構(gòu)建8個線圈和20個線圈的圓環(huán)面線圈陣列模型實(shí)現(xiàn)并改善目標(biāo)區(qū)域的電磁場聚焦特性.利用磁場疊加原理,結(jié)合改進(jìn)的粒子群算法設(shè)計(jì)了自適應(yīng)混合優(yōu)化算法,利用該算法與有限元積分分析軟件的外部通信接口,對影響磁場分布的線圈陣列可調(diào)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解,建立優(yōu)化的發(fā)射線圈模型.結(jié)果顯示了設(shè)計(jì)的混合優(yōu)化算法的良好搜索能力和線圈陣列在優(yōu)化電流組態(tài)下在計(jì)算區(qū)域內(nèi)的歸一化幅值分布和二維等高線圖,表明了經(jīng)優(yōu)化的線圈陣列在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了具有良好磁聚焦性能的磁場分布,磁場變化梯度大,其磁場強(qiáng)度與聚焦程度都有了不同程度的改善,且20個子線圈的線圈模型基本上實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)聚焦,同時具有可聚焦多個目標(biāo)的能力. 

【文章來源】：四川師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014,37(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

中，a是圓形線圈的半徑，Idl是線圈某一點(diǎn)P0處的電流元．r為電流元到P點(diǎn)的距離，θ是

By=aμ0I(t)4π∫2π0zsin(θ)|r|3dθ，(3)Bz=aμ0I(t)4π×∫2π0［a－xcos(θ)－ysin(θ)］|r|3dθ．(4)由(2)～(4)式可知，線圈在空間某一點(diǎn)P(x，y，z)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場強(qiáng)度B與線圈的半徑a、通入線圈的電流大小I(t)以及P點(diǎn)的位置有關(guān)．磁感應(yīng)強(qiáng)度影響磁探測深度，所以為了獲得所需的磁感應(yīng)強(qiáng)度，需要合理的設(shè)計(jì)線圈的尺寸和線圈相對于探測點(diǎn)的位置．希望磁場能量集中在小區(qū)域內(nèi)，并且磁場強(qiáng)度越小越好．2線圈陣列模型設(shè)計(jì)對于近些年許多線圈模型的研究與分析［6］，本文以8字形線圈中電流匯聚實(shí)現(xiàn)磁場能量集中的特點(diǎn)為基礎(chǔ)，綜合分析構(gòu)建了新型的8個子線圈．各子線圈圓心在XOY平面，且在同一圓環(huán)上平均分布，線圈平面與XOY平面垂直，在零點(diǎn)處各子線圈相接，線圈半徑r取0．05m，如圖2所示．考慮子線圈個數(shù)對磁場聚焦性的影響，本文將子線圈個數(shù)增至20個，如圖3所示．3混合優(yōu)化算法設(shè)計(jì)遺傳算法［11］是模仿自然界生物進(jìn)化過程與選擇機(jī)制的隨機(jī)搜索過程，不依賴搜索空間的具體領(lǐng)域限制，可高效率的解決復(fù)雜的非線性問題，具有較強(qiáng)的全局搜索能力，在最優(yōu)解的搜索上有其獨(dú)特的高效性，有很強(qiáng)的魯棒性，但是收斂速度較慢，局部搜索能力明顯不足．粒子群算法［12］是一種基于群集智能、群體間相互合作的優(yōu)化算法，模擬鳥群搜尋食物的行為．粒子追隨自己的經(jīng)驗(yàn)和全局最優(yōu)粒子在空間進(jìn)行全局搜索，粒子間的相互協(xié)作使粒子群算法具有較強(qiáng)的局部搜索能力，但粒子群算法缺少變異機(jī)制，算法陷入最優(yōu)時較難跳出或是可能越過全局最優(yōu)解．針對2種算法的缺點(diǎn)，本文進(jìn)行了改進(jìn)．在遺傳算法中，交叉變異算子均采用其值隨著個體適應(yīng)度值自適應(yīng)改變［13］來保持種群?

By=aμ0I(t)4π∫2π0zsin(θ)|r|3dθ，(3)Bz=aμ0I(t)4π×∫2π0［a－xcos(θ)－ysin(θ)］|r|3dθ．(4)由(2)～(4)式可知，線圈在空間某一點(diǎn)P(x，y，z)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場強(qiáng)度B與線圈的半徑a、通入線圈的電流大小I(t)以及P點(diǎn)的位置有關(guān)．磁感應(yīng)強(qiáng)度影響磁探測深度，所以為了獲得所需的磁感應(yīng)強(qiáng)度，需要合理的設(shè)計(jì)線圈的尺寸和線圈相對于探測點(diǎn)的位置．希望磁場能量集中在小區(qū)域內(nèi)，并且磁場強(qiáng)度越小越好．2線圈陣列模型設(shè)計(jì)對于近些年許多線圈模型的研究與分析［6］，本文以8字形線圈中電流匯聚實(shí)現(xiàn)磁場能量集中的特點(diǎn)為基礎(chǔ)，綜合分析構(gòu)建了新型的8個子線圈．各子線圈圓心在XOY平面，且在同一圓環(huán)上平均分布，線圈平面與XOY平面垂直，在零點(diǎn)處各子線圈相接，線圈半徑r取0．05m，如圖2所示．考慮子線圈個數(shù)對磁場聚焦性的影響，本文將子線圈個數(shù)增至20個，如圖3所示．3混合優(yōu)化算法設(shè)計(jì)遺傳算法［11］是模仿自然界生物進(jìn)化過程與選擇機(jī)制的隨機(jī)搜索過程，不依賴搜索空間的具體領(lǐng)域限制，可高效率的解決復(fù)雜的非線性問題，具有較強(qiáng)的全局搜索能力，在最優(yōu)解的搜索上有其獨(dú)特的高效性，有很強(qiáng)的魯棒性，但是收斂速度較慢，局部搜索能力明顯不足．粒子群算法［12］是一種基于群集智能、群體間相互合作的優(yōu)化算法，模擬鳥群搜尋食物的行為．粒子追隨自己的經(jīng)驗(yàn)和全局最優(yōu)粒子在空間進(jìn)行全局搜索，粒子間的相互協(xié)作使粒子群算法具有較強(qiáng)的局部搜索能力，但粒子群算法缺少變異機(jī)制，算法陷入最優(yōu)時較難跳出或是可能越過全局最優(yōu)解．針對2種算法的缺點(diǎn)，本文進(jìn)行了改進(jìn)．在遺傳算法中，交叉變異算子均采用其值隨著個體適應(yīng)度值自適應(yīng)改變［13］來保持種群?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]基于磁聚焦陣列的埋地金屬管道腐蝕檢測[J]. 譚偉強(qiáng),陸繼慶,鄒晗,聶文亮.  油氣儲運(yùn). 2013(05)
[3]管道金屬蝕失量檢測聚焦信號加載理論研究[J]. 楊勇,陳德勝,劉冀成,柳言國,石仁委.  油氣儲運(yùn). 2012(08)
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[6]矩形載流線圈的空間磁場計(jì)算[J]. 鄺向軍.  四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2006(01)
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碩士論文
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[2]粒子群優(yōu)化算法的改進(jìn)與應(yīng)用[D]. 劉晶晶.武漢理工大學(xué) 2007



本文編號：3262628