用于MHD角速度传感元件的磁路结构解析方法和装置

本技术涉及传感器，更具体地，涉及一种用于mhd角速度传感元件的磁路结构解析方法和装置。

背景技术：

1、随着空间科学技术的不断发展，高分辨率对地观测、深空探测、激光通信等空间技术对航天器有效载荷姿态稳定度和指向精度的要求不断提高，但有效载荷平台对微角振动扰动效应极为敏感，极易受到空间结构微角振动的影响。空间结构微角振动限制了高精度航天器有效载荷姿态和指向控制精度的进一步提高。

2、磁流体动力学（magnetohydrodynamics，mhd）角速度传感器兼具低噪声、宽频带、小型化、长寿命等特点，对加速度冲击不敏感，是目前航天器有效载荷平台宽频微角振动测量最直接、有效和可靠的传感器之一。

3、在实现本技术构思的过程中发现相关技术在计算对传感元件内导电流体环区域的磁感应强度分布时，其计算周期较长，且准确性较差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供了一种用于mhd角速度传感元件的磁路结构解析方法和装置。

2、本技术的一个方面提供了一种用于mhd角速度传感元件的磁路结构解析方法，包括：

3、响应于磁路解析指令，从目标数据库中获取与上述磁路解析指令对应的mhd角速度传感元件的磁路结构图的磁路结构参数；

4、基于磁路基尔霍夫定律，利用处理器根据上述磁路结构参数，生成第一关系表达式、第二关系表达式和本构关系表达式，其中，上述第一关系表达式表征上述mhd角速度传感元件中导电流体环所在气隙的平均磁感应强度与上述磁路结构参数的关系，上述第二关系表达式表征上述导电流体环所在气隙的平均磁场强度与上述磁路结构参数的关系，上述本构关系表达式表征上述mhd角速度传感元件中永磁体与上述气隙之间的关系；

5、根据上述磁路结构参数，生成漏磁系数；

6、基于上述漏磁系数，根据上述第一关系表达式、上述第二关系表达式和上述本构关系表达式，生成磁感应强度分布数据，其中，上述磁感应强度分布数据表征上述导电流体环所在气隙的磁感应强度分布关系。

7、根据本技术的实施例，上述磁路结构参数是通过如下方式生成的：

8、基于敏感轴对称性和中心平面对称性对上述磁路结构图进行简化处理，得到简化后的磁路结构图；

9、对上述简化后的磁路结构图进行参数提取，得到上述磁路结构参数。

10、根据本技术的实施例，基于磁路基尔霍夫定律，利用处理器根据上述磁路结构参数，生成第一关系表达式、第二关系表达式和本构关系表达式，包括：

11、基于磁路基尔霍夫第一定律，根据上述磁路结构参数，生成上述第一关系表达式；

12、基于磁路基尔霍夫第二定律，根据上述磁路结构参数，生成上述第二关系表达式；

13、根据上述磁路结构参数，生成上述本构关系表达式。

14、根据本技术的实施例，上述第一关系表达式如公式（1）所示，上述第二关系表达式如公式（2）所示，上述本构关系表达式如公式（3）所示：

15、（1）

16、其中， 为永磁体工作点磁感应强度， 为永磁体的磁极面积，为永磁体半径，为导电流体环工作气隙的平均磁感应强度，为导电流体环所在工作气隙面积，为导电流体环高度，为导电流体环内半径，为导电流体环外半径， 为漏磁系数；

17、（2）

18、其中，为永磁体工作点对应的磁场强度，为圆柱形永磁体高度，为导电流体环所在工作气隙的平均磁场强度，为工作气隙长度，为磁阻系数；

19、（3）

20、其中，为剩余磁感应强度，为回复磁导率，气隙区域由本构关系表征，其中是真空磁导率。

21、根据本技术的实施例，上述漏磁系数如公式（4）所示：

22、 （4）

23、其中，磁路中总磁通量主要由主要漏磁回路和工作磁通回路两个部分所构成，主要漏磁回路的磁通量记为，工作磁通回路代表穿过导电流体环的磁通回路，其磁通量记为，为永磁体半径，为导电流体环外半径，为导电流体环所在工作气隙面积，为导电流体环高度，为导电流体环内半径。

24、根据本技术的实施例，基于上述漏磁系数，根据上述第一关系表达式、上述第二关系表达式和上述本构关系表达式，生成磁感应强度分布数据，包括：

25、根据上述第一关系表达式、上述第二关系表达式和上述本构关系表达式，生成待求解函数集；

26、根据上述漏磁系数和上述待求解函数集，生成上述磁感应强度分布数据。

27、根据本技术的实施例，根据上述漏磁系数和上述待求解函数集，生成上述磁感应强度分布数据，包括：

28、将上述漏磁系数代入上述待求解函数集，得到目标表达式；

29、根据上述目标表达式和上述磁路结构参数，生成磁感应强度分布函数，其中，上述磁感应强度分布函数表征上述磁感应强度分布数据。

30、根据本技术的实施例，上述目标表达式如公式（5）所示：

31、（5）

32、其中，为导电流体环工作气隙的平均磁感应强度，为剩余磁感应强度，为圆柱形永磁体高度，为永磁体半径，为漏磁系数，为导电流体环高度，为导电流体环内半径，为导电流体环外半径，为回复磁导率。

33、根据本技术的实施例，上述磁感应强度分布函数如公式（6）所示：

34、（6）

35、其中，是导电流体环内磁感应强度矢量，是导电流体内磁感应强度的分布函数，是柱坐标系中的径向基坐标向量，为导电流体环平均半径，为导电流体环内部目标点的径向坐标。

36、本技术的另一个方面提供了一种用于mhd角速度传感元件的磁路结构解析装置，包括：

37、获取模块，用于响应于磁路解析指令，从目标数据库中获取与上述磁路解析指令对应的mhd角速度传感元件的磁路结构图的磁路结构参数；

38、第一生成模块，用于基于磁路基尔霍夫定律，利用处理器根据上述磁路结构参数，生成第一关系表达式、第二关系表达式和本构关系表达式，其中，上述第一关系表达式表征上述mhd角速度传感元件中导电流体环所在气隙的平均磁感应强度与上述磁路结构参数的关系，上述第二关系表达式表征上述导电流体环所在气隙的平均磁场强度与上述磁路结构参数的关系，上述本构关系表达式表征上述mhd角速度传感元件中永磁体与上述气隙之间的关系；

39、第二生成模块，用于根据上述磁路结构参数，生成漏磁系数；

40、第三生成模块，用于基于上述漏磁系数，根据上述第一关系表达式、上述第二关系表达式和上述本构关系表达式，生成磁感应强度分布数据，其中，上述磁感应强度分布数据表征上述导电流体环所在气隙的磁感应强度分布关系。

41、本技术的另一个方面提供了一种电子设备，包括：

42、一个或多个处理器；

43、存储器，用于存储一个或多个程序，

44、其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的方法。

45、本技术的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。

46、本技术的另一方面提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。

47、根据本技术的实施例，通过基于磁路基尔霍夫定律根据磁路结构参数，生成表征mhd角速度传感元件中导电流体环所在气隙的平均磁感应强度与磁路结构参数之间关系的第一关系表达式、表征导电流体环所在气隙的平均磁场强度与磁路结构参数之间关系的第二关系表达式和表征mhd角速度传感元件中永磁体与气隙之间关系的本构关系表达式，同时根据磁路结构参数，生成漏磁系数，便于根据漏磁系数、第一关系表达式、第二关系表达式和本构关系表达式，生成磁感应强度分布数据，从而可以准确、便捷地计算对传感元件内导电流体环区域的磁感应强度分布，进而指导传感元件磁路结构和材料参数的初步设计，大大缩短mhd角速度传感器研发周期。