一种用于原子气室的双面电加热片磁场抑制构型设计方法

1.一种用于原子气室的双面电加热片磁场抑制构型设计方法，其特征在于，利用基于帕雷托排序的NSGA-II算法，对位于气室对称面的两片电加热片参数进行同时优化设计、得到两片电加热片的最优参数组合，实现双面电加热片的同时优化走线设计；包括以下步骤：步骤1，建立坐标系，确定两片加热基底所在平面和性能评价指标；步骤2，确定待测参数；步骤3，建立第1目标函数集合f 1 ；步骤4，建立第2目标函数集合f 2 ；步骤5，确定各个待测参数的取值范围，进行最优值求解；步骤6，进行多次最优值求解，从多组数据中筛选出理想值，从而得到整体加热构型的具体参数；步骤7，将各个独立的加热线圈连通成整体加热构型，加热电流处处同步相等，上片和下片加热片连通时设计成镜面对称结构；所述步骤1中包括：以下片加热基底几何中心为原点建立XYZ空间直角坐标系，x轴和y轴处于加热基底所在平面内，在z=h的地方选取平行平面作为上片加热膜的基底，h表示两片加热基底之间的距离，h的具体参数由气室的尺寸大小给出；在气室的中心区域选取a×a×a的方形区间作为目标区域，目标区域的大小同样由气室尺寸决定，在中心区域选取M个目标点P，用多个目标点的值来表征整个目标区域，因此M的取值需要尽可能的大；以两面加热片在目标区域即原子气室的中心区域产生的磁感应强度大小的平均值作为加热构型的磁场抑制能力的评判标准，以加热构型在目标点产生和中心点产生的磁感应强度的差值与中心点磁感应强度之比的最大值作为评价磁场均匀性好坏的指标；所述步骤2中包括：加热构型由在加热基底所在的z=0和z=h平面内的多个方形加热线圈组成，下片加热线圈的几何中心位于原点，上片加热线圈的集合中心位于（0，0，h），将各个加热线圈的半边长形成的集合L、电流方向集合I以及线圈个数N i 设为待求参数。 2.根据权利要求1所述的用于原子气室的双面电加热片磁场抑制构型设计方法，其特征在于，其中f 1 表示所有目标点磁感应强度的平均值B avg ，因为目标区域是一个空间范围不具有对称性，目标点中的磁场具有三个方向的矢量，故而在设计中计算双面加热膜在每点的产生的矢量叠加，最后取模求目标区域中数个点的平均值；用f 2 的值来判定目标区域的磁场均匀性，表示目标区域中点的磁场和目标中心磁场的偏离程度；j为目标点序号，在目标区域内选取M个P点，记P j ，i为线圈序号，1≤i≤N i ，N i 为正整数， 表示第i个双层方形线圈在目标点P j 点产生的磁场，是矢量， 和 分别表示为下片第i个方形线圈和上片第i个方形线圈在目标点产生的磁场，L i 为第i个方形线圈的半边长，I i 为第i个方形线圈的电流方向，I i 取值为+1或-1，分别表示顺时针或逆时针的电流方向， 、 分别表下片第i个方形线圈的半边长和上片第i个方形线圈的半边长， 、 分别表示下片第i个方形线圈的电流方向和上片第i个方形线圈的电流方向，第N i 为方形线圈的个数，上下片线圈的个数相同，用N i 表示，μ0为真空磁导率，I是线电流大小； B j 为双面加热膜整体构型在目标区域中的任意目标点P j 产生的磁场大小，B 0 表示目标区域的中心点的磁场大小。 3.根据权利要求1所述的用于原子气室的双面电加热片磁场抑制构型设计方法，其特征在于，所述步骤5中包括：确定加热线圈的半边长集合L、电流方向集合I以及线圈个数N i 的取值范围，集合L内元素的取值满足d≤L i ≤L b -d，且L i+1 - L i ≥2d，集合I内元素的取值为+1或-1，参数N i 的取值范围设置为4≤N i ≤10，取正整数，将待求参数代入基于帕雷托排序的NSGA-II算法，对所述的多个目标函数进行最小值最优解求解，最后得到一组目标函数最优解的集合：Pareto最优集，在最优集中人工筛选最合适的参数集合，从而得到整体加热构型的具体参数；加热线圈的半边长组成集合L=[L 11 , L 12 , …, L 1i , L 1（i+1） ,…, L 1N， L 21 , L 22 ,…, L 2i , L 2（i+1） ,…, L 2N ]，各个加热线圈电流方向组成的集合I=[I 11 , I 12 , …, I 1i ,I 1（i+1） ,…, I 1N， I 21 , I 22 , …, I 2i , I 2（i+1） ,…, I 2N ]以及线圈个数N i 作为待求参数集合；各个目标点P j 与加热构型的距离h由加热构型实际的应用场景确定，加热构型制作于加热基底上形成加热片，加热片粘贴在包裹着原子气室的烤箱两侧。 4.根据权利要求1所述的用于原子气室的双面电加热片磁场抑制构型设计方法，其特征在于，利用毕奥—萨法尔定律求解加热构型在各个目标点产生的磁感应强度 :其中μ 0 为真空磁导率，I是线电流大小， 为线圈边段微元矢量， 是线圈边段微元指向目标点的向量，r为 的模；将方形线圈分解成四段单边直线段进行求解，直线段的磁感应强度解析表达式采用电流段积分，根据直线段电流方向更改积分上下限：其中 为下片的第i个方形线圈在第j个目标点产生的磁场， 表示方形线圈的对应边从a到b在目标区域中任意一点P j 产生的磁场， 表示线段M 1 M 2 到目标区域中任意一点P j 产生的磁场的单位方向向量，μ 0 为真空磁导率， 是下片基底内的第i个线圈电流方向，L 1i 为下片基底内的第i个方形加热线圈半边长，M 1、 M 2 为线段的起始点和终止点，P j 是目标区域的任意点，P j =（x j ,y j ,z j ）,M 1、 M 2 的坐标由加热线圈的半边长L j 给出。 5.根据权利要求1所述的用于原子气室的双面电加热片磁场抑制构型设计方法，其特征在于，所述加热构型设计方法包含多层结构，双片加热膜的具体参数由程序一同给出。 6.根据权利要求1所述的用于原子气室的双面电加热片磁场抑制构型设计方法，其特征在于，在气室的中心a×a×a区域上取M个目标点,整体加热构型在所有目标点产生的磁感应强度大小的平均值B avg 作为加热构型磁场抑制能力的评判标准，B avg 的值越小，表示加热构型产生的磁场越小，磁场抑制能力越强；整体加热构型在所有目标点产生的磁感应强度和中心点磁感应强度的相对变化百分比来评价整体的均匀性，相对变化最大值越小，均匀性越好。