CN103870701A - 原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒参数的优化建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于屏蔽系数的原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒参数的优化建模方法，综合考虑了影响总屏蔽系数的各项参数（包括相对磁导率μ_r、磁屏蔽层厚度d、径向层间距△R、轴向层间距△L、最内层筒长L及半径）R，提出了优化磁屏蔽筒参数的方法，建立了参数优化模型，明确了各参数对屏蔽性能影响程度。本发明填补了磁屏蔽筒参数无优化方法和优化模型的空白，为原子自旋磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒优化设计提供了理论参考。

Description

原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒参数的优化建模方法

技术领域

本发明涉及一种基于屏蔽系数（轴向屏蔽系数和径向屏蔽系数）的原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒参数的优化建模方法，属于弱磁探测及导航定位技术。

背景技术

原子磁强计/原子陀螺仪因其超高的理论灵敏度和超高精度而成为国外各军事强国争先研制的项目。原子磁强计/原子陀螺仪是以超精细能级原子跃迁为基础，工作在弱磁环境下的磁场/惯性测量装置。原子磁强计/原子陀螺的磁屏蔽筒可以屏蔽外界杂散磁场，因此，对由高磁导率金属制成的磁屏蔽筒的屏蔽性能提出了严格要求。

目前现有磁屏蔽设计文献主要分析了屏蔽效能、屏蔽筒形状和屏蔽体厚度对屏蔽性能的影响，而对于屏蔽体的参数优化和建模考虑甚少。专利号CN100546452C的发明专利公开了用于屏蔽强磁场的多层复合结构磁屏蔽装置，此专利主要是针对一般光电倍增管磁屏蔽无法屏蔽强磁场这一问题；专利号CN101911858B的发明专利涉及磁屏蔽体和磁屏蔽室结构设计；专利号CN1198211A的发明专利提出了一种适用于光纤陀螺的高效磁屏蔽体；专利号US7795708B2和US4331285A的专利分别公开了适于电子设备的多层结构磁屏蔽体以及磁屏蔽体制造方法。这些文献和专利都未涉及屏蔽体的参数优化和建模。

基于经验设计加工的磁屏蔽筒难以获得最大屏蔽效能，且易出现体积大、成本高、重量重等问题。1987年Sumner,T J等人推导的磁屏蔽筒的轴向和径向屏蔽系数表达式，为本发明提出的优化建模方法奠定了基础。本发明综合考虑了磁屏蔽的各项参数—相对磁导率μ_r、磁屏蔽层厚度d、径向层间距△R、轴向层间距△L、最内层筒长L及半径R，提出了基于轴向和径向屏蔽系数的磁屏蔽筒参数优化方法，建立了参数优化模型，明确了各参数对屏蔽性能影响程度。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于屏蔽系数的原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒参数的优化建模方法，填补原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒参数无优化方法和优化模型的空白，为原子自旋磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒优化设计提供理论参考。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于屏蔽系数的原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒参数的优化建模方法，包括如下步骤：

（1）计算两端带盖的n层圆柱形磁屏蔽筒的横向总屏蔽系数为：

$S_{\mathrm{Ttot}}=S_{\mathrm{Tn}}\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Π}}}{S}_{\mathrm{Ti}}[1-{\left(\frac{D_i}{D_{i+1}}\right)}^2]$

计算两端带盖的n层圆柱形磁屏蔽筒的轴向总屏蔽系数为：

$S_{\mathrm{Atot}}=S_{\mathrm{Tn}}\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Π}}}{S}_{\mathrm{Ti}}[1-\left(\frac{L_i}{L_{i+1}}\right)]$

其中：S_Ttot为横向总屏蔽系数，

为第i层横向屏蔽系数，D_i为第i层筒平均直径，S_Atot为轴向总屏蔽系数，L_i为第i层筒平均长度，μ_r为相对磁导率，d为磁屏蔽层厚度；

（2）综合考虑影响横向总屏蔽系数和轴向总屏蔽系数的各项因素，并建立这些影响因素与横向总屏蔽系数和轴向总屏蔽系数之间的模型：

两端带盖的n层圆柱形磁屏蔽筒各项参数与横向总屏蔽系数之间的模型为：

$\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{Ttot}}=\\ \frac{{\left(\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2}\right)}^2[1-{\left(\frac{R+\frac{1}{2}d}{R+\frac{3}{2}d+\mathrm{\ΔR}}\right)}^2[1-{\left(\frac{R+\frac{3}{2}d+\mathrm{\ΔR}}{R+\frac{5}{2}d+2\mathrm{\ΔR}}\right)}^2]......[1-{\left(\frac{R+\frac{2n-3}{2}d+(n-2)\mathrm{\ΔR}}{R+\frac{2n-1}{2}d+(n-1)\mathrm{\ΔR}}\right)}^2]}{(R+\frac{1}{2}d)(R+\frac{3}{2}d+\mathrm{\ΔR})......[R+\frac{2n-3}{2}d+(n-2)\mathrm{\ΔR}][R+\frac{2n-1}{2}d+(n-1)\mathrm{\ΔR}]}\end{array}$

两端带盖的n层圆柱形磁屏蔽筒各项参数与轴向总屏蔽系数之间的模型为：

$\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{Atot}}=\\ \frac{{\left(\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2}\right)}^n[1-\left(\frac{L+d}{L+3d+2\mathrm{\ΔL}}\right)][1-\left(\frac{L+3d+2\mathrm{\ΔL}}{L+5d+4\mathrm{\ΔL}}\right)......[1-\left(\frac{L+(2n-3)d+2(n-2)\mathrm{\ΔL}}{L+(2n-1)d+2(n-1)\mathrm{\ΔL}}\right)}{(R+\frac{1}{2}d)(R+\frac{3}{2}d+\mathrm{\ΔR})......[R+\frac{2n-3}{2}d+(n-2)\mathrm{\ΔR}][R+\frac{2n-1}{2}d+(n-1)\mathrm{\ΔR}]}\end{array}$

其中：△R为径向层间距，R为最内层筒半径，△L为轴向层间距，L为最内层筒长，R为最内层筒半径；

（3）根据影响因素与横向总屏蔽系数和轴向总屏蔽系数之间的模型，仿真各参数对屏蔽性能的影响程度；

（4）根据各参数对屏蔽性能的影响程度的仿真结果，对磁屏蔽筒结构进行优化设计。

所述步骤（4）具体包括：

a.相对磁导率μ_r越大，磁屏蔽性能越好；

b.磁屏蔽层厚度d越大，磁屏蔽性能越好；

c.最内层筒长L越大，磁屏蔽性能越差；

d.当轴向层间距△L在一定范围内变化时，轴向屏蔽系数变化剧烈；否则，变化缓慢；

e.径向层间距△R越大，轴向总屏蔽系数越小；在一定范围内，径向层间距△R越大，横向总屏蔽系数越大；

f.最内层筒半径R越小，磁屏蔽性能越好。

本发明适用于原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒优化设计，但不仅限于此，也可用于其他圆柱形带盖磁屏蔽筒的优化设计，如核磁共振陀螺仪。

有益效果：本发明提供的基于屏蔽系数的原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒参数的优化建模方法，填补原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒参数无优化方法和优化模型的空白，为原子自旋磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒优化设计提供了理论参考；不仅适用于原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒优化设计，还可用于其他圆柱形带盖磁屏蔽筒的优化设计，如核磁共振陀螺仪。

附图说明

图1为n层磁屏蔽筒轴向剖面图；

图2为四层磁屏蔽筒的横向屏蔽系数与各参数的关系，其中：2(a)为磁屏蔽筒厚度与横向总屏蔽系数关系；2(b)为相对磁导率与横向总屏蔽系数关系；2(c)为最内层半径与横向总屏蔽系数关系；2(d)为径向间隙与横向总屏蔽系数关系；

图3为四层磁屏蔽筒的轴向屏蔽系数与各参数的关系，其中：3(a)为最内层半径与轴向总屏蔽系数关系；3(b)为最内层筒长与轴向总屏蔽系数关系；3(c)为径向间隙与轴向总屏蔽系数关系；3(d)为轴向间隙与轴向总屏蔽系数关系；3(e)为磁屏蔽筒厚度与轴向总屏蔽系数关系；3(f)为相对磁导率与轴向总屏蔽系数关系；

图4为实施例的结果对比。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种基于屏蔽系数的原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒参数的优化建模方法，包括如下步骤：

（1）计算两端带盖的n层圆柱形磁屏蔽筒的横向总屏蔽系数和轴向总屏蔽系数。

单层圆柱形磁屏蔽筒横向屏蔽系数为：

n层圆柱形磁屏蔽筒的横向总屏蔽系数为：

n层圆柱形磁屏蔽筒的轴向总屏蔽系数为：

其中：S_Ttot为横向总屏蔽系数，

为第i层横向屏蔽系数，D_i为第i层筒平均直径，S_Atot为轴向总屏蔽系数，L_i为第i层筒平均长度，μ_r为相对磁导率，d为磁屏蔽层厚度。

（2）综合考虑影响横向总屏蔽系数和轴向总屏蔽系数的各项因素，并建立这些影响因素与横向总屏蔽系数和轴向总屏蔽系数之间的模型。

n层圆柱形磁屏蔽筒的横向/轴向总屏蔽系数都与单层圆柱形磁屏蔽筒横向屏蔽系数有关。

将 $S_{\mathrm{Ti}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{D_i}$ 带入 $S_{\mathrm{Ttot}}=S_{\mathrm{Tn}}\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Π}}}{S}_{\mathrm{Ti}}[1-{\left(\frac{D_i}{D_{i+1}}\right)}^2]$ 中，可得到如下表达式：

$\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{Ttot}}=S_{\mathrm{Tn}}{S}_{T1}[1-{\left(\frac{D_1}{D_2}\right)}^2]S_{T2}[1-{\left(\frac{D_2}{D_3}\right)}^2]......S_{\mathrm{Tn}-1}[1-{\left(\frac{D_{n-1}}{D_n}\right)}^2]\\ =S_{T1}{S}_{T2}......S_{\mathrm{Tn}-1}{S}_{\mathrm{Tn}}[1-{\left(\frac{D_2}{D_2}\right)}^2][1-{\left(\frac{D_2}{D_3}\right)}^2]......[1-{\left(\frac{D_{n-1}}{D_n}\right)}^2]\\ =\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2R_1}\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2R_2}......\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2R_{n-1}}\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2R_n}[1-{\left(\frac{R_1}{R_2}\right)}^2][1-{\left(\frac{R_2}{R_3}\right)}^2]......[1-{\left(\frac{R_{n-1}}{R_n}\right)}^2]\\ ={\left(\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2}\right)}^n\frac{1}{R_1{R}_2......R_{n-1}{R}_n}[1-{\left(\frac{R_1}{R_2}\right)}^2][1-{\left(\frac{R_2}{R_3}\right)}^2]......[1-{\left(\frac{R_{n-1}}{R_n}\right)}^2]\end{array}$

将磁屏蔽层厚度d、径向层间距△R、最内层筒半径R考虑进去，则上述公式变为：

$\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{Ttot}}=\\ \frac{{\left(\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2}\right)}^2[1-{\left(\frac{R+\frac{1}{2}d}{R+\frac{3}{2}d+\mathrm{\ΔR}}\right)}^2[1-{\left(\frac{R+\frac{3}{2}d+\mathrm{\ΔR}}{R+\frac{5}{2}d+2\mathrm{\ΔR}}\right)}^2]......[1-{\left(\frac{R+\frac{2n-3}{2}d+(n-2)\mathrm{\ΔR}}{R+\frac{2n-1}{2}d+(n-1)\mathrm{\ΔR}}\right)}^2]}{(R+\frac{1}{2}d)(R+\frac{3}{2}d+\mathrm{\ΔR})......[R+\frac{2n-3}{2}d+(n-2)\mathrm{\ΔR}][R+\frac{2n-1}{2}d+(n-1)\mathrm{\ΔR}]}\end{array}$

即为两端带盖的n层圆柱形磁屏蔽筒各项参数与横向总屏蔽系数之间的模型。

将 $S_{\mathrm{Ti}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{D_i}$ 带入 $S_{\mathrm{Atot}}=S_{\mathrm{Tn}}\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Π}}}{S}_{\mathrm{Ti}}[1-\left(\frac{L_i}{L_{i+1}}\right)]$ 中，可得到如下表达式：

$\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{Atot}}=S_{\mathrm{Tn}}{S}_{T1}[1-\left(\frac{L_1}{L_2}\right)]S_{T2}[1-\left(\frac{L_2}{L_3}\right)]......S_{\mathrm{Tn}-1}[1-\left(\frac{L_{n-1}}{L_n}\right)]\\ =S_{T1}{S}_{T2}......S_{\mathrm{Tn}-1}{S}_{\mathrm{Tn}}[1-\left(\frac{L_1}{L_2}\right)][1-\left(\frac{L_2}{L_3}\right)]......[1-\left(\frac{L_{n-1}}{L_n}\right)]\\ =\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2R_1}\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2R_2}......\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2R_{n-1}}\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2R_n}[1-\left(\frac{L_1}{L_2}\right)][1-\left(\frac{L_2}{L_3}\right)]......[1-\left(\frac{L_{n-1}}{L_n}\right)]\\ ={\left(\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2}\right)}^n\frac{1}{R_1{R}_2......R_{n-1}{R}_n}[1-\left(\frac{L_1}{L_2}\right)][1-\left(\frac{L_2}{L_3}\right)]......[1-\left(\frac{L_{n-1}}{L_n}\right)]\end{array}$

将磁屏蔽层厚度d、径向层间距△R、轴向层间距△L、最内层筒长L及最内层筒半径R考虑进去，则上述公式变为：

$\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{Atot}}=\\ \frac{{\left(\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2}\right)}^n[1-\left(\frac{L+d}{L+3d+2\mathrm{\ΔL}}\right)][1-\left(\frac{L+3d+2\mathrm{\ΔL}}{L+5d+4\mathrm{\ΔL}}\right)......[1-\left(\frac{L+(2n-3)d+2(n-2)\mathrm{\ΔL}}{L+(2n-1)d+2(n-1)\mathrm{\ΔL}}\right)}{(R+\frac{1}{2}d)(R+\frac{3}{2}d+\mathrm{\ΔR})......[R+\frac{2n-3}{2}d+(n-2)\mathrm{\ΔR}][R+\frac{2n-1}{2}d+(n-1)\mathrm{\ΔR}]}\end{array}$

即为两端带盖的n层圆柱形磁屏蔽筒各项参数与轴向总屏蔽系数之间的模型。

（3）根据影响因素与横向总屏蔽系数和轴向总屏蔽系数之间的模型，仿真各参数对屏蔽性能的影响程度。

上述两个优化模型包含了设计磁屏蔽筒所需要的各项参数，综合两个优化模型就可以仿真各个参数与屏蔽筒屏蔽系数的关系，根据各参数对于屏蔽性能影响程度，优化磁屏蔽筒结构。

（4）根据各参数对屏蔽性能的影响程度的仿真结果，对磁屏蔽筒结构进行优化设计，具体为：

a.磁导率μ_r越大，磁屏蔽性能越好；因此设计时应选用磁导率μ_r较大的材料，比如镍铁合金、坡莫合金、锰锌铁氧体等；

b.根据磁屏蔽层厚度d与轴向/横向总屏蔽系数的关系可知，磁屏蔽层厚度d越大屏蔽系数越大，屏蔽性能越好；因此设计磁屏蔽层厚度d可以适当大些；

c.由最内层筒长L与轴向总屏蔽系数的关系可知，随着最内层筒长L的不断增大，屏蔽系数逐渐减小，屏蔽性能降低；因此在满足内部使用空间的情况下，最内层筒长L尽量小些；

d.由轴向层间距△L与轴向总屏蔽系数的关系可知，当轴向层间距△L在一定范围内变化时，轴向屏蔽系数变化剧烈，当轴向层间距△L超过此范围时，则变化缓慢；

e.综合考虑径向层间距△R与轴向/横向总屏蔽系数的关系，轴向总屏蔽系数随着径向层间距△R的不断增大而减小；而横向总屏蔽系数在一定范围内随着径向层间距△R的不断增大而增大，超出此范围横向总屏蔽系数随着径向层间距△R的不断增大而减小；但是，径向层间距△R对轴向/横向总屏蔽系数的影响很小；

f.由最内层筒半径R与轴向/横向总屏蔽系数的关系可知，当最内层筒半径R逐渐增大时，轴向/横向总屏蔽系数也都随之减小，因此，在满足内部空间需要的前提下，最内层筒半径R要尽量小。

下面以原子磁强计的四磁层屏蔽筒为例，对本发明做出进一步的说明。

四层磁屏蔽筒的横向总屏蔽系数表达式如下：

$\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{Ttot}}=S_{T4}{S}_{T1}[1-{\left(\frac{D_1}{D_2}\right)}^2]S_{T2}[1-{\left(\frac{D_2}{D_3}\right)}^2]S_{T3}[1-{\left(\frac{D_3}{D_4}\right)}^2]\\ =S_{T1}{S}_{T2}{S}_{T3}{S}_{T4}[1-{\left(\frac{R_1}{R_2}\right)}^2][1-{\left(\frac{R_2}{R_3}\right)}^2][1-{\left(\frac{R_3}{R_4}\right)}^2]\\ =\frac{{\left({\mathrm{\μ}}_{r}d\right)}^2}{16R_1{R}_2{R}_3{R}_4}[1-{\left(\frac{R_1}{R_2}\right)}^2][1-{\left(\frac{R_2}{R_3}\right)}^2][1-{\left(\frac{R_3}{R_4}\right)}^2]\end{array}$

四层磁屏蔽筒的横向屏蔽系数优化模型为：

$S_{\mathrm{Ttot}}=\frac{64{\left({\mathrm{\μ}}_{r}d\right)}^4{(d+\mathrm{\ΔR})}^3(2R+2d+\mathrm{\ΔR})(2R+4d+3\mathrm{\ΔR})(2R+6d+5\mathrm{\ΔR})}{(2R+d){(2R+3d+2\mathrm{\ΔR})}^3{(2R+5d+4\mathrm{\ΔR})}^3{(2R+7d+6\mathrm{\ΔR})}^3}$

四层磁屏蔽筒的轴向总屏蔽系数表达式如下：

$\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{Atot}}=S_{\mathrm{Tn}}{S}_{T1}[1-\left(\frac{L_1}{L_2}\right)]S_{T2}[1-\left(\frac{L_2}{L_3}\right)]......S_{\mathrm{Tn}-1}[1-\left(\frac{L_{n-1}}{L_n}\right)]\\ =S_{T1}{S}_{T2}{S}_{T3}{S}_{T4}[1-\left(\frac{L_1}{L_2}\right)][1-\left(\frac{L_2}{L_3}\right)][1-\left(\frac{L_3}{L_4}\right)]\\ =\frac{{\left({\mathrm{\μ}}_{r}d\right)}^4}{16R_1{R}_2{R}_3{R}_4}[1-\left(\frac{L_1}{L_2}\right)][1-\left(\frac{L_2}{L_3}\right)][1-\left(\frac{L_3}{L_4}\right)]\end{array}$

四层磁屏蔽筒的轴向屏蔽系数优化模型为：

$\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{Atot}}=\frac{8{\left({\mathrm{\μ}}_{r}d\right)}^4{(d+\mathrm{\ΔL})}^3}{(2R+d)(2R+3d+2\mathrm{\ΔR})(2R+5d+4\mathrm{\ΔR})(2R+7d+6\mathrm{\ΔR})}\·\\ \frac{1}{(L+3d+2\mathrm{\ΔL})(L+5d+4\mathrm{\ΔL})(L+7d+6\mathrm{\ΔL})}\end{array}$

仿真四层磁屏蔽筒的横向屏蔽系数与各参数的关系，仿真结果如图2所示，其中：2(a)为磁屏蔽筒厚度与横向总屏蔽系数关系；2(b)为相对磁导率与横向总屏蔽系数关系；2(c)为最内层半径与横向总屏蔽系数关系；2(d)为径向间隙与横向总屏蔽系数关系。

仿真四层磁屏蔽筒的轴向屏蔽系数与各参数的关系，仿真结果如图3所示，其中：3(a)为最内层半径与轴向总屏蔽系数关系；3(b)为最内层筒长与轴向总屏蔽系数关系；3(c)为径向间隙与轴向总屏蔽系数关系；3(d)为轴向间隙与轴向总屏蔽系数关系；3(e)为磁屏蔽筒厚度与轴向总屏蔽系数关系；3(f)为相对磁导率与轴向总屏蔽系数关系。

原子磁强计内部还放有其它装置，考虑这种情况，磁屏蔽筒最内层半径需满足R≥90mm。

为验证本发明的结论，将分别仿真优化的磁屏蔽筒（筒1）和非优化的磁屏蔽筒（筒2）的屏蔽性能进行对比实验。

假设已选坡莫合金作为磁屏蔽材料，其厚度d=0.26cm、相对磁导率仿真系统默认；优化的磁屏蔽筒（筒1）和非优化的磁屏蔽筒（筒2）主要尺寸如下：

表1优化的磁屏蔽筒（筒1）主要尺寸（单位/mm）

表2非优化的磁屏蔽筒（筒2）主要尺寸（单位/mm）

仿真结果为：

表3优化的磁屏蔽筒（筒1）仿真结果

表4非优化的磁屏蔽筒（筒2）仿真结果

结果对比如图4所示，其中横坐标为距离，纵坐标为屏蔽效能。由图可以看出，优化的磁屏蔽筒（筒1）比非优化的磁屏蔽筒（筒2）具有更好的屏蔽效能；优化的磁屏蔽筒（筒1）和非优化的磁屏蔽筒（筒2）都是在理想情况下得到的仿真结果，而在实际应用中由于坡莫合金磁导率、加工工艺、及使用环境中多种不可控因素都会影响筒内剩磁，使实际剩磁大于理论仿真结果，但是，相对结果或趋势不会改变。

因此，优化的磁屏蔽筒（筒1）与非优化的磁屏蔽筒（筒2）相比，具有屏蔽性能大、体积小、重量轻、成本低等优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于屏蔽系数的原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒参数的优化建模方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）计算两端带盖的n层圆柱形磁屏蔽筒的横向总屏蔽系数为：

$S_{\mathrm{Ttot}}=S_{\mathrm{Tn}}\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Π}}}{S}_{\mathrm{Ti}}[1-{\left(\frac{D_i}{D_{i+1}}\right)}^2]$

计算两端带盖的n层圆柱形磁屏蔽筒的轴向总屏蔽系数为：

$S_{\mathrm{Atot}}=S_{\mathrm{Tn}}\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Π}}}{S}_{\mathrm{Ti}}[1-\left(\frac{L_i}{L_{i+1}}\right)]$

其中：S_Ttot为横向总屏蔽系数，

为第i层横向屏蔽系数，D_i为第i层筒平均直径，S_Atot为轴向总屏蔽系数，L_i为第i层筒平均长度，μ_r为相对磁导率，d为磁屏蔽层厚度；

（2）综合考虑影响横向总屏蔽系数和轴向总屏蔽系数的各项因素，并建立这些影响因素与横向总屏蔽系数和轴向总屏蔽系数之间的模型：

两端带盖的n层圆柱形磁屏蔽筒各项参数与横向总屏蔽系数之间的模型为：

$\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{Ttot}}=\\ \frac{{\left(\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2}\right)}^2[1-{\left(\frac{R+\frac{1}{2}d}{R+\frac{3}{2}d+\mathrm{\ΔR}}\right)}^2[1-{\left(\frac{R+\frac{3}{2}d+\mathrm{\ΔR}}{R+\frac{5}{2}d+2\mathrm{\ΔR}}\right)}^2]......[1-{\left(\frac{R+\frac{2n-3}{2}d+(n-2)\mathrm{\ΔR}}{R+\frac{2n-1}{2}d+(n-1)\mathrm{\ΔR}}\right)}^2]}{(R+\frac{1}{2}d)(R+\frac{3}{2}d+\mathrm{\ΔR})......[R+\frac{2n-3}{2}d+(n-2)\mathrm{\ΔR}][R+\frac{2n-1}{2}d+(n-1)\mathrm{\ΔR}]}\end{array}$

两端带盖的n层圆柱形磁屏蔽筒各项参数与轴向总屏蔽系数之间的模型为：

$\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{Atot}}=\\ \frac{{\left(\frac{{\mathrm{\μ}}_{r}d}{2}\right)}^n[1-\left(\frac{L+d}{L+3d+2\mathrm{\ΔL}}\right)][1-\left(\frac{L+3d+2\mathrm{\ΔL}}{L+5d+4\mathrm{\ΔL}}\right)......[1-\left(\frac{L+(2n-3)d+2(n-2)\mathrm{\ΔL}}{L+(2n-1)d+2(n-1)\mathrm{\ΔL}}\right)}{(R+\frac{1}{2}d)(R+\frac{3}{2}d+\mathrm{\ΔR})......[R+\frac{2n-3}{2}d+(n-2)\mathrm{\ΔR}][R+\frac{2n-1}{2}d+(n-1)\mathrm{\ΔR}]}\end{array}$

其中：△R为径向层间距，R为最内层筒半径，△L为轴向层间距，L为最内层筒长，R为最内层筒半径；

（3）根据影响因素与横向总屏蔽系数和轴向总屏蔽系数之间的模型，仿真各参数对屏蔽性能的影响程度；

（4）根据各参数对屏蔽性能的影响程度的仿真结果，对磁屏蔽筒结构进行优化设计。

2.根据权利要求1所述的基于屏蔽系数的原子磁强计/原子陀螺仪的磁屏蔽筒参数的优化建模方法，其特征在于：所述步骤（4）具体包括：

a.相对磁导率μ_r越大，磁屏蔽性能越好；

b.磁屏蔽层厚度d越大，磁屏蔽性能越好；

c.最内层筒长L越大，磁屏蔽性能越差；

d.当轴向层间距△L在一定范围内变化时，轴向屏蔽系数变化剧烈；否则，变化缓慢；

e.径向层间距△R越大，轴向总屏蔽系数越小；在一定范围内，径向层间距△R越大，横向总屏蔽系数越大；

f.最内层筒半径R越小，磁屏蔽性能越好。

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