CN106845045B - 一种磁屏蔽室的设计方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁屏蔽室的设计方法及系统，包括以下步骤：基于确定的屏蔽空间，构建具有多层屏蔽层的磁屏蔽室的机械模型；基于所述机械模型，根据不同的相邻屏蔽层的间隔，计算对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取相邻屏蔽层的最佳间隔；基于所述机械模型，确定多层屏蔽层的总厚度，计算不同的屏蔽层的厚度比所对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取各屏蔽层的最佳厚度。本发明的磁屏蔽室的设计方法及系统能够指导磁屏蔽室的实际搭建，以满足屏蔽空间内局部高指标的要求，并降低搭建成本，便于实际的推广使用。

Description

一种磁屏蔽室的设计方法及系统

技术领域

本发明涉及磁屏蔽室的技术领域，特别是涉及一种磁屏蔽室的设计方法及系统。

背景技术

赤道附近地磁场的水平分量大约为40毫特斯拉(mT)。地铁、电梯等磁性物质也会干扰空间中电磁场的大小与分布。复杂的电磁场背景给微弱磁信号的探测造成困难。因此，屏蔽外界磁场干扰，创造近零磁场环境成为进行弱磁探测的首要条件。

坡莫合金指铁镍合金，其含镍量的范围很广，在35％－90％之间。坡莫合金的最大特点是具有很高的弱磁场磁导率。它们的饱和磁感应强度一般在0.6T-1.0T之间。坡莫合金的初始磁导率一般为10⁴以上，可有效地屏蔽低频磁场；铝作为高电导率的材料可以屏蔽高频磁场，因此，通常采用坡莫合金与铝来构建磁屏蔽室。

通常情况下，低频磁场对弱磁的干扰更为严重，而坡莫合金的材料属性、形状、尺寸、间隔、开洞都会影响屏蔽室的屏蔽效能。另外，屏蔽材料，如坡莫合金的价格昂贵，搭建一个体积为1m³、开展实验用的小型屏蔽室，造价都要几十万元人民币。为了获得较好的屏蔽效能，不可能进行反复的尝试。

因此，对于特定的磁屏蔽材料，如何设计磁屏蔽室以达到最优的磁屏蔽效能成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种磁屏蔽室的设计方法及系统，通过理论仿真，根据屏蔽空间大小，确定多层屏蔽层的各层厚度和相邻间隔，并预估屏蔽效能，从而指导磁屏蔽室的实际搭建，以满足屏蔽空间内局部高指标的要求，并降低搭建成本，便于实际的推广使用。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种磁屏蔽室的设计方法，包括以下步骤：基于确定的屏蔽空间，构建具有多层屏蔽层的磁屏蔽室的机械模型；基于所述机械模型，根据不同的相邻屏蔽层的间隔，计算对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取相邻屏蔽层的最佳间隔；基于所述机械模型，确定多层屏蔽层的总厚度，计算不同的屏蔽层的厚度比所对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取各屏蔽层的最佳厚度。

于本发明一实施例中，根据公式

计算所述磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，其中，B_out表示磁屏蔽室外部磁场大小，B_in表示磁屏蔽室内部中心处磁场大小。

于本发明一实施例中，当所述磁屏蔽室包括两层屏蔽层时，根据公式

计算所述磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，其中，X₁和X₂分别为第1层和第2层的尺寸，μ₁和μ₂分别为第1层和第2层材料的磁导率，t₁和t₂分别为第1层和第2层的厚度，系数k由磁屏蔽室的形状决定。

于本发明一实施例中，在屏蔽空间确定的情况下，令

为一常数，X₁/X₂＝a，则

系数k根据

推算。

于本发明一实施例中，确定多层屏蔽层的总厚度后，各屏蔽层的最佳厚度相等。

同时，本发明还提供一种磁屏蔽室的设计系统，包括构建模块、第一获取模块和第二获取模块；

所述构建模块用于基于确定的屏蔽空间，构建具有多层屏蔽层的磁屏蔽室的机械模型；

所述第一获取模块用于基于所述机械模型，根据不同的相邻屏蔽层的间隔，计算对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取相邻屏蔽层的最佳间隔；

所述第二获取模块用于基于所述机械模型，确定多层屏蔽层的总厚度，计算不同的屏蔽层的厚度比所对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取各屏蔽层的最佳厚度。

于本发明一实施例中，所述第一获取模块和所述第二获取模块中，根据公式

计算所述磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，其中，B_out表示磁屏蔽室外部磁场大小，B_in表示磁屏蔽室内部中心处磁场大小。

于本发明一实施例中，所述第一获取模块和所述第二获取模块中，当所述磁屏蔽室包括两层屏蔽层时，根据公式

计算所述磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，其中，X₁和X₂分别为第1层和第2层的尺寸，μ₁和μ₂分别为第1层和第2层材料的磁导率，t₁和t₂分别为第1层和第2层的厚度，系数k由磁屏蔽室的形状决定。

于本发明一实施例中，在屏蔽空间确定的情况下，令

为一常数，X₁/X₂＝a，则

系数k根据

推算。

于本发明一实施例中，所述第二获取模块中，确定多层屏蔽层的总厚度后，各屏蔽层的最佳厚度相等。

如上所述，本发明的磁屏蔽室的设计方法及系统，具有以下有益效果：

(1)通过理论仿真，根据屏蔽空间大小来确定多层屏蔽层的各层厚度和相邻间隔，并预估磁屏蔽室内中心处的屏蔽效能，从而为实际搭建磁屏蔽室提供了技术指导，降低了搭建成本；

(2)适用于高磁导率屏蔽材料的磁屏蔽室设计，可用于设计如立方体、圆柱体等各种结构的磁屏蔽室，适用性强。

附图说明

图1显示为本发明的磁屏蔽室的设计方法的流程图；

图2显示为本发明中两层磁屏蔽室内部中心处屏蔽效能SE与屏蔽层间距Δ的依赖关系图；

图3显示为本发明中两层磁屏蔽室内部中心处屏蔽效能SE与内屏蔽层厚度的依赖关系图；

图4显示为坡莫合金的磁化曲线示意图；

图5显示为本发明的磁屏蔽室的设计系统的结构示意图。

元件标号说明

1 构建模块

2 第一获取模块

3 第二获取模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在磁屏蔽室中，在屏蔽空间的大小和屏蔽材料确定的前提下，多层屏蔽层的各层厚度和相邻屏蔽层间距的大小会直接影响磁屏蔽室的屏蔽效果，尤其是磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效果。因此，本发明的磁屏蔽室的设计方法需设计出最优化的各层屏蔽层的厚度和相邻屏蔽层的间隔，以获取最佳的屏蔽效能。

如图1所示，本发明的磁屏蔽室的设计方法包括以下步骤：

步骤S1、基于确定的屏蔽空间，构建具有多层屏蔽层的磁屏蔽室的机械模型。

在本发明中，采用Ansys Maxwell仿真软件构建磁屏蔽室。Ansys Maxwell作为业界最顶级的电磁场仿真分析软件，可以帮助工程师完成电磁设备与机电设备的三维/二维有限元仿真分析，例如，电机、作动器、变压器、传感器与线圈等设备的性能分析。Maxwell使用有限元算法，可以完成静态、频域以及时域磁场与电场仿真分析。

具体地，构建多层屏蔽层的磁屏蔽室的机械模型时，在Ansys Maxwell仿真软件中执行以下操作：

(1)选择求解器类型，根据预设尺寸、层数、间距和材料建立磁屏蔽室的机械模型；

(2)在磁屏蔽室外部建立与该机械模型同心、尺寸接近的线圈模型；

(3)选择有限元积分的空间，确定空间场计算的边界条件，以确保计算的有效性与高效性；

(4)创建和设置线圈加载电流源激励；设置计算参数和自适应计算参数，校验并运行，查看结果并计算磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能。

对于本领域技术人员而言，采用Ansys Maxwell仿真软件进行磁屏蔽室的构建和屏蔽效能的仿真为成熟的技术，其不是本发明重点解决的问题，故在此不再赘述。

步骤S2、基于所述机械模型，根据不同的相邻屏蔽层的间隔，计算对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取相邻屏蔽层的最佳间隔。

对于两层屏蔽层的磁屏蔽室而言，在S1步骤中，根据预设的屏蔽空间大小，选取常规的屏蔽层厚度，建立磁屏蔽室的机械模型。在步骤S2中，在100mm到800mm的范围内改变内外屏蔽层的间隔Δ。每改变一次，便重新计算一次磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能SE。当遍历100mm到800mm的范围后，则可得到如图2所示的屏蔽效能SE对内外屏蔽层的间隔Δ的依赖关系图。在该依赖关系图中，可显而易见地确定获取最佳屏蔽效能SE的内外屏蔽层的间隔。对于多层屏蔽层的磁屏蔽室而言，不断调整相邻屏蔽层的间隔，对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能最佳时对应的相邻屏蔽层的间隔即为最佳间隔。

当然，在磁屏蔽室的实际构建中，还需综合屏蔽效能、占地空间和构建成本等多方面的因素，来确定最佳屏蔽层的间隔。

步骤S3、基于所述机械模型，确定多层屏蔽层的总厚度，计算不同的屏蔽层的厚度比所对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取各屏蔽层的最佳厚度。

在构建磁屏蔽室时，首先需要确定多层屏蔽层的总厚度；然后根据屏蔽层的总厚度，调节不同的屏蔽层厚度的比例，计算对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能。图3所示即为两层屏蔽层的磁屏蔽室的设计中，不同内外屏蔽层总厚度下，内屏蔽层厚度与磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能的关系示意图。由图可知，当确定内外屏蔽层的总厚度后，最佳内屏蔽层和外屏蔽层的厚度为总厚度的二分之一时，磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能最佳。

具体地，以内外屏蔽层的总厚度为10mm为例，内屏蔽层厚度的改变范围1mm-9mm。每改变一次，便重新计算磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能SE的大小。经计算，当内外屏蔽层的厚度均为5mm时，磁屏蔽室内部中心处可以获得最佳的屏蔽效能。

相应地，将内外屏蔽层的总厚度设置为15mm和20mm，重复上述计算，可得内外屏蔽层的厚度均为7.5mm和10mm时，磁屏蔽室内部中心处可以获得最佳的屏蔽效能。因此，可以确认，在内外屏蔽层总厚度一定的情况下，内外屏蔽层层厚度相等时磁屏蔽室内部中心处可以获得最佳的屏蔽效能。

根据实际仿真计算可知，当内外屏蔽层的总厚度分别为10mm、15mm和20mm时，即相应的内外屏蔽层的厚度分别为5mm、7.5mm和10mm，对应的磁屏蔽室内部中心处屏蔽效能分别约为69.2dB、75.9dB和80.7dB。在磁屏蔽室的实际构建中，通常采用的材料为坡莫合金，其单层厚度一般在3mm以下。故在构建磁屏蔽室时，可采用以下参数：内外屏蔽层的间隔为0.2m，内外屏蔽层的厚度均为2.5mm，则磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能约为57.8dB。

相应地，对于多层屏蔽层的磁屏蔽室而言，在确定多层屏蔽层的总厚度后，各屏蔽层的厚度相等时，对应的磁屏蔽室内部中心处屏蔽效能最佳。即各屏蔽层的最佳厚度相等。

本例使用Ansys Maxwell仿真软件进行磁屏蔽室设计，适用于高磁导率屏蔽材料和1000Hz下交流电磁场的场景。需要说明的是，可以使用不同的仿真工具，但进行磁屏蔽室设计的基本思路完全一致。本发明的磁屏蔽室可以设计立方体、圆柱体等结构的磁屏蔽室，具有高度的普适性。

具体地，多层屏蔽壳的形状和大小对屏蔽效能的影响的近似公式表示为：

其中，

表示连乘运算，B_out表示磁屏蔽室外部磁场大小，B_in表示磁屏蔽室内部中心处磁场大小，X_i为第i层的尺寸，n表示屏蔽层层数。需要说明的是，磁屏蔽室通常为立方体或球体，故对于立方体而言，尺寸表示边长；对球体而言，尺寸表示半径。需要说明的是，由于屏蔽层的厚度相较于屏蔽层的大小可忽略不计，故上述的X_i可以为外屏蔽层的尺寸，也可以为内屏蔽层的尺寸。

因此，两层结构的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能为：

其中，i＝1或2，μ_i为第i层材料的磁导率，t_i为第i层的厚度，系数k由磁屏蔽室的形状决定。

其中，k的取值是近似值。简化变量X₁/X₂＝a，在屏蔽空间确定的情况下，令

为一常数，则

根据

即可推算特殊形状屏蔽室的k因子。球体屏蔽模型中，k＝3；圆柱体屏蔽模型中，对于横向的SE计算，k＝2，对于轴向的SE计算，k＝1。

需要说明的是，步骤S2和步骤S3的执行顺序可以是随机的。不同的执行顺序，所获取的磁屏蔽室中心位置处的屏蔽效能SE的绝对值不同，但不影响最佳屏蔽效能SE的确定。为了方便起见，优选首先确定各屏蔽层的间隔Δ，再确定各屏蔽层的厚度。这是因为，各屏蔽层的厚度相较于屏蔽层的尺寸和间隔，小至少一个数据级，可以忽略不计。因此，对于两层屏蔽层的磁屏蔽室而言，外层尺寸可简化为内层尺寸与内外屏蔽层的间隔之和，内外屏蔽层的厚度可忽略不计。

下面通过具体实施例来详细阐述本发明的磁屏蔽室的设计方法。

该实施例以屏蔽空间为2.5×2.5×2.4m³的两层磁屏蔽室设计作为例。

首先，基于确定的屏蔽空间，构建具有内外两层屏蔽层的磁屏蔽室的机械模型。具体包括以下步骤：

1)在Ansys Maxwell仿真软件中，选择求解器类型Transient，建立内空间为2.5×2.5×2.4m³，内外层屏蔽材料厚度均为2mm，间距为0.2m(随机设定)的两层嵌套的立方结构，指定屏蔽材料为坡莫合金，其磁化曲线如图4所示。

2)在立方结构外部1.75m处建立与其同心的矩形线圈模型，边长为2m×2m，材料指定为铜(copper)。

3)选择有限元积分的空间为整个模型空间的1.4倍，确定空间场计算的边界条件，确保计算的有效性与高效性。

4)创建和设置线圈加载电流源激励，其中，激励源I＝1.414sin(2πt)A。

5)设置计算参数和自适应计算参数，校验并运行，查看结果，根据公式SE＝20*lg(B_out/B_in)计算磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能。

接着，在上述机械模型中，根据不同的内外屏蔽层的间隔，计算对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取最佳内外屏蔽层的间隔。

具体地，调整步骤1)中间距的大小，在100mm到800mm的范围内改变间距。每改变一次，计算对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能SE的大小。遍历100mm-800mm的范围后，绘制屏蔽效能SE对间距Δ的依赖关系图。由图可知，当间距Δ＝200mm时，得到最优屏蔽效能SE_opt＝49.5dB，同时该间距对应的屏蔽室占地空间小，构建成本低。

最后，在上述机械模型中，确定内外屏蔽层的总厚度，计算不同的内外屏蔽层的厚度比所对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取最佳内外屏蔽层的厚度。

具体地，选择内外屏蔽层的间距为200mm后，首先确内外屏蔽层的总厚度，再调节内外层厚度的比例。以内外屏蔽层的总厚度为10mm为例，调整步骤1)中内屏蔽层的厚度，改变范围1mm-9mm。每改变一次，计算对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能SE的大小。绘制屏蔽效能SE对内外层厚度的依赖关系图。同时，为避免偶然性，增加总厚度为15mm和20mm的情况，重复上述步骤。最终得到：在内外屏蔽层总厚度一定的情况下，内外屏蔽层厚度相等时磁屏蔽室内部中心处可以获得最佳的屏蔽效能。因此，当内外屏蔽层的总厚度分别为10mm、15mm和20mm时，内外屏蔽层的厚度分别为5mm、7.5mm和10mm，对应得到的磁屏蔽室内部中心处最佳屏蔽效能分别约为69.2dB、75.9dB和80.7dB。

通过以上步骤，能够得到屏蔽空间为2.5×2.5×2.4m³的磁屏蔽室优化结构设计：内外屏蔽层的间隔为0.2m，内外屏蔽层厚度的分配比例为1:1，单层屏蔽层厚度为2.5mm，磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能约为57.8dB。

需要说明的是，上述磁屏蔽室所用的屏蔽材料为坡莫合金，在外界加载1Hz正弦交流电磁场的环境中，其相对磁导率约为20000。在实际搭建磁屏蔽室时，由于包含门、开洞等漏磁的路径，考虑到屏蔽材料磁导率和材料缺陷问题，实际的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能会低于上述计算的屏蔽效能。上述计算结果仅仅为实际搭建的磁屏蔽室结构提供参考，而不是绝对的屏蔽效能值。

参照图5，本发明的磁屏蔽室的设计系统包括构建模块1、第一获取模块2和第二获取模块3。

构建模块1用于基于确定的屏蔽空间，构建具有多层屏蔽层的磁屏蔽室的机械模型。

在本发明中，采用Ansys Maxwell仿真软件构建磁屏蔽室。Ansys Maxwell作为业界最顶级的电磁场仿真分析软件，可以帮助工程师完成电磁设备与机电设备的三维/二维有限元仿真分析，例如，电机、作动器、变压器、传感器与线圈等设备的性能分析。Maxwell使用有限元算法，可以完成静态、频域以及时域磁场与电场仿真分析。

具体地，构建多层屏蔽层的磁屏蔽室的机械模型时，在Ansys Maxwell仿真软件中执行以下操作：

(1)选择求解器类型，根据预设尺寸、层数、间距和材料建立磁屏蔽室的机械模型；

(2)在磁屏蔽室外部建立与该机械模型同心、尺寸接近的线圈模型；

(3)选择有限元积分的空间，确定空间场计算的边界条件，以确保计算的有效性与高效性；

(4)创建和设置线圈加载电流源激励；设置计算参数和自适应计算参数，校验并运行，查看结果并计算磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能。

对于本领域技术人员而言，采用Ansys Maxwell仿真软件进行磁屏蔽室的构建和屏蔽效能的仿真为成熟的技术，其不是本发明重点解决的问题，故在此不再赘述。

第一获取模块2与构建模块1相连，用于基于所述机械模型，根据不同的相邻屏蔽层的间隔，计算对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取相邻屏蔽层的最佳间隔。

对于两层屏蔽层的磁屏蔽室而言，在S1步骤中，根据预设的屏蔽空间大小，选取常规的屏蔽层厚度，建立磁屏蔽室的机械模型。在步骤S2中，在100mm到800mm的范围内改变内外屏蔽层的间隔Δ。每改变一次，便重新计算一次磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能SE。当遍历100mm到800mm的范围后，则可得到如图2所示的屏蔽效能SE对内外屏蔽层的间隔Δ的依赖关系图。在该依赖关系图中，可显而易见地确定获取最佳屏蔽效能SE的内外屏蔽层的间隔。对于多层屏蔽层的磁屏蔽室而言，不断调整相邻屏蔽层的间隔，对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能最佳时对应的相邻屏蔽层的间隔即为最佳间隔。

当然，在磁屏蔽室的实际构建中，还需综合屏蔽效能、占地空间和构建成本等多方面的因素，来确定最佳屏蔽层的间隔。

第二获取模块3与构建模块1相连，用于基于所述机械模型，确定多层屏蔽层的总厚度，计算不同的屏蔽层的厚度比所对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取各屏蔽层的最佳厚度。

在构建磁屏蔽室时，首先需要确定多层屏蔽层的总厚度；然后根据屏蔽层的总厚度，调节不同的屏蔽层厚度的比例，计算对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能。图3所示即为两层屏蔽层的磁屏蔽室的设计中，不同内外屏蔽层总厚度下，内屏蔽层厚度与磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能的关系示意图。由图可知，当确定内外屏蔽层的总厚度后，最佳内屏蔽层和外屏蔽层的厚度为总厚度的二分之一时，磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能最佳。

具体地，以内外屏蔽层的总厚度为10mm为例，内屏蔽层厚度的改变范围1mm-9mm。每改变一次，便重新计算磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能SE的大小。经计算，当内外屏蔽层的厚度均为5mm时，磁屏蔽室内部中心处可以获得最佳的屏蔽效能。

相应地，将内外屏蔽层的总厚度设置为15mm和20mm，重复上述计算，可得内外屏蔽层的厚度均为7.5mm和10mm时，磁屏蔽室内部中心处可以获得最佳的屏蔽效能。因此，可以确认，在内外屏蔽层总厚度一定的情况下，内外屏蔽层层厚度相等时磁屏蔽室内部中心处可以获得最佳的屏蔽效能。

根据实际仿真计算可知，当内外屏蔽层的总厚度分别为10mm、15mm和20mm时，即相应的内外屏蔽层的厚度分别为5mm、7.5mm和10mm，对应的磁屏蔽室内部中心处屏蔽效能分别约为69.2dB、75.9dB和80.7dB。在磁屏蔽室的实际构建中，通常采用的材料为坡莫合金，其单层厚度一般在3mm以下。故在构建磁屏蔽室时，可采用以下参数：内外屏蔽层的间隔为0.2m，内外屏蔽层的厚度均为2.5mm，则磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能约为57.8dB。

相应地，对于多层屏蔽层的磁屏蔽室而言，在确定多层屏蔽层的总厚度后，各屏蔽层的厚度相等时，对应的磁屏蔽室内部中心处屏蔽效能最佳。即各屏蔽层的最佳厚度相等。

本例使用Ansys Maxwell仿真软件进行磁屏蔽室设计，适用于高磁导率屏蔽材料和1000Hz下交流电磁场的场景。需要说明的是，可以使用不同的仿真工具，但进行磁屏蔽室设计的基本思路完全一致。本发明的磁屏蔽室可以设计立方体、圆柱体等结构的磁屏蔽室，具有高度的普适性。

具体地，多层屏蔽壳的形状和大小对屏蔽效能的影响的近似公式表示为：

其中，

表示连乘运算，B_out表示磁屏蔽室外部磁场大小，B_in表示磁屏蔽室内部中心处磁场大小，X_i为第i层的尺寸，n表示屏蔽层层数。需要说明的是，磁屏蔽室通常为立方体或球体，故对于立方体而言，尺寸表示边长；对球体而言，尺寸表示半径。需要说明的是，由于屏蔽层的厚度相较于屏蔽层的大小可忽略不计，故上述的X_i可以为外屏蔽层的尺寸，也可以为内屏蔽层的尺寸。

因此，两层结构的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能为：

其中，i＝1或2，μ_i为第i层材料的磁导率，t_i为第i层的厚度，系数k由磁屏蔽室的形状决定。

其中，k的取值是近似值。简化变量X₁/X₂＝a，在屏蔽空间确定的情况下，令

为一常数，则

根据

即可推算特殊形状屏蔽室的k因子。球体屏蔽模型中，k＝3；圆柱体屏蔽模型中，对于横向的SE计算，k＝2，对于轴向的SE计算，k＝1。

综上所述，本发明的磁屏蔽室的设计方法及系统通过理论仿真，根据屏蔽空间大小来确定多层屏蔽层的各层厚度和相邻间隔，并预估磁屏蔽室内中心处的屏蔽效能，从而为实际搭建磁屏蔽室提供了技术指导，降低了搭建成本；适用于高磁导率屏蔽材料的磁屏蔽室设计，可用于设计如立方体、圆柱体等各种结构的磁屏蔽室，适用性强。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种磁屏蔽室的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

基于确定的屏蔽空间，构建具有多层屏蔽层的磁屏蔽室的机械模型；

基于所述机械模型，根据不同的相邻屏蔽层的间隔，计算对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取相邻屏蔽层的最佳间隔；

基于所述机械模型，确定多层屏蔽层的总厚度，计算不同的屏蔽层的厚度比所对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取各屏蔽层的最佳厚度；

根据公式

计算所述磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，其中，B_out表示磁屏蔽室外部磁场大小，B_in表示磁屏蔽室内部中心处磁场大小；

当所述磁屏蔽室包括两层屏蔽层时，根据公式

计算所述磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，其中，X₁和X₂分别为第1层和第2层的尺寸，μ₁和μ₂分别为第1层和第2层材料的磁导率，t₁和t₂分别为第1层和第2层的厚度，系数k由磁屏蔽室的形状决定；所述磁屏蔽室为立方体或球体，对于立方体而言，所述尺寸表示边长；对于球体而言，所述尺寸表示半径；

在屏蔽空间确定的情况下，令

为一常数，X₁/X₂＝a，则

系数k根据

推算。

2.根据权利要求1所述的磁屏蔽室的设计方法，其特征在于：确定多层屏蔽层的总厚度后，各屏蔽层的最佳厚度相等。

3.一种磁屏蔽室的设计系统，其特征在于：包括构建模块、第一获取模块和第二获取模块；

所述构建模块用于基于确定的屏蔽空间，构建具有多层屏蔽层的磁屏蔽室的机械模型；

所述第一获取模块用于基于所述机械模型，根据不同的相邻屏蔽层的间隔，计算对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取相邻屏蔽层的最佳间隔；

所述第二获取模块用于基于所述机械模型，确定多层屏蔽层的总厚度，计算不同的屏蔽层的厚度比所对应的磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，获取各屏蔽层的最佳厚度；

所述第一获取模块和所述第二获取模块中，根据公式

计算所述磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，其中，B_out表示磁屏蔽室外部磁场大小，B_in表示磁屏蔽室内部中心处磁场大小；

所述第一获取模块和所述第二获取模块中，当所述磁屏蔽室包括两层屏蔽层时，根据公式

计算所述磁屏蔽室内部中心处的屏蔽效能，其中，X₁和X₂分别为第1层和第2层的尺寸，μ₁和μ₂分别为第1层和第2层材料的磁导率，t₁和t₂分别为第1层和第2层的厚度，系数k由磁屏蔽室的形状决定；所述磁屏蔽室为立方体或球体，对于立方体而言，所述尺寸表示边长；对于球体而言，所述尺寸表示半径；

在屏蔽空间确定的情况下，令

为一常数，X₁/X₂＝a，则

系数k根据

推算。

4.根据权利要求3所述的磁屏蔽室的设计系统，其特征在于：所述第二获取模块中，确定多层屏蔽层的总厚度后，各屏蔽层的最佳厚度相等。

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