电磁流量传感器因其具有结构简单、测量精度高、响应速度快、无压力损失等优点,在流量测量领域得到广泛应用。电磁流量传感器的励磁磁路结构决定传感器的感应磁场分布,不仅直接影响传感器的测量性能,而且影响其系统功耗。但是,励磁磁路结构参数众多,实际应用中难以根据不同的性能要求开展电磁流量传感器磁路结构的优化设计。因此,本文将理论分析、有限元仿真、响应面法建模和遗传算法优化相结合,建立了一套完整高效的磁路结构优化设计方法,可以在系统功耗不变的前提下,提高传感器的整体测量性能。本文所做工作主要分为以下几个方面:首先,研究磁路结构参数单独变化对传感器性能的影响。采用COMSOL软件建立电磁流量传感器的有限元仿真模型,确定传感器的磁场有效工作区域,分析线圈-磁轭-极靴等磁路结构的参数单独变化时,传感器对应的感应电动势、动态响应时间常数、磁感应强度平均值、磁场均匀度等性能评价指标的变化规律。然后,建立传感器多参数多目标的响应面函数模型。以感应电动势、动态响应时间常数、磁感应强度平均值、磁场均匀度为优化目标,线圈厚度、磁轭宽度、极靴宽度、极靴长度为设计变量,采用中心复合设计方法设计试验方案,并对试验方案仿真求解,得出各优化目标的响应值,从而建立各优化目标与设计变量的响应面函数模型。接着,开展磁路结构参数的多目标优化。采用基于满意度函数的遗传算法对响应面函数模型多目标优化,获得使动态响应时间常数约束为5ms时,感应电动势和磁感应强度平均值最强、磁场最均匀的最优磁路结构参数。通过有限元仿真,分析比较原始样机与优化样机的性能参数。结果显示,与原始样机相比,优化样机的感应电动势增强了29.58%,磁感应强度平均值增强了15.72%,磁场均匀度提升了13.29%,且动态响应时间常数约等于5ms,满足约束条件,验证了磁路结构优化设计方法的可行性。最后,研制优化传感器样机与实验验证。根据优化磁路结构参数,试制了3款优化样机,并对原始样机与优化样机依次开展了电参数实验、磁场测量实验和水流量标定实验。实验结果表明,优化前后,传感器系统功耗基本保持不变,3款优化样机水流量标定测量误差小于±0.5%,重复性误差均小于0.14%,满足0.5级表的精度要求。3款优化样机的整体测量性能优于原始样机,验证了本文磁路结构参数优化设计方法的正确性和可行性。