中 第j对鞍型线圈于线圈中心 原点(0,0,0)处产生的x、 y、 z方向的二阶导数。 5.根据权利要求2所述的微型核磁共振陀螺的径向自屏蔽磁场线圈的设计方法， 其特 征在于， 步骤S4的目标函数如下： 其中， (xp,yp,zp)代表气室敏感区域第p个 目标点坐标， (xq,yq,zq)代表屏蔽线圈外、 屏 蔽筒内第q个目标点坐标， Bx(xp,yp,zp)是气室敏感区域内第p个目标点 处的磁场， Bx(xq,yq, zq)为屏蔽线圈外、 屏蔽筒内的第q个目标点处的磁场， 代表气室 敏感区域内目标点处磁场与原点磁场的相对误差， 代表屏蔽线圈外、 屏蔽 筒内的目标点处磁场的衰减速率， u为线圈中心气室敏感区域内的目标点个数， v为屏蔽线 圈外、 屏蔽筒内的目标点个数， w1、 w2、 w3、 w4、 w5为权重参数， θ1m，…θkm， θ1s，…, θns， h1s，…， hks， h1s，…， hns为待求参数。 6.一种微型核磁共振陀螺的径向自屏蔽磁场线 圈， 其特征在于， 根据权利要求1所述的 微型核磁共振陀螺的径向自屏蔽磁场线圈的设计方法得到， 由内致外依次为内层圆柱形主 线圈骨架(5)、 内层径向主线圈(4)、 外层圆柱形屏蔽线圈骨架(2)、 外层径向屏蔽线圈(3)和 磁屏蔽筒(1)， 其中， 内层圆柱形主线圈骨架(5)的内部放置气室(6)， 内层圆柱形主线圈骨 架(5)及外层圆柱形屏 蔽线圈骨架(2)的外部均设有凹槽用于粘贴并固定内层径向主线圈 (4)及外层径向屏蔽线圈(3)， 外层径向屏蔽线圈(3)与内层径向主线圈(4)共同产生x、 y方 向的磁场。 7.根据权利要求5所述的微型核磁共振陀螺的径向自屏蔽磁场线圈， 其特征在于， 所述 外层径向屏 蔽线圈(3)由5对绕外层圆柱形屏 蔽线圈骨架(2)对称粘贴 的鞍型线圈组成， 外 层径向屏蔽线圈(3)的圆弧段圆心角 θs范围是15 °～150°。 8.根据权利要求5所述的微型核磁共振陀螺的径向自屏蔽磁场线圈， 其特征在于， 所述 内层径向主线圈(4)由5对绕内层圆柱形主线圈骨架(5)对称粘贴的鞍型线圈组成， 内层径 向主线圈(4)的圆弧段圆心角 θm范围是15 °～150°。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422685 A 3