匀强磁场的产生方法、磁场线圈、装置、设备和存储介质与流程

1.本技术涉及电磁场技术领域，特别是涉及一种匀强磁场的产生方法、磁场线圈、装置、设备和存储介质。


背景技术：

2.磁场线圈是计量仪表等设备中的关键部件，磁场线圈产生的磁场的均匀性是衡量设备质量的重要指标。
3.传统方法中，可以通过弧形和直线段组成的线圈，在圆柱形空间中产生匀强磁场。但是，由于上述线圈中包含了直线段，使得该线圈所产生的匀强磁场的均匀性低。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种匀强磁场的产生方法、磁场线圈、装置、设备和存储介质。
5.一种匀强磁场的产生方法，方法包括：
6.向绕制于圆柱面上的至少两个磁场线圈组注入电流；至少两个磁场线圈组分别沿圆柱面的第一径向方向和第二径向方向设置，第一径向方向与第二径向方向正交；磁场线圈组包括沿径向方向对称布置的两个鞍形线圈，鞍形线圈由圆形或椭圆形线圈包围在圆柱面上，并在圆柱面的高度方向上伸缩而成；
7.向设置于圆柱面的高度方向设置的单环线圈注入电流；
8.通过至少两个磁场线圈组以及单环线圈，在圆柱面围成的区域产生匀强磁场。
9.在其中一个实施例中，第一径向方向和第二径向方向上，均设置第一磁场线圈组和第二磁场线圈组；在圆柱面围成的空间区域中，第一磁场线圈组和第二磁场线圈组在同一个坐标点的磁场偏差之和小于预设阈值；磁场偏差为坐标点的磁感应强度与空间区域的中心位置的磁感应强度的差值。
10.在其中一个实施例中，上述方法还包括：
11.按照预设步长对鞍形线圈的曲线参数的取值范围进行遍历，获得多个备选鞍形线圈；
12.在多个备选鞍形线圈中，搜索满足预设条件的第一磁场线圈组的鞍形线圈，以及第二磁场线圈组的鞍形线圈。
13.在其中一个实施例中，在多个备选鞍形线圈中，搜索满足预设条件的第一磁场线圈组的鞍形线圈，以及第二磁场线圈组的鞍形线圈，包括：
14.针对每个备选鞍形线圈，计算备选磁场线圈组在空间区域的目标坐标点处的备选磁场偏差；其中，备选磁场线圈组由两个备选鞍形线圈组成；
15.根据预设阈值，在各备选磁场偏差中选择第一磁场偏差和第二磁场偏差；第一磁场偏差与第二磁场偏差的和小于预设阈值；
16.将第一磁场偏差对应的备选鞍形线圈，确定为第一磁场线圈组的鞍形线圈，将第
二磁场偏差对应的备选鞍形线圈，确定为第二磁场线圈组的鞍形线圈。
17.在其中一个实施例中，根据预设阈值，在各备选磁场偏差中选择第一磁场偏差和第二磁场偏差，包括：
18.根据预设阈值和预设绕线要求，在各备选磁场偏差中选择第一磁场偏差和第二磁场偏差；绕线要求包括第一磁场线圈组和第二磁场线圈组等高，或第一磁场线圈组和第二磁场线圈组周向相接。
19.在其中一个实施例中，上述方法还包括：
20.根据圆柱面的几何参数以及预设的结构设计要求，确定曲线参数的取值范围；曲线参数包括鞍形线圈的半张角和高度调节系数；取值范围包括半张角取值范围和高度调节系数取值范围。
21.在其中一个实施例中，结构设计要求包括圆柱面的开孔区域；根据圆柱面的几何参数以及预设的结构设计要求，确定曲线参数的取值范围，包括：
22.根据圆柱面的几何参数以及开孔区域，确定第一磁场线圈组的半张角取值范围，使得各备选磁场线圈组的绕制位置避让开孔区域；
23.根据圆柱面的几何参数，确定高度调节系数取值范围。
24.在其中一个实施例中，两个磁场线圈组的电流大小相等，方向相同；方法还包括：
25.计算第一磁场线圈组在中心位置产生的第一磁感应强度，以及第二磁场线圈组在中心位置产生的第二磁感应强度；
26.计算第一磁感应强度与第二磁感应强度的比值；
27.根据比值，确定第一磁场线圈组与第二磁场线圈组的匝数比；匝数比与比值成反比。
28.一种均匀磁场线圈，包括：沿圆柱面的第一径向方向绕制的至少一个磁场线圈组、沿圆柱面的第二径向方向设置的至少一个磁场线圈组，以及沿圆柱面的高度方向设置的单环线圈；其中，磁场线圈组包括沿圆柱面的径向方向对称布置的两个鞍形线圈，鞍形线圈由圆形或椭圆形线圈包围在圆柱面上，并在圆柱面的高度方向上伸缩而成；第一径向方向与第二径向方向正交。
29.在其中一个实施例中，至少一个磁场线圈组包括第一磁场线圈组和第二磁场线圈组；
30.在圆柱面围成的空间区域中，第一磁场线圈组和第二磁场线圈组在同一个坐标点的磁场偏差之和小于预设阈值；磁场偏差为坐标点的磁感应强度与空间区域的中心位置的磁感应强度的差值。
31.一种匀强磁场的产生装置，装置包括：
32.第一注入模块，用于向绕制于圆柱面上的至少两个磁场线圈组注入电流；至少两个磁场线圈组分别沿圆柱面的第一径向方向和第二径向方向设置，第一径向方向与第二径向方向正交；磁场线圈组包括沿径向方向对称布置的两个鞍形线圈，鞍形线圈由圆形或椭圆形线圈包围在圆柱面上，并在圆柱面的高度方向上伸缩而成；
33.第二注入模块，用于向设置于圆柱面的高度方向设置的单环线圈注入电流；
34.产生模块，用于通过至少两个磁场线圈组以及单环线圈，在圆柱面围成的区域产生匀强磁场。
35.一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行上述匀强磁场的产生方法的步骤。
36.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述匀强磁场的产生方法的步骤。
37.上述匀强磁场的产生方法、磁场线圈、装置、设备和存储介质，计算机设备向绕制于圆柱面上的至少两个磁场线圈组注入电流；并向设置于圆柱面的高度方向设置的单环线圈注入电流；然后，通过至少两个磁场线圈组以及单环线圈，在圆柱面围成的区域产生匀强磁场；其中，上述至少两个磁场线圈组分别沿圆柱面的第一径向方向和第二径向方向设置，第一径向方向与第二径向方向正交；磁场线圈组包括沿径向方向对称布置的两个鞍形线圈，鞍形线圈由圆形或椭圆形线圈包围在圆柱面上，并在圆柱面的高度方向上伸缩而成。由于磁场线圈组中包括沿径向方向对称布置的两个鞍形线圈，使得两个鞍形线圈可以在圆柱面的不同径向方向上产生匀强磁场；并且，由于圆柱面上的磁场线圈组中，鞍形线圈是由圆形或椭圆形线圈包围在圆柱面上，并在圆柱面的高度方向上伸缩而成的，因此在整个鞍形线圈中不包含直线段部分，使得匀强磁场的均匀度更高；进一步地，圆柱面在正向的径向方向上分别设置了磁场线圈组，并且在圆柱面的高度方向设置了单环线圈，使得至少两个磁场线圈组和单环线圈可以在圆柱面围成的空间区域多个方向上，产生匀强磁场，大大提升了匀强磁场的均匀度。
附图说明
38.图1为一个实施例中匀强磁场的产生方法的应用环境图；
39.图2为一个实施例中匀强磁场的产生方法的流程示意图；
40.图3为一个实施例中匀强磁场的产生方法的示意图；
41.图4为一个实施例中匀强磁场的产生方法的示意图；
42.图5为另一个实施例中匀强磁场的产生方法的示意图；
43.图6为另一个实施例中匀强磁场的产生方法的流程示意图；
44.图7为另一个实施例中匀强磁场的产生方法的流程示意图；
45.图8为另一个实施例中均匀磁场线圈的示意图；
46.图9为一个实施例中匀强磁场的产生装置的结构框图；
47.图10为一个实施例中匀强磁场的产生装置的结构框图；
48.图11为一个实施例中匀强磁场的产生装置的结构框图；
49.图12为一个实施例中匀强磁场的产生装置的结构框图；
50.图13为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
51.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
52.本技术提供的匀强磁场的产生方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，计算机设备200可以与磁场线圈组100连接，向磁场线圈组注入电流。上述计算机设备100可
以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
53.在一个实施例中，如图2所示，提供了一种匀强磁场的产生方法，以该方法应用于图1中的计算机设备为例进行说明，包括：
54.s101、向绕制于圆柱面上的至少两个磁场线圈组注入电流；至少两个磁场线圈组分别沿圆柱面的第一径向方向和第二径向方向设置，第一径向方向与第二径向方向正交；磁场线圈组包括沿径向方向对称布置的两个鞍形线圈，鞍形线圈由圆形或椭圆形线圈包围在圆柱面上，并在圆柱面的高度方向上伸缩而成。
55.其中，上述圆柱面用于构成圆柱形空间，本技术中对圆柱面的材料不做限制。另外，上述圆柱面上还可以设置匀强磁场的激励电流入口，上述激励电流入口可以设置于圆柱面高度方向上的中心位置，也可以设置于其它高度位置。
56.上述圆柱面上可以沿径向方向绕制至少两个磁场线圈组。上述圆柱面包括相互正交的两个径向方向，第一径向方向和第二径向方向。上述至少两个磁场线圈组分别沿上述两个径向方向设置；需要说明的是，沿第一径向方向设置的磁场线圈组的数量，与沿第二径向方向设置的磁场线圈组的数量可以相同，也可以不同；例如，沿第一径向方向设置两个磁场线圈组，沿第二径向方向也设置两个磁场线圈组。
57.上述磁场线圈组可以包括沿圆柱面的径向方向对称布置的两个鞍形线圈；上述鞍形线圈由圆形或椭圆形线圈包围在圆柱面上，并在圆柱面的高度方向上伸缩而成。需要说明的是，沿第一径向方向设置的磁场线圈组中鞍形线圈的曲线参数，与沿第二径向方向设置的磁场线圈组中鞍形线圈的曲线参数可以相同，也可以不同。
58.以图3为例对上述磁场线圈组进行说明。圆柱面位于直角坐标系中，圆柱面的轴向沿z轴方向，圆柱面的径向方向平行于xoy平面。以第一径向方向为x轴方向为例，磁场线圈组中的两个鞍形线圈，分别由圆心位于x轴上的正半轴和负半轴上的圆形线圈包围在圆柱面上而成。鞍形线圈上每个点的坐标{x,y,z}的可以表示如下：
[0059][0060]
其中，r为圆柱面的半径；为圆形线圈的半径；为鞍形线圈的半张角，θ为圆形线圈的方位角，k
z
为鞍形线圈的高度调节系数，上述高度调节系数决定鞍形线圈在高度方向上的变化范围。
[0061]
相应地，第二径向方向可以为y轴，第二径向方向上设置的鞍形线圈的可以表示如下：
[0062][0063]
其中，r为圆柱面的半径；为圆形线圈的半径；为鞍形线圈的半张角，θ为圆形线圈的方位角，k
z
为鞍形线圈的高度调节系数，上述高度调节系数决定鞍形线圈在高度方向上的变化范围。
[0064]
计算机设备可以控制磁场线圈组的输入电流，计算机设备可以向上述磁场线圈组
中按照预设的电流参数注入电流，也可以根据用户设置的磁场需求，计算对应的电流参数，然后向磁场线圈组注入电流；对于电流的注入方式在此不做限定。
[0065]
计算机设备可以向不同径向方向的磁场线圈，注入不同参数的电流。例如，计算机设备向沿第一径向方向设置的磁场线圈组注入电流i1，向沿第二径向方向设置的磁场线圈组注入电流i2。
[0066]
s102、向设置于圆柱面的高度方向设置的单环线圈注入电流。
[0067]
在沿圆柱面的高度方向上，设置有至少两个单环线圈。上述单环线圈可以分别设置于圆柱面的上方和下方，也可以沿圆柱面的高度方向上间隔设置多个单环线圈；上述多个单环线圈之间的间隔可以相同，也可以不同；对于单环线圈的设置方式在此不做限定。上述两个单环线圈可以在圆柱面的高度方向上产生匀强磁场。上述单环线圈可以是barker线圈，也可以是亥姆霍兹线圈，在此不做限定。上述单环线圈的参数可以基于圆柱面的半径确定。
[0068]
以图4所示的均匀磁场线圈为例，线圈1为沿第一径向方向设置的磁场线圈组；线圈2为沿第二径向方向设置的磁场线圈组，另外，上述圆柱面上还可以包括沿高度方向设置的单环线圈。
[0069]
s103、通过至少两个磁场线圈组以及单环线圈，在圆柱面围成的区域产生匀强磁场。
[0070]
上述沿第一径向方向和第二径向方向设置的磁场线圈组，在被注入电流之后，可以在圆柱面的对应的径向方向上产生匀强磁场。上述匀强磁场中，在沿径向方向上各个坐标点的磁感应强度的差值小于预设阈值。
[0071]
继续以图3中沿第一径向方向设置的磁场线圈组为例，对于磁场线圈组中的其中一个鞍形线圈，在圆柱面围成的空间坐标点{x,y,z}处产生的磁感应强度，可以通过上述鞍形线圈的表达式计算获得。
[0072]
对于原点位置位于x轴正半轴的鞍形线圈，在空间坐标点{x,y,z}处产生的磁感应强度可以表示为：
[0073][0074][0075]
[0076]
其中，μ0为真空磁导率，n、i分别为鞍形线圈的匝数与所通过的电流大小。
[0077]
原点位置位于x轴正半轴的鞍形线圈与原点位置位于x轴负半轴的鞍形线圈，对称布置在x轴的两侧，其鞍形线圈的半径、半张角、高度调节系数等曲线参数相同、线圈匝数相同，所通过的电流大小也相同。
[0078]
对于原点位置位于x轴负半轴的鞍形线圈，在空间坐标点{x,y,z}处产生的磁感应强度可以表示为：
[0079][0080][0081][0082]
对于磁场线圈组在在空间坐标点{x,y,z}处产生的，为该磁场线圈组中两个鞍形线圈所产生的磁感应强度之和，可以表示为：
[0083]
[0084][0085][0086]
计算机设备可以通过坐标变化，采用与上述相同的计算方式，获得沿第二径向方向设置的一个磁场线圈组产生的磁感应强度。
[0087]
对于上述单环线圈，可以基于毕奥萨伐尔定律，获得单环线圈产生的磁感应强度。上述单环线圈可以在圆柱面的高度方向上产生匀强磁场。
[0088]
上述匀强磁场的产生方法，计算机设备向绕制于圆柱面上的至少两个磁场线圈组注入电流；并向设置于圆柱面的高度方向设置的单环线圈注入电流；然后，通过至少两个磁场线圈组以及单环线圈，在圆柱面围成的区域产生匀强磁场；其中，上述至少两个磁场线圈组分别沿圆柱面的第一径向方向和第二径向方向设置，第一径向方向与第二径向方向正交；磁场线圈组包括沿径向方向对称布置的两个鞍形线圈，鞍形线圈由圆形或椭圆形线圈包围在圆柱面上，并在圆柱面的高度方向上伸缩而成。由于磁场线圈组中包括沿径向方向对称布置的两个鞍形线圈，使得两个鞍形线圈可以在圆柱面的不同径向方向上产生匀强磁场；并且，由于圆柱面上的磁场线圈组中，鞍形线圈是由圆形或椭圆形线圈包围在圆柱面上，并在圆柱面的高度方向上伸缩而成的，因此在整个鞍形线圈中不包含直线段部分，使得匀强磁场的均匀度更高；进一步地，圆柱面在正向的径向方向上分别设置了磁场线圈组，并且在圆柱面的高度方向设置了单环线圈，使得至少两个磁场线圈组和单环线圈可以在圆柱
面围成的空间区域多个方向上，产生匀强磁场，大大提升了匀强磁场的均匀度。
[0089]
在一个实施例中，在上述实施例的基础上，第一径向方向和第二径向方向上，均设置第一磁场线圈组和第二磁场线圈组；在圆柱面围成的空间区域中，第一磁场线圈组和第二磁场线圈组在同一个坐标点的磁场偏差之和小于预设阈值；磁场偏差为坐标点的磁感应强度与空间区域的中心位置的磁感应强度的差值。
[0090]
在相互正交的两个径向方向上，均设置有两个磁场线圈组，可以标记为第一径向方向上设置的第一磁场线圈组和第二磁场线圈组，以及第二径向方向上设置的第一磁场线圈组和第二磁场线圈组。当然，上述标记方式仅仅是一种示例，也可以依次标记为第一磁场线圈组、第二磁场线圈组、第三磁场线圈组和第四磁场线圈组，本技术中并不限定。
[0091]
其中，每个磁场线圈组中，均包括沿同一径向方向对称布置的两个鞍形线圈。以图3中的第一径向方向例，沿第一径向方向设置的第一磁场线圈组和第二磁场线圈组均包括原点位置位于x轴正半轴的鞍形线圈以及原点位置位于x轴负半轴的鞍形线圈。
[0092]
上述第一磁场线圈组和第二磁场线圈组中的鞍形线圈的曲线参数可以不同，使得第一磁场线圈组和第二磁场线圈组绕制在圆柱面的不同位置。另外，由于鞍形线圈包括多个曲线参数，上述第一磁场线圈组与第二磁场线圈组的鞍形线圈，可以具有部分相同的曲线参数，例如鞍形线圈的半张角相同。
[0093]
在圆柱面围成的空间区域中，第一磁场线圈组和第二磁场线圈组在同一个坐标点的磁场偏差之和小于预设阈值。上述空间区域可以是圆柱面围成的整个区域，也可以是圆柱面围成的区域中的部分区域，在此不做限定。在图3所示的圆柱面中，上述空间区域可以是以z轴为中心，半径为预设值的圆柱形区域；也可以是以中心位置为球心，半径为预设值的球形区域；还可以是根据圆柱面的半径大小确定的区域，在此不做限定。
[0094]
上述磁场偏差可以是坐标点的磁感应强度与空间区域的中心位置的磁感应强度的差值。上述差值可以是坐标点的磁感应强度与空间区域的中心位置的磁感应强度的绝对差值，也可以是坐标点的磁感应强度与空间区域的中心位置的磁感应强度的相对差值，在此不做限定。
[0095]
在图3所示的坐标系中，第一磁场线圈组在空间区域中坐标点{x,y,z}处产生的磁感应强度b1(x,y,z)与中心位置的磁感应强度的磁场偏差可以表示为：
[0096][0097]
第二磁场线圈组在空间区域中坐标点{x,y,z}处产生的磁感应强度b2(x,y,z)与中心位置的磁感应强度的磁场偏差可以表示为：
[0098][0099]
上述第一磁场线圈组和第二磁场线圈组在同一个坐标点的磁场偏差之和，可以表示为：
[0100][0101]
若第一磁场线圈组和第二磁场线圈组在该坐标点处产生的磁场偏差相互抵消，使得组合后的δ(x,y,z)小于预设阈值，例如趋近于0；上述磁场偏差之后小于预设阈值时，坐标点处的磁感应强度与中心位置的磁感应强度的较小，使得上述空间区域中的匀强磁场的均匀度较高。
[0102]
需要说明的是，沿第一径向方向还可以设置其他磁场线圈组，上述第一磁场线圈组和第二磁场线圈组还可以组合成新的磁场线圈组，上述新的磁场线圈组可以与其他磁场线圈组的磁场偏差进行抵消，使得新的磁场线圈组的磁场偏差与其他磁场线圈组的磁场偏差之和小于预设阈值，进一步提升匀强磁场的均匀度。
[0103]
相应地，沿第二径向方向设置的第一磁场线圈组和第二磁场线圈组的具体限定，与第一径向方向类似，在此不做赘述。
[0104]
上述匀强磁场的产生方法，由于第一磁场线圈组和第二磁场线圈组在同一个坐标点的磁场偏差之和小于预设阈值，使得各个坐标点的磁感应强度可以趋近于中心位置的磁感应强度，提升了匀强磁场的均匀度。
[0105]
下述实施例中，以其中一个径向方向为例，对第一磁场线圈组和第二磁场线圈组的设计方法进行介绍。
[0106]
图5为另一个实施例中匀强磁场的产生方法的流程示意图，本实施例涉及计算机设备确定磁场线圈组的曲线参数的一种方式，在上述实施例的基础上，如图5所示，上述方法还包括：
[0107]
s201、按照预设步长对鞍形线圈的曲线参数的取值范围进行遍历，获得多个备选鞍形线圈。
[0108]
计算机设备中可以预设各个鞍形线圈的曲线参数的取值范围，也可以根据实际设计需求，确定曲线参数的取值范围，对于取值范围的获取方式在此不做限定。
[0109]
可选地，计算机设备可以根据圆柱面的几何参数以及预设的结构设计要求，确定曲线参数的取值范围；上述取值范围包括半张角取值范围和高度调节系数取值范围。
[0110]
上述几何参数可以包括圆柱面的高度和半径，上述结构设计要求可以包括圆柱面中需要避让的区域。计算机设备可以根据圆柱面的高度和半径，确定半张角取值范围。可选地，还可以根据圆柱面的几何参数以及开孔区域，确定第一磁场线圈组的半张角取值范围，使得各备选磁场线圈组的绕制位置避让开孔区域。计算机设备还可以根据圆柱面的几何参数，确定高度调节系数取值范围。
[0111]
进一步地，计算机设备可以按照步对取值范围进行遍历，获得不同曲线参数的组合对应的多个备选鞍形线圈。具体地，计算机设备可以针对其中一个曲线参数的取值范围进行遍历，保持其他曲线参数的取值不变；也可以同时针对多个曲线参数的取值范围进行遍历。不同曲线参数对应的步长可以不同。
[0112]
例如，上述曲线参数包括鞍形线圈的半张角和高度调节系数k
z
。按照预设步长对半张角的取值范围进行遍历，可以获得半张角的n个取值分别为的n个取值分别为按照预设步长对高度调节系数k
z
的取值范围进行遍历，可以获得高度调节系数k
z
的m个取值分别
为k
z1
，k
z2
，
……
，k
zm
。进一步地，计算机设备可以获得m
×
n个参数组合，即m
×
n个备选鞍形线圈。
[0113]
s202、在多个备选鞍形线圈中，搜索满足预设条件的第一磁场线圈组的鞍形线圈，以及第二磁场线圈组的鞍形线圈。
[0114]
其中，上述预设条件是指，第一磁场线圈组和第二磁场线圈组在同一个坐标点的磁场偏差之和小于预设阈值。在上述步骤的基础上，计算机设备可以针对每个备选鞍形线圈，分别计算每个备选鞍形线圈对应的磁场偏差，然后根据每个备选鞍形线圈对应的磁场偏差，选择第一磁场线圈组的鞍形线圈，以及第二磁场线圈组的鞍形线圈。另外，计算机设备还可以根据圆柱面的几何尺寸、设计要求，或者设计经验等，确定第一磁场线圈组的鞍形线圈的曲线参数，然后在该鞍形线圈的曲线参数附近搜索满足预设条件的第二磁场线圈组的鞍形线圈；对于搜索方式在此不做限定。
[0115]
可选地，计算机设备可以计算磁场偏差与鞍形线圈的曲线参数的关联曲面然后根据关联曲面，确定第一磁场线圈组和第二磁场线圈组分别对应的曲线参数。例如，计算机设备可以获得磁场偏差、半张角以及高度调节系数的关联曲面，如图6所示。计算机设备可以在关联曲面中插值得到各个备选鞍形线圈对应的磁场偏差，然后获得满足预设条件的曲线参数的组合。
[0116]
在获得满足预设条件的多个曲线参数的组合之后，计算机设备可以将磁场偏差的和最小的值对应的曲线参数的组合，确定为第一磁场线圈组的鞍形线圈，以及第二磁场线圈组的鞍形线圈的曲线参数。
[0117]
在确定了第一磁场线圈组和第二磁场线圈组对应的鞍形线圈的曲线参数之后，计算机设备可以进一步确定上述第一磁场线圈组和第二磁场线圈组的匝数。计算机设备在第一磁场线圈组和第二磁场线圈组注入的电流大小可以相同，也可以不同。在第一磁场线圈组和第二磁场线圈组电流大小相同，方向相同的基础上，计算机设备可以计算第一磁场线圈组在中心位置产生的第一磁感应强度，以及第二磁场线圈组在中心位置产生的第二磁感应强度；然后，计算第一磁感应强度与第二磁感应强度的比值；并根据比值，确定第一磁场线圈组与第二磁场线圈组的匝数比；匝数比与比值成反比。
[0118]
上述匀强磁场的产生方法，计算机设备通过对曲线参数的取值范围进行遍历，然后在多个备选鞍形线圈中搜索满足条件的鞍形线圈，从而可以获得合适的曲线参数，而不需要对磁感应强度的计算公式进行解析，降低了鞍形线圈的曲线参数的计算难度，提升鞍形线圈的设计效率。
[0119]
图7为另一个实施例中匀强磁场的产生方法的流程示意图，本实施例涉及计算机设备搜索满足预设条件的鞍形线圈的一种方式，在上述实施例的基础上，如图7所示，上述s202包括：
[0120]
s301、针对每个备选鞍形线圈，计算备选磁场线圈组在空间区域的目标坐标点处的备选磁场偏差；其中，备选磁场线圈组由两个上述备选鞍形线圈组成。
[0121]
针对每个备选鞍形线圈，可以将圆柱面设置于图3所示的坐标系中，然后采用公式(1)
‑
(6)，计算每个备选磁场线圈组对应的备选磁场偏差。
[0122]
s302、根据预设阈值，在各备选磁场偏差中选择第一磁场偏差和第二磁场偏差；第一磁场偏差与第二磁场偏差的和小于预设阈值。
[0123]
计算机设备获得了各个备选磁场偏差之后，可以获得不同磁场偏差的和值；然后，根据上述预设阈值，将和值小于预设阈值的磁场偏差确定为满足条件的磁场偏差组合。进一步地，计算机设备可以将其中任一组满足条件的磁场偏差组合确定为第一磁场偏差和第二磁场偏差，也可以进一步在多个满足条件的磁场偏差组合中，选择和值最小的磁场偏差组合为第一磁场偏差和第二磁场偏差；对于第一磁场偏差和第二磁场偏差的选择方式在此不做限定。
[0124]
可选地，计算机设备可以根据预设阈值和预设绕线要求，在各备选磁场偏差中选择第一磁场偏差和第二磁场偏差；其中，上述绕线要求包括第一磁场线圈组和第二磁场线圈组等高，或第一磁场线圈组和第二磁场线圈组周向相接。第一磁场线圈组和第二磁场线圈组的鞍形线圈满足上述绕线要求时，可以便于各个磁场线圈组在圆柱面上的绕制。
[0125]
若绕线要求为第一磁场线圈组和第二磁场线圈组等高，那么计算机设备可以在多个备选鞍形曲线中，选择满足等高条件的第一磁场线圈的两个备选鞍形曲线。其中，上述等高条件为鞍形线圈的半张角与高度调节系数的乘积相等，表示如下：其中，为鞍形线圈i的半张角；k
zi
(i＝1,2)为鞍形线圈i的高度调节系数。
[0126]
若绕线要求为第一磁场线圈组和第二磁场线圈组周向相接，那么计算机设备可以在多个备选鞍形曲线中，选择满足周向相接条件的第一磁场线圈的两个备选鞍形曲线。其中，上述周向相接条件为或者
[0127]
s303、将第一磁场偏差对应的备选鞍形线圈，确定为第一磁场线圈组的鞍形线圈，将第二磁场偏差对应的备选鞍形线圈，确定为第二磁场线圈组的鞍形线圈。
[0128]
在上述步骤的基础上，计算机设备可以将第一磁场偏差对应的备选鞍形线圈，确定为第一磁场线圈组的鞍形线圈，将第二磁场偏差对应的备选鞍形线圈，确定为第二磁场线圈组的鞍形线圈。
[0129]
上述匀强磁场的产生方法，计算机设备按照磁场偏差的值在多个备选鞍形线圈中确定满足条件的鞍形线圈，降低了鞍形线圈的曲线参数的计算难度，提升鞍形线圈的设计效率。
[0130]
应该理解的是，虽然图2
‑
7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2
‑
7中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0131]
在一个实施例中，提供一种均匀磁场线圈，如图8所示，包括：沿圆柱面的第一径向方向绕制的至少一个磁场线圈组11、沿圆柱面的第二径向方向设置的至少一个磁场线圈组12，以及沿圆柱面的高度方向设置的至少两个单环线圈13；其中，磁场线圈组包括沿圆柱面的径向方向对称布置的两个鞍形线圈，鞍形线圈由圆形或椭圆形线圈包围在圆柱面上，并在圆柱面的高度方向上伸缩而成；第一径向方向与第二径向方向正交。
[0132]
在一个实施例中，在上述实施例的基础上，如图8所示，上述至少一个磁场线圈组包括第一磁场线圈组111和第二磁场线圈组112；在圆柱面围成的空间区域中，第一磁场线
圈组和第二磁场线圈组在同一个坐标点的磁场偏差之和小于预设阈值；磁场偏差为坐标点的磁感应强度与空间区域的中心位置的磁感应强度的差值。
[0133]
上述均匀磁场线圈，其实现原理和技术效果与上述实施例类似，在此不作赘述。
[0134]
在一个实施例中，如图9所示，提供了一种匀强磁场的产生装置，包括：
[0135]
第一注入模块10，用于向绕制于圆柱面上的至少两个磁场线圈组注入电流；至少两个磁场线圈组分别沿圆柱面的第一径向方向和第二径向方向设置，第一径向方向与第二径向方向正交；磁场线圈组包括沿径向方向对称布置的两个鞍形线圈，鞍形线圈由圆形或椭圆形线圈包围在圆柱面上，并在圆柱面的高度方向上伸缩而成；
[0136]
第二注入模块20，用于向设置于圆柱面的高度方向设置的单环线圈注入电流；
[0137]
产生模块30，用于通过至少两个磁场线圈组以及单环线圈，在圆柱面围成的区域产生匀强磁场。
[0138]
上述提供的匀强磁场的产生装置，可以执行上述匀强磁场的产生方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
[0139]
在其中一个实施例中，在上述实施例的基础上，第一径向方向和第二径向方向上，均设置第一磁场线圈组和第二磁场线圈组；在圆柱面围成的空间区域中，第一磁场线圈组和第二磁场线圈组在同一个坐标点的磁场偏差之和小于预设阈值；磁场偏差为坐标点的磁感应强度与空间区域的中心位置的磁感应强度的差值。
[0140]
在一个实施例中，在上述实施例的基础上，如图10所示，上述装置还包括搜索模块40，包括：
[0141]
遍历单元401，用于按照预设步长对鞍形线圈的曲线参数的取值范围进行遍历，获得多个备选鞍形线圈；
[0142]
搜索单元402，用于在多个备选鞍形线圈中，搜索满足预设条件的第一磁场线圈组的鞍形线圈，以及第二磁场线圈组的鞍形线圈。
[0143]
在一个实施例中，在上述实施例的基础上，搜索单元402具体用于：针对每个备选鞍形线圈，计算备选磁场线圈组在空间区域的目标坐标点处的备选磁场偏差；其中，备选磁场线圈组由两个备选鞍形线圈组成；
[0144]
根据预设阈值，在各备选磁场偏差中选择第一磁场偏差和第二磁场偏差；第一磁场偏差与第二磁场偏差的和小于预设阈值；
[0145]
将第一磁场偏差对应的备选鞍形线圈，确定为第一磁场线圈组的鞍形线圈，将第二磁场偏差对应的备选鞍形线圈，确定为第二磁场线圈组的鞍形线圈。
[0146]
在一个实施例中，在上述实施例的基础上，搜索单元402具体用于：根据预设阈值和预设绕线要求，在各备选磁场偏差中选择第一磁场偏差和第二磁场偏差；绕线要求包括第一磁场线圈组和第二磁场线圈组等高，或第一磁场线圈组和第二磁场线圈组周向相接。
[0147]
在一个实施例中，在上述实施例的基础上，如图11所示，上述搜索模块40还包括确定单元403，用于：根据圆柱面的几何参数以及预设的结构设计要求，确定曲线参数的取值范围；曲线参数包括鞍形线圈的半张角和高度调节系数；取值范围包括半张角取值范围和高度调节系数取值范围。
[0148]
在一个实施例中，在上述实施例的基础上，确定单元403具体用于：根据圆柱面的几何参数以及开孔区域，确定第一磁场线圈组的半张角取值范围，使得各备选磁场线圈组
的绕制位置避让开孔区域；根据圆柱面的几何参数，确定高度调节系数取值范围。
[0149]
在一个实施例中，在上述实施例的基础上，如图12所示，上述装置还包括计算模块50，用于：计算第一磁场线圈组在中心位置产生的第一磁感应强度，以及第二磁场线圈组在中心位置产生的第二磁感应强度；计算第一磁感应强度与第二磁感应强度的比值；根据比值，确定第一磁场线圈组与第二磁场线圈组的匝数比；匝数比与比值成反比。
[0150]
关于匀强磁场的产生装置的具体限定可以参见上文中对于匀强磁场的产生方法的限定，在此不再赘述。上述匀强磁场的产生装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0151]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图13所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储匀强磁场的产生数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种匀强磁场的产生方法。
[0152]
本领域技术人员可以理解，图13中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0153]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
[0154]
向绕制于圆柱面上的至少两个磁场线圈组注入电流；所述至少两个磁场线圈组分别沿所述圆柱面的第一径向方向和第二径向方向设置，所述第一径向方向与所述第二径向方向正交；所述磁场线圈组包括沿径向方向对称布置的两个鞍形线圈，所述鞍形线圈由圆形或椭圆形线圈包围在所述圆柱面上，并在所述圆柱面的高度方向上伸缩而成；
[0155]
向设置于所述圆柱面的高度方向设置的单环线圈注入电流；
[0156]
通过所述至少两个磁场线圈组以及所述单环线圈，在所述圆柱面围成的区域产生匀强磁场。
[0157]
在一个实施例中，所述第一径向方向和所述第二径向方向上，均设置第一磁场线圈组和第二磁场线圈组；在所述圆柱面围成的空间区域中，所述第一磁场线圈组和所述第二磁场线圈组在同一个坐标点的磁场偏差之和小于预设阈值；所述磁场偏差为所述坐标点的磁感应强度与所述空间区域的中心位置的磁感应强度的差值。
[0158]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：按照预设步长对鞍形线圈的曲线参数的取值范围进行遍历，获得多个备选鞍形线圈；在所述多个备选鞍形线圈中，搜索满足预设条件的第一磁场线圈组的鞍形线圈，以及第二磁场线圈组的鞍形线圈。
[0159]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：针对每个备选鞍形线圈，计算备选磁场线圈组在所述空间区域的目标坐标点处的备选磁场偏差；其中，所述备选磁场线圈组由两个所述备选鞍形线圈组成；根据所述预设阈值，在各所述备选磁场偏差
中选择第一磁场偏差和第二磁场偏差；所述第一磁场偏差与所述第二磁场偏差的和小于所述预设阈值；将所述第一磁场偏差对应的备选鞍形线圈，确定为所述第一磁场线圈组的鞍形线圈，将所述第二磁场偏差对应的备选鞍形线圈，确定为所述第二磁场线圈组的鞍形线圈。
[0160]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据所述预设阈值和预设绕线要求，在各所述备选磁场偏差中选择所述第一磁场偏差和所述第二磁场偏差；所述绕线要求包括所述第一磁场线圈组和所述第二磁场线圈组等高，或所述第一磁场线圈组和所述第二磁场线圈组周向相接。
[0161]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据所述圆柱面的几何参数以及预设的结构设计要求，确定所述曲线参数的取值范围；所述曲线参数包括鞍形线圈的半张角和高度调节系数；所述取值范围包括半张角取值范围和高度调节系数取值范围。
[0162]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据所述圆柱面的几何参数以及所述开孔区域，确定所述第一磁场线圈组的半张角取值范围，使得各所述备选磁场线圈组的绕制位置避让所述开孔区域；根据所述圆柱面的几何参数，确定所述高度调节系数取值范围。
[0163]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：计算所述第一磁场线圈组在所述中心位置产生的第一磁感应强度，以及所述第二磁场线圈组在所述中心位置产生的第二磁感应强度；计算所述第一磁感应强度与所述第二磁感应强度的比值；根据所述比值，确定所述第一磁场线圈组与所述第二磁场线圈组的匝数比；所述匝数比与所述比值成反比。
[0164]
本实施例提供的计算机设备，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
[0165]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0166]
向绕制于圆柱面上的至少两个磁场线圈组注入电流；所述至少两个磁场线圈组分别沿所述圆柱面的第一径向方向和第二径向方向设置，所述第一径向方向与所述第二径向方向正交；所述磁场线圈组包括沿径向方向对称布置的两个鞍形线圈，所述鞍形线圈由圆形或椭圆形线圈包围在所述圆柱面上，并在所述圆柱面的高度方向上伸缩而成；
[0167]
向设置于所述圆柱面的高度方向设置的单环线圈注入电流；
[0168]
通过所述至少两个磁场线圈组以及所述单环线圈，在所述圆柱面围成的区域产生匀强磁场。
[0169]
在一个实施例中，所述第一径向方向和所述第二径向方向上，均设置第一磁场线圈组和第二磁场线圈组；在所述圆柱面围成的空间区域中，所述第一磁场线圈组和所述第二磁场线圈组在同一个坐标点的磁场偏差之和小于预设阈值；所述磁场偏差为所述坐标点的磁感应强度与所述空间区域的中心位置的磁感应强度的差值。
[0170]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：按照预设步长对鞍形线圈的曲线参数的取值范围进行遍历，获得多个备选鞍形线圈；在所述多个备选鞍形线圈中，搜索满足预设条件的第一磁场线圈组的鞍形线圈，以及第二磁场线圈组的鞍形线
圈。
[0171]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：针对每个备选鞍形线圈，计算备选磁场线圈组在所述空间区域的目标坐标点处的备选磁场偏差；其中，所述备选磁场线圈组由两个所述备选鞍形线圈组成；根据所述预设阈值，在各所述备选磁场偏差中选择第一磁场偏差和第二磁场偏差；所述第一磁场偏差与所述第二磁场偏差的和小于所述预设阈值；将所述第一磁场偏差对应的备选鞍形线圈，确定为所述第一磁场线圈组的鞍形线圈，将所述第二磁场偏差对应的备选鞍形线圈，确定为所述第二磁场线圈组的鞍形线圈。
[0172]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据所述预设阈值和预设绕线要求，在各所述备选磁场偏差中选择所述第一磁场偏差和所述第二磁场偏差；所述绕线要求包括所述第一磁场线圈组和所述第二磁场线圈组等高，或所述第一磁场线圈组和所述第二磁场线圈组周向相接。
[0173]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据所述圆柱面的几何参数以及预设的结构设计要求，确定所述曲线参数的取值范围；所述曲线参数包括鞍形线圈的半张角和高度调节系数；所述取值范围包括半张角取值范围和高度调节系数取值范围。
[0174]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据所述圆柱面的几何参数以及所述开孔区域，确定所述第一磁场线圈组的半张角取值范围，使得各所述备选磁场线圈组的绕制位置避让所述开孔区域；根据所述圆柱面的几何参数，确定所述高度调节系数取值范围。
[0175]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：计算所述第一磁场线圈组在所述中心位置产生的第一磁感应强度，以及所述第二磁场线圈组在所述中心位置产生的第二磁感应强度；计算所述第一磁感应强度与所述第二磁感应强度的比值；根据所述比值，确定所述第一磁场线圈组与所述第二磁场线圈组的匝数比；所述匝数比与所述比值成反比。
[0176]
本实施例提供的计算机存储介质，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
[0177]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read
‑
only memory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。
[0178]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0179]
以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。