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摘要：基于泰勒展开及多极矩优化自屏蔽均匀磁场线圈设计方法，能够解决磁屏蔽环境等场合中磁场均匀性降低和线圈常数改变等问题，属于磁场操控技术领域。本发明中自屏蔽均匀磁场线圈包括主线圈和屏蔽线圈。本发明基于自屏蔽均匀磁场线圈包括主线圈和屏蔽线圈的嵌套结构，将自屏蔽均匀磁场线圈设计转化为以结构为约束条件的非线性优化问题，构建完整的最优化模型，并采用优化算法求解该问题，从而获得线圈位置、匝数及电流方向等线圈参数，确保外层屏蔽线圈补偿内层主线圈产生的外部磁场，以达到自屏蔽的效果，并且主线圈和屏蔽线圈共同作用在线圈内部产生均匀磁场。

主权项：1.基于泰勒展开及多极矩优化自屏蔽均匀磁场线圈设计方法，其特征在于，包括形成嵌套结构的内层主线圈和外层屏蔽线圈，所述主线圈界内的线圈内部区域通过泰勒展开法提高线圈中心的磁场均匀性，所述屏蔽线圈界外的线圈外部区域通过多极矩优化实现线圈外部磁场快速衰减，不依赖于外部取点的位置，优化设计后线圈外部的磁场快速衰减至零，即达到自屏蔽效果，并且主线圈和屏蔽线圈共同作用在线圈内部产生均匀磁场；包括以下步骤：步骤1，根据线圈常数及线圈总电阻要求，综合估算确定主线圈的线圈对数量M及屏蔽线圈的线圈对数量S，M＞S，M和S均为正整数，建立坐标系，确定主线圈半径Rs及屏蔽线圈半径Rm，Rs＞Rm，每对线圈中上线圈和下线圈关于z＝0平面对称，分别位于z＝+d平面和z＝﹣d平面，上线圈和下线圈之间的距离为2d，形成线圈位置参数集合d和线圈匝数参数集合n；步骤2，根据所确定的线圈结构，以线圈位置、匝数及电流方向设定为待定的线圈参数，由毕奥-萨伐尔定律推导线圈产生的磁场解析表达式，建立磁场泰勒展开解析表达式及多极矩解析表达式；步骤3，将自屏蔽均匀磁场线圈的设计目标转化为以结构为约束条件的非线性优化问题，构建完整的双目标优化模型，并采用优化算法求解，从而获得线圈参数合集，线圈位置参数集合为d＝[d1,d2,…,dM；d1,d2,…,dS]，线圈匝数参数集合为n＝[n1,n2,…,nM；n1,n2,…,nS]，其中，dM是主线圈第M线圈对中上线圈的z轴坐标，dS是屏蔽线圈第S线圈对中上线圈的z轴坐标，nM是主线圈第M线圈对中上线圈的匝数，nS是屏蔽线圈第S线圈对中上线圈的匝数，n的正负代表了线圈内的电流方向；步骤4，将得到的线圈参数代入毕奥-萨法尔定律，计算线圈内部及外部的磁场分布，验证磁场均匀性及衰减性的设计效果。

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