本發(fā)明涉及電加熱磁場(chǎng)抑制，尤其是涉及一種基于區(qū)域劃分的無(wú)磁電加熱膜構(gòu)型設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著量子操縱、物理光學(xué)以及電磁兼容等理論的深入發(fā)展，量子傳感器以高靈敏度、芯片化、低成本等特點(diǎn)被眾多研究學(xué)者青睞。該類(lèi)傳感器以堿金屬氣室為核心敏感元件，磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)的空間分布特性極大地影響量子態(tài)的調(diào)控，進(jìn)而影響磁強(qiáng)計(jì)的靈敏度和測(cè)量精度。然而電加熱膜在給氣室提供熱量的同時(shí)，不可避免地會(huì)引入磁場(chǎng)干擾，這種磁噪聲對(duì)氣室所需的預(yù)設(shè)磁場(chǎng)造成不利影響。

2、針對(duì)加熱膜所產(chǎn)生磁噪聲的問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)通常采用特定的加熱絲走線(xiàn)構(gòu)型對(duì)其進(jìn)行抑制，然而這種布局方式未能充分考慮到溫度場(chǎng)均勻性的問(wèn)題，尤其是在要求高均勻性溫度場(chǎng)的量子態(tài)調(diào)控中。因此，現(xiàn)有電加熱技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)抑制和均勻加熱的雙重任務(wù)，電加熱膜在加熱絲布局方面存在嚴(yán)重缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于區(qū)域劃分的無(wú)磁電加熱膜構(gòu)型設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)和磁場(chǎng)的有效調(diào)控，有利于提高原子磁強(qiáng)計(jì)的磁共振信號(hào)品質(zhì)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于區(qū)域劃分的無(wú)磁電加熱膜構(gòu)型設(shè)計(jì)方法，步驟包括：

3、s1、對(duì)加熱膜上電流元所處位置對(duì)氣室中心點(diǎn)磁噪聲的貢獻(xiàn)值進(jìn)行分析，根據(jù)貢獻(xiàn)值的大小對(duì)加熱膜進(jìn)行區(qū)域劃分；

4、s2、在區(qū)域內(nèi)建立電流分布的流函數(shù)，根據(jù)流函數(shù)計(jì)算堿金屬氣室的磁場(chǎng)分布和溫度分布；

5、s3、根據(jù)磁噪聲均勻性和溫度均勻性建立關(guān)于流函數(shù)中各系數(shù)的約束條件；

6、s4、根據(jù)氣室磁噪聲模最小的原則建立代價(jià)函數(shù)并計(jì)算流函數(shù)中各系數(shù)的最優(yōu)解，得出電流分布的流函數(shù)表達(dá)式；

7、s5、根據(jù)電流等值線(xiàn)分布設(shè)計(jì)加熱膜構(gòu)型。

8、優(yōu)選的，步驟s1中對(duì)加熱膜上電流元所處位置對(duì)氣室中心點(diǎn)磁噪聲的貢獻(xiàn)值進(jìn)行分析，根據(jù)貢獻(xiàn)值的大小對(duì)加熱膜進(jìn)行區(qū)域劃分包括：

9、

10、式中，b(r)表示某處電流元對(duì)氣室中心點(diǎn)的磁場(chǎng)貢獻(xiàn)值，μ0表示真空磁導(dǎo)率，i表示加熱絲電流，表示電流元矢量，l表示電流元長(zhǎng)度，表示電流元到氣室中心點(diǎn)的位矢，r表示電流元到氣室中心點(diǎn)的距離，d表示氣室中心點(diǎn)到加熱膜的距離；

11、根據(jù)|b(r)|的變化量對(duì)加熱膜進(jìn)行區(qū)域劃分，設(shè)過(guò)氣室中心點(diǎn)的直線(xiàn)與加熱膜垂直，垂足點(diǎn)為p，根據(jù)氣室中心點(diǎn)磁噪聲方程得知p點(diǎn)的貢獻(xiàn)值最大，記為|b(r)∣max，以|b(r)∣max為基準(zhǔn)，根據(jù)磁噪聲貢獻(xiàn)值的變化量對(duì)加熱膜進(jìn)行區(qū)域劃分，公式為：

12、

13、式中，ωn＝{r∈ω∣|b(r)|∈[an|b(r)∣max,an-1|b(r)∣max)}表示在加熱膜上(r∈ω)滿(mǎn)足|b(r)|∈[an|b(r)∣max,an-1|b(r)∣max)的所有r組成的子集合，a1,a2,…,an表示權(quán)重系數(shù)。

14、優(yōu)選的，所述步驟s2中：

15、使用傅里葉級(jí)數(shù)在區(qū)域內(nèi)建立電流分布的流函數(shù)，公式為：

16、

17、式中，yi(x,y)表示第i個(gè)區(qū)域ωi的流函數(shù)，和分別表示傅里葉級(jí)數(shù)的展開(kāi)系數(shù)，m、n分別表示傅里葉級(jí)數(shù)的模式數(shù)，分別對(duì)應(yīng)x和y方向上的波數(shù)，lx、ly分別表示區(qū)域ωi在x和y方向上的長(zhǎng)度，(x,y)表示坐標(biāo)，其中，坐標(biāo)系原點(diǎn)為加熱膜中心；

18、基于流函數(shù)yi(x,y)得到堿金屬氣室的磁場(chǎng)b(x,y,z)和溫度場(chǎng)t(x,y,z)。

19、優(yōu)選的，所述步驟s3中根據(jù)磁噪聲均勻性和溫度均勻性建立關(guān)于流函數(shù)中各系數(shù)的約束條件包括：

20、

21、subject?to:

22、

23、式中，∈1表示允許的磁場(chǎng)最大不均勻性，∈2表示允許的溫度場(chǎng)最大不均勻性，(bi,1,bi,2)表示的取值范圍，(αi,1,αi,2)表示的取值范圍，和分別表示氣室空間內(nèi)磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)的均值。

24、優(yōu)選的，所述步驟s4中根據(jù)氣室磁噪聲模最小的原則建立代價(jià)函數(shù)并計(jì)算流函數(shù)中各系數(shù)的最優(yōu)解包括：

25、

26、subject?to:

27、

28、式中，f表示流函數(shù)表達(dá)式。

29、因此，本發(fā)明采用上述一種基于區(qū)域劃分的無(wú)磁電加熱膜構(gòu)型設(shè)計(jì)方法，能夠有效降低加熱膜在工作過(guò)程中產(chǎn)生的磁噪聲并且兼顧加熱均勻性，有利于提高量子傳感器的信號(hào)品質(zhì)，具有更廣泛的應(yīng)用前景。

30、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種基于區(qū)域劃分的無(wú)磁電加熱膜構(gòu)型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于區(qū)域劃分的無(wú)磁電加熱膜構(gòu)型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟s1中對(duì)加熱膜上電流元所處位置對(duì)氣室中心點(diǎn)磁噪聲的貢獻(xiàn)值進(jìn)行分析，根據(jù)貢獻(xiàn)值的大小對(duì)加熱膜進(jìn)行區(qū)域劃分包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于區(qū)域劃分的無(wú)磁電加熱膜構(gòu)型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s2中：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于區(qū)域劃分的無(wú)磁電加熱膜構(gòu)型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s3中根據(jù)磁噪聲均勻性和溫度均勻性建立關(guān)于流函數(shù)中各系數(shù)的約束條件包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于區(qū)域劃分的無(wú)磁電加熱膜構(gòu)型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s4中根據(jù)氣室磁噪聲模最小的原則建立代價(jià)函數(shù)并計(jì)算流函數(shù)中各系數(shù)的最優(yōu)解包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于區(qū)域劃分的無(wú)磁電加熱膜構(gòu)型設(shè)計(jì)方法，屬于電加熱磁場(chǎng)抑制技術(shù)領(lǐng)域，包括根據(jù)貢獻(xiàn)值的大小對(duì)加熱膜平面進(jìn)行區(qū)域劃分；在區(qū)域內(nèi)建立基函數(shù)以表征電流分布的流函數(shù)，基于流函數(shù)計(jì)算堿金屬氣室的磁場(chǎng)分布和溫度分布；根據(jù)磁噪聲均勻性和溫度均勻性建立關(guān)于基函數(shù)中各系數(shù)的約束條件；根據(jù)氣室磁噪聲模最小的原則建立代價(jià)函數(shù)并計(jì)算基函數(shù)中各系數(shù)的最優(yōu)解得出電流分布的流函數(shù)表達(dá)式；根據(jù)電流等值線(xiàn)分布設(shè)計(jì)加熱膜構(gòu)型。本發(fā)明采用上述方法，能夠有效降低加熱膜磁噪聲并且兼顧加熱均勻性，有利于提高量子傳感器中的磁共振信號(hào)品質(zhì)。

技術(shù)研發(fā)人員：姜麗偉,王云鵬,張昌鎬,邵琪,朱莊生
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2