一种基于人工蜂群算法的双层纯导磁板厚度分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于人工蜂群算法的厚度分配方法以优化双层纯导磁板的低频磁屏蔽效果，所述厚度分配方法包括以下步骤：步骤一：根据环形发射天线在自由空间及有多层屏蔽板存在时的电磁场积分表达式，利用解析公式SE＝20log10(B

【技术实现步骤摘要】
一种基于人工蜂群算法的双层纯导磁板厚度分配方法


[0001]本专利技术涉及电磁兼容领域，特别是涉及一种基于人工蜂群算法的厚度分配方法以优化双层纯导磁板的低频磁屏蔽效果。

技术介绍

[0002]随着敏感电子设备向高度智能化、高度集成化发展，人们正处在一个日益复杂的电磁环境中。电气设备和信息设备在强电磁环境下，可能造成信息失误、控制失灵等事故。电磁屏蔽是削弱电磁场最有效、最基本的途径之一，其对电磁场的削弱能力可以用电磁屏蔽效能表示，某一频点下的磁屏蔽效能定义为屏蔽前观测场点处的磁感应强度与屏蔽后磁感应强度之比的对数关系式。
[0003]对屏蔽体屏蔽效能的研究与分析是开发设计屏蔽体结构的前提和基础，通过研究屏蔽体的屏蔽效能，一方面能够为易干扰源选择合适的屏蔽体，减少电磁场对人和电子设备造成的不利影响；另一方面能够在屏蔽产品设计之初发现问题，减少屏蔽设备开发研究成本，缩短开发周期。当前屏蔽体多由金属板制作，辐射源强度的增加使得单层屏蔽已经不能满足需求，双层甚至多层屏蔽已经成为主流，其屏蔽效能的影响因素包括屏蔽板的厚度等诸多变量。另外，纯导磁板在低频下凭借其磁导率高的优势充分吸引磁力线，从而使得场点处磁力线减少，表现出良好的磁屏蔽效果。因此，深入精细化地研究两层纯导磁板的屏蔽效能对屏蔽体的开发设计有着重要的意义。
[0004]屏蔽结构的模型多种多样，我们主要研究其中常见的一种：正弦电流通过环形发射天线在空间中产生磁场，以环形发射天线中轴线上的点作为观测场点，两者之间放置屏蔽板，其平面与环形发射天线所在平面平行。如图1所示。
[0005]本专利技术根据环形发射天线在自由空间及有多层屏蔽板存在时的电磁场积分表达式，选取环形发射天线中轴线上的点作为观测场点，并对精确积分解析式进行编程计算，将计算结果和有限元仿真软件COMSOL的仿真结果对比，分析厚度分配不同对两层纯导磁板屏蔽效能的影响。其次，当纯导磁板的总厚度固定，环形发射天线到观测场点的距离一定，两层纯导磁板的板间距一定时，本专利技术通过构建目标函数及约束条件基于人工蜂群算法，对不同厚度分配比例时两层纯导磁板的磁屏蔽效果进行优劣比较，从而使全局最优值突现出来。人工蜂群算法是集群智能思想的一个具体应用，其对于解决多变量函数的优化问题有着较快的收敛速度。然后，根据关系式计算不同频点下的磁场屏蔽效能，绘制对数坐标形式下的屏蔽效能曲线。最后，该方法的可靠性得到有力验证。

技术实现思路

[0006]本专利技术公开了一种基于人工蜂群算法的厚度分配方法以优化双层纯导磁板的低频磁屏蔽效果，所述厚度分配方法包括以下步骤：
[0007]步骤一：根据环形发射天线在自由空间及有多层屏蔽板存在时的电磁场积分表达式，利用解析公式SE＝20log10(B
without
/B
with
)计算某一频点f0处不同厚度分配时“纯导磁板
1
‑
空气层
‑
纯导磁板2”结构的磁屏蔽效能。
[0008]步骤二：构建优化目标函数和约束条件，在频点f0处利用人工蜂群智能优化算法获得磁屏蔽效能取得最大时的厚度分配比例。具体方法：保持纯导磁板的总厚度t不变、环形发射线圈到观测场点的距离z不变、两层纯导磁板的板间距d不变，改变两层纯导磁板的厚度分配比例，即t1/t，其中t1表示两层纯导磁板中任意一层纯导磁板的厚度，使得磁屏蔽效能在某一频点下取得最大值。
[0009]步骤三：根据关系式计算不同频点下的磁场屏蔽效能，绘制对数坐标形式下的屏蔽效能曲线。
[0010]步骤四：将上述计算结果与有限元仿真软件COMSOL仿真的结果对比，验证本方法的准确性。
[0011]优选地，所述步骤一、步骤二和步骤三的低频点f0选择1Hz
‑
10kHz之间的频点。
[0012]优选地，所述纯导磁板为正方形，边长大于环形发射天线直径的3倍且大于环形发射天线到所述正方形纯导磁板距离的3倍。
[0013]优选地，所述纯导磁板的中心对应放置在环形发射天线轴线附近。
[0014]本专利技术提出了一种基于人工蜂群算法的厚度分配方法以优化双层纯导磁板的低频磁屏蔽效果。首先，计算某一频点f0下不同厚度分配比例时两层纯导磁板的屏蔽效能。接下来，利用人工蜂群优化算法求出源磁场频率为f0时两层纯导磁板的最佳厚度分配比例为0.5，进而可以推广到，源磁场频率在1Hz
‑
10kHz范围内各频点下，均可以得出结论：当两层纯导磁板中间被空气分隔且两层纯导磁板材料相同时厚度均分使得磁屏蔽效果最好。最后，将精确积分解析公式的计算结果和有限元仿真软件的仿真结果对比，结论一致性较好，符合预期。本专利技术所述方法及由现象得出的规律总结对于未来优化低频磁屏蔽效能有显著的指导意义。
附图说明
[0015]图1为根据本专利技术实施方式的双层纯导磁板的低频磁屏蔽模型。
[0016]图2为本专利技术提供的一种基于人工蜂群算法的厚度分配方法的流程图。
[0017]图3为本专利技术实施例1在源磁场频率为50Hz时基于人工蜂群算法连续改变纯导磁板厚度分配得到的磁屏蔽效能对比曲线图。
[0018]图4(a)、图4(b)、图4(c)为本专利技术实施例1提供的各低频点下两层纯导磁板板间距分别为2cm、1cm、0.2cm时，不同厚度分配方法的磁屏蔽效能对比曲线图。
[0019]图5为本专利技术实施例2在源磁场频率为50Hz时基于人工蜂群算法连续改变纯导磁板厚度分配得到的磁屏蔽效能对比曲线图。
[0020]图6(a)、图6(b)、图6(c)为本专利技术实施例2提供的各低频点下两层纯导磁板板间距分别为4.5cm、2.25cm、0.45cm时，不同厚度分配方法的磁屏蔽效能对比曲线图。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]电磁屏蔽是削弱电磁场最有效、最基本的途径之一，其对电磁场的削弱能力可以用电磁屏蔽效能SE表示。如图1所示，半径为a通有正弦电流I的环形发射天线、两层厚度分别为t1、t2(总厚度为t，即t＝t1+t2)中间以空气层(厚度为d)分隔的纯导磁板、观测场点P是所述屏蔽体系统的主要构成部分。其中，环形发射天线所在的面与纯导磁板所在面平行，以环形发射天线的圆心为坐标原点建立圆柱坐标系，z轴指向纯导磁板中心。
[0023]屏蔽体的磁屏蔽效能定义为未加屏蔽时场点处的磁感应强度和加屏蔽后场点处磁感应强度之比的对数关系：
[0024][0025]式中，SE表示磁屏蔽效能，B
noshield
和B
withshield
分别表示未加屏蔽时场点处的磁感应强度和有屏蔽板存在时场点处的磁感应强度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人工蜂群算法的厚度分配方法以优化双层纯导磁板的低频磁屏蔽效果，其特征在于，所述基于人工蜂群算法的厚度分配方法包括以下步骤：步骤一：根据环形发射天线在自由空间及有多层屏蔽板存在时的电磁场积分表达式，利用解析公式SE＝20log10(B
without
/B
with
)计算某一频点f0处不同厚度分配时“纯导磁板1
‑
空气层
‑
纯导磁板2”结构的磁屏蔽效能。步骤二：构建优化目标函数和约束条件，在频点f0处利用人工蜂群智能优化算法获得磁屏蔽效能取得最大时的厚度分配比例。具体方法：保持纯导磁板的总厚度t不变、环形发射线圈到观测场点的距离z不变、两层纯导磁板的板间距d不变，改变两层纯导磁板的厚度分配比例，即t1/t，其中t1表示两层纯导磁板中任意一层纯导磁板的厚度，使...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦重庆，谢菁，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：