井下高温高精度磁场随钻测量系统设计

为了解决井下高温环境下微弱磁场的高精度测量问题,以提高在正钻井中对井眼附近磁性物质的探测距离,在分析噪声抑制方法基础上,从系统结构、高温器件选型、信号滤波与模数转换、电源稳压处理等方面进行了设计和优化.系统采用斩波技术和低噪声运算放大器降低了测量电路的固有噪声水平,选用高温三轴磁通门传感器Mag-610L及32位模数转...     

微小型航姿测量系统设计及误差补偿

航姿测量系统在通用航空、无人机、智能机器人等领域有着广泛的应用。设计了一种基于MEMS(micro electronic mechanical system)陀螺、加速度计、磁场计的微小型航姿测量系统,利用磁场强度和加速度计信息作为观测量,提出了基于Kalman滤波器及专家系统的航姿估计算法,该算法可根据加速度及磁场信息调整滤波器的量测噪声矩阵,使系统同时满足静态及动态的使用要求。分析了影响航姿精度的主要误差及相应的误差补偿方法,包括器件零偏、刻度系数误差、温度漂移及磁场干扰等。将系统输出与高精度惯导系统对比,该系统在静态下的姿态测量精度优于0.2°,动态条件下优于0.6°,满足设计要求。     

亥姆霍兹线圈在磁工具面测量中的应用

磁工具面井下测量一般使用三轴磁通门方位扇区测量模块,能够在井下高温高振动环境下实时测量地层三轴磁矢量,通过高速计算获取瞬时井周方位信息.井上方位测量模块的检测及标定对环境有极高要求(无外界干扰且磁场梯度不宜过大).本文使用亥姆霍兹线圈,配合高精度电源、信号发生器及功率放大器、采集装置,先人为将地磁场抵消,然后根据需要产生模拟地磁场的静态磁场或模拟仪器旋转等效的交变磁场,从而实现理想环境下的磁通门方位模块检测.     

交流励磁三维定位系统中磁传感器设计

交流励磁定位系统可以对介入式微型医疗装置在人体内的三维位置实现非接触式遥测。在定位系统中，为了测量磁场分布范围宽、下限磁场微弱的交变磁场，本文设计开发了感应线圈式磁传感器。根据电磁感应原理，感应线圈先将交变的磁信号转换为电信号，再通过后级信号处理电路在强大的噪声背景中提取出有用的电信号，结合传感器的输入输出特性，即获得待测磁场大小。实验结果表明：磁传感器能准确测量微弱交变磁场，且具有宽测量范围、高分辨率、高稳定性和高精度的优点。磁传感器还能适用于一切非导磁环境中跨度大的交变磁场的测量，具有通用性。     

基于杂散磁场感知与NBCNN-LSTM-Attention深度回归建模的永磁直线电机气隙磁密测量研究

本文提出一种基于隧道磁阻(TMR)传感器和噪声注入卷积神经网络(NBCNN)、长短期记忆网络(LSTM)、注意力机制动态集成神经网络预测模型(NBCNN-LSTM-Attention)的双边永磁同步直线电机气隙磁密新型非侵入式测量方法。首先，建立直线电机气隙磁场的解析模型和有限元模型作为数据基础，探寻直线电机的外部空间杂散磁场和内部中心气隙磁场存在非线性映射关系。其次，引入TMR传感器测量直线电机外部杂散磁场信号，并对传感器的安装位置进行优化，将内外一维磁密信号进行相似度特征匹配，以获取传感器最优测量位置。然后，将电机外部杂散磁场数据作为输入，内部气隙磁场数据作为输出，建立NBCNN-LSTM-Attention网络的内外磁场高精度映射模型，实现“用外代内”的非侵入式气隙磁密高精密测量。最后，搭建直线电机气隙磁密测量实验平台和高斯计对比测量实验平台，验证了本文所提方法的先进性和优越性。     

基于OVERHAUSER效应磁探头的矢量磁场测量仪

为了获取多分量的地磁场信息,设计了基于OVERHAUSER效应磁探头的矢量磁场测量仪。首先详细阐述矢量磁场测量的工作原理,分析磁偏角、磁倾角与总强度的几何关系,确定一组正交偏置线圈的磁轴方向和一个测量周期所得测量数据的数学关系;然后分析正交偏置球形线圈的均匀区和偏置磁场的幅度对研制测量仪的噪声影响。为验证理论分析,在地磁台站对研制测量仪的性能进行测试和对比观测。结果表明,球形线圈的非均匀度优于5‰,偏置磁场幅度约为总强度磁场幅度的20%左右可以获得较好的噪声性能,总强度F、磁偏角D和磁倾角I的噪声(峰峰值)分别为0.19 n T、0.002 9°、0.003 3°。     

基于SQUID自举电路的新型高精度超导磁力仪

针对地球物理勘探中高精度的磁场测量需求以及应用特点,文中采用一种新型的超导量子干涉仪(SQUID)自举电路替代传统的SQUID磁通调制电路,从而可以简便的直读方式进行磁场测量。文中介绍了新型SQUID的程控直读电路,并重点阐述了由其构成的超导磁力仪软硬件设计方案以及测控实现;然后给出了此超导磁力仪在良好磁屏蔽环境中的性能测试以及电磁兼容评估的方法和结果,试验表明传感器的本底噪声约为6fT/(Hz)~(1/2);最后在上海横沙岛对基于SQUID自举电路研发的超导磁力仪整体性能进行了测试评估,试验表明该磁力仪达到实用要求。其在该地的测量磁场为7fT/(Hz)~(1/2)@1 kHz,与地球天然磁场在该频段的理论值基本相符。     

磁屏蔽舱内极弱磁测量装置结构设计与应用

为准确测量磁屏蔽舱内剩余磁场强度,搜索目标均匀区,开发了极弱磁位移测量装置,详细介绍了极弱磁位移测量装置主要设计参数、结构构成特点及测试方法,并通过有限元分析法对极弱磁位移测量装置进行了仿真计算和分析,得到了合理的极弱磁位移测量装置结构。结果表明,优化设计后的承载结构的变形量、应力满足高精度磁场测量传感器的测量要求,并通过该极弱磁测量装置针对项目设定指标25 nT对磁屏蔽舱进行了初始剩磁测量、消磁后剩磁测量、主动磁补偿线圈剩磁测试、磁噪声测试试验研究。     

利用斜管滚球测量原油黏度的方法

原油黏度的测量对石油生产有重要的意义。现设计一个原油黏度测量系统，该系统利用单片机的计数器和霍尔元件测量球体在充满原油斜管中滚动的时间，通过与标准油所用时间的对比，从而测量原油黏度。系统中所用磁场均为直流电产生的可调恒定磁场，磁场的强度调节方便灵活，磁场工作长期稳定性好。同时该系统可以设定不同的温度压力值，控制测量系统的温度和压力，完成对不同高温、高压状态下原油黏度的测量。满足石油生产的特殊需要。     

磁场作用下镍基高温合金定向凝固的研究进展

磁场控制定向凝固为制备高质量合金及铸件提供了新的途径,对提高产品冶金质量、发展新的制备工艺具有重要意义.概述了近年来磁场作用下镍基高温合金定向凝固的主要研究进展,介绍了磁场与金属导电熔体间的几种典型效应,系统总结了静磁场、交变磁场、脉冲磁场和行波磁场作用下镍基高温合金定向凝固组织的演变规律,磁场对杂晶等典型凝固缺陷的影响以及磁场对高温合金蠕变性能的影响,探讨了不同类型磁场作用下凝固组织和缺陷的形成机制.最后,对高温合金磁场定向凝固技术的发展趋势和突破点进行了展望.     

现代气动技术理论与实践第八讲:气动伺服控制

0 前言 气动伺服控制系统由于可以在高温高湿、强磁场、要求防爆等恶劣环境下可靠地工作,以调节阀为代表在过程控制领域得到了广泛的使用.而且,与电气伺服系统相比,气动伺服控制系统具有输出力大、无发热、不产生磁场等优点,在汽车的车身点焊设备、对热及磁场极其敏感的半导体高精度制造设备等工业设备中也发挥着不可替代的作用[1].     

基于组合测量方式的新型磁场式时栅位移传感器

针对数字化精密机械加工装备和测量仪器中的关键功能部件———位移传感器测量精度过分依赖高精度加工的难题,提 出基于组合测量方式的新型位移传感新方法。 利用在平面上均匀分布的激励绕组产生交变磁场,构建运动参考系,建立位移和 时间基准之间的映射关系。 通过控制感应绕组的形状实现磁场精确约束,从原理上抑制谐波误差。 采用差分排布的感应绕组 式及组合测量方式增强抗干扰性,提高位移测量精度。 通过电磁仿真验证,进行测量误差分析,优化结构参数。 研制了传感器 样机并进行实验验证,结果表明在 144 mm 测量范围内,测量误差为±2. 25 μm,分辨力为 0. 15 μm。 不同于传统高精度位移传 感器严重依赖高精度光刻制造加工,此方法通过对磁场的精确约束和传感原理创新实现精密位移测量,具有结构简单,成本低 等优势具有重要学术和工程应用价值。     

非晶材料磁传感器噪声分析

分析了基于非晶材料磁场测量传感器的噪声特性.根据非晶丝巨磁阻抗效应原理,设计了传感器的闭环负反馈结构,并分析了传感器的主要噪声源.在此基础上,分别考虑了驱动电流的低频噪声、幅值噪声、相位噪声以及影响非晶丝阻抗的外部磁场波动、内部磁场波动,根据泰勒展开并忽略高阶小项,得到非晶丝两端电压噪声表达式.然后,根据传感器的电路结构和传递函数,得到传感器输出电压噪声表达式,最终推导出了非晶材料磁传感器噪声模型.分析传感器噪声模型可知,提高传感器的反馈系数,可有效地降低该传感器的输出噪声谱密度.最后通过实验验证了上述结果的正确性.     

高温磁通门传感器设计与实现

针对井下智能导钻工程中使用的传统磁通门传感器不耐高温且在尺寸上无法满足井下狭小空间等问题,设计了工作在175℃高温环境下的高性能数字磁通门传感器。该传感器基于二次谐波法设计,采用SM320F28335GBS作为主控芯片,协调控制激励电路、感应电路、反馈电路与温度数据采集电路,联合磁通门探头实现了高温环境下磁场信号的采集与处理。实验测试结果表明：该高温磁通门传感器的量程为±60 000 nT,分辨率为3 nT,线性度为0.03%,与高性能磁通门磁测数据的相关系数为0.927,在175℃高温环境下的磁测数据验证了该数字磁通门样机能够用于高温环境下的磁场测量。     

高温熔体粘度仪在半导体熔体研究中应用

本文介绍带可调水平磁场的高精度高温熔体粘度测量仪在半导体熔体粘度测试中的应用。该仪器试验用料少、测试温度范围宽、磁场均匀可调、精度高。利用回转振动法对硅、锗等半导体熔体的粘度进行测试分析,获得许多有意义的结果。     

基于平面线圈线阵的直线时栅位移传感器

针对现有磁场式直线时栅位移传感器行波磁场产生过程中,齿槽的存在影响行波磁场的匀速性,提出基于平面线圈线阵的直线时栅位移传感器。无齿槽的结构形式提高了行波磁场的匀速性,可实现大极距下的高精度测量。传感器将施加正交信号的两相励磁线圈相间排列形成平面线圈线阵,产生的行波磁场通过磁场拾取线圈感应出电行波信号,处理后得到位移量。通过电磁场分析软件对传感器进行建模仿真,根据仿真结果得到测量误差;通过理论分析对测量误差进行分析溯源,并根据分析结果对传感器结构进行优化。基于分析和优化结果研制出传感器样机,并进行了精度实验。实验表明,传感器在240 mm内测量精度为±1μm,实现了精密测量。     

基于MMC212xMG的电流传感器

针对传统电流测量方法精度不高、工艺复杂等问题,利用各向异性磁阻传感器MMC212xMG优异的磁场测量性能设计了一种高精度非接触式电流传感器.该电流传感器以磁场传感器MMC212xMG作为核心检测部件,ATmega32微控制器作为主控器,实时测量磁场数据,对数据进行滤波和计算后显示电流值.被测电流与磁场传感器MMC212xMG都处在密闭的坡莫合金屏蔽体内,有效避免外界磁场对电流磁检测过程的干扰.实验结果表明,该电流传感器具有精度高、非接触式测量、稳定性好、体积小等特点.     

基于模型识别的高温微型压力传感器

高温测量是急需解决的测量问题之一。介绍一种将放大电路与信号传感器件分离的基于模型识别技术的高温微型电容式压力传感器。电阻电容信号滤波网络和信号的模型识别组成一个微型传感系统，在对滤波网络进行激励和模型识别后就可以得到变化的电容值。这种MEMS技术制作的硅玻璃键合的电容式压力传感器，可以在小于300℃环境下工作。此高温测量系统既满足高精度测量的要求，也避免了在高温环境中进行信号放大的难题。     

光纤涡轮流量计——应用电路的设计

光纤涡轮流量传感器、抗强电磁场的干扰，不受高温的影响，稳定性好，可在恶劣环境下工作。本文介绍了利用光纤涡轮流量传感器将流量转换成脉冲的方法以及测量电路的分析、设计。     

多通道磁信号测量系统的电路设计

为采用物理实验的方法,辅助研究心脏磁场理论及其应用算法和软件,我们研究和制作了一个9通道阵列磁信号同步测量系统.考虑HMC2003测量到的磁信号具有低通特性,在系统电路设计时,我们采用电路分层与磁噪声抑制的方法,有效地削弱了磁测量系统的自带磁噪声,尤其是低频成分.同时,我们在非屏蔽环境下的Helmholtz均匀静态场中对HMC2003的两类参数K与△做了同步标定.目前,该系统可实现X、Y、Z三轴磁信号测量,最大绝对误差小于240nT.