磁传感器阵列测量瞬态电流的新算法

不借助如聚磁环等辅助装置,直接利用磁传感器组来测量载流导体周围的磁场,进而反算待测电流是电力系统大电流测量的一种新思路。为了快速计算电流,尤其是电力系统中常见的瞬态电流,同时确保测量的准确性,文中研究了测量频带内磁场分布的动态特性,在时域中建立了基波电流与磁场幅值对应关系的瞬态电流计算模型。以三相矩形母排系统为例,研究了该测量模型适用的磁传感器组放置区域,并分析了误差的来源。最后利用实验验证了该模型的有效性。     

扭转力作用下Fe-Ga磁致伸缩位移传感器的 输出特性

为提高磁致伸缩位移传感器的测量精度,需要从理论和实验上分析传感器的输出特性。针对扭转力作用下波导丝发生磁化状态的改变进而影响传感器的输出特性这一问题,基于材料力学求解扭转应力,并从磁畴角度分析扭转力对魏德曼效应的影响,结合Fe-Ga合金的非线性本构模型和磁致伸缩逆效应等建立磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,计算不同螺旋磁场和扭转力下的输出电压。搭建预加扭转应力下输出电压的测试平台,从理论和实验上确定输出电压随扭转应力的增大呈非线性减小的变化规律。研究还表明:在同一磁场下,正向扭转应力导致的电压降小于反向扭转应力导致的电压降,提高偏置磁场或激励磁场可以从一定程度上抵消扭转应力对电压的影响。研究可为设计大量程高精度的位移传感器提供理论依据与指导。     

全轴激发提升系综金刚石NV色心磁灵敏度

金刚石中系综氮空位（NV）中心作为高灵敏度磁强计得到了广泛的研究,并且在许多领域得到了应用。为解决传统的测量方式中仅利用了单个轴向的NV色心进行激发与检测使得荧光信号对比度较低以及磁检测灵敏度受限制的问题,本文使用了一种双频微波进行全轴激发的方法,通过特定[111]晶向的偏置磁场使得光探测磁共振谱线呈现出两对共振峰,并将对应的双频微波进行叠加完成同步调控。经过一系列实验验证,得到拉比振荡信号与自旋回波信号的荧光对比度分别比传统方法提高2.83倍和3.81倍,系统的极限磁噪声灵敏度提升了约14.3倍达到了0.76nT/√Hz,最终证明全轴激发对提升系统磁灵敏度的可行性。     

分段式永磁直线同步电动机的磁阻力

针对驱动垂直提升系统的分段式直线同步电动机磁阻力大的问题,利用磁场能量解析分析由于齿槽存在和铁心开断引起的分段式永磁直线同步电动机的磁阻力,建立分段式永磁直线同步电动机的有限元分析模型,分析电机内磁场分布,数值法分别计算电机的齿槽引起磁阻力和由于铁心分段引起的边端磁阻力,解析分析结果与有限元分析结果相一致,在定子绕组不通电的情况下,利用压力传感器实验测试了分段式PMLSM的磁阻力,与有限元计算结果相对比证实了理论分析的正确性.     

超磁致伸缩振动传感器输出特性的实验研究

超磁致伸缩材料Terfenol-D在机械应力作用下,磁化强度会发生变化,这种效应为逆磁致伸缩效应或Villari效应,利用该效应可以制作将机械能转换成电能的振动传感器。进行振动传感器的实验研究,结果表明在合适的偏置磁场和较小的预应力偏置条件下,传感器输出的感应电压峰-峰值较大,传感器输出感应电压的峰-峰值和输入振动信号的频率和幅值成正比。基于电磁学原理和铁磁材料的磁化强度模型,计算振动传感器的偏置磁场和预应力对感应电压输出的影响,并计算振动传感器在机械振动输入条件下的感应电压输出,实验结果与计算结果基本相符。实验结果和计算结果为振动传感器的优化设计和应用打下基础。     

磁阀式电流互感器抗直流特性研究

磁阀式电流互感器(MVCT)气隙中的磁场传感器输出能够反映铁芯磁场强度与励磁电流的变化,因此在一定范围内能补偿畸变的二次电流,但已有研究缺乏理论分析与实验验证。在已有研究的基础上详细分析了MVCT的3种工作状态,推导了MVCT的等效磁化曲线与直流测量特性,使用温度特性好且灵敏度高的隧道磁阻(TMR)传感器进一步提高了补偿信号的补偿效果,并进行了直流电流、全波带直流偏磁、正弦半波电流与暂态电流的仿真与测量实验。仿真与实验结果表明,使用TMR传感器的MVCT同时具有测量直流电流、补偿电流互感器因直流偏磁电流而造成的稳态饱和与暂态饱和的能力。     

磁传感器阵列技术及其应用

磁测量技术被应用于越来越多领域的同时,单个磁传感器仅能测得被测磁场中某点处有限信息的局限性也逐渐显现出来。为了提高磁测量技术性能,扩大磁场测量的空间尺度和范围,并且实现对磁场信息更深层次、更多视角的利用,磁传感器阵列技术逐渐发展起来。文中基于对磁传感器阵列技术在几个领域应用实例的整理和归纳,总结出磁传感器阵列技术具有测量范围大、准确度高、可靠性好、可与时间和空间进行联合解算等优点,但同时也存在成本高、控制难度大、存在位置校准误差和噪声干扰等不可回避、必须解决的问题,进而展望了磁传感器阵列技术的发展前景。     

基于卡尔曼滤波的磁传感器阵列电流测量

单个磁传感器非接触式测量电流容易受到干扰磁场的影响,通过使用多个磁传感器组成的阵列进行非接触式电流测量可以排除干扰的影响.在建立多传感器阵列测量模型的基础上,提出基于卡尔曼滤波的非接触式多传感器电流测量,并介绍了状态值最优估计和最优稳态滤波算法.为了减少传感器个数,提高实用性,提出次优稳态滤波算法.在不同的干扰情况下,对该算法进行了仿真和实验.结果说明基于卡尔曼滤波的信号处理算法,不但可以降低环境影响带来的误差,而且减轻了多传感器非接触式电流测量的计算负担.     

基于磁弹效应的悬跨管道应力检测方法研究

为了实现管道悬跨检测,并适应现场管道内检测器的快速移动状态以及对应力传感器阵列低功耗的要求,本文提出了一种弱交流磁化条件下基于磁弹效应的管壁应力检测方法。首先通过有限元仿真研究了管道悬跨的受力特性并确定了应力传感器部署方案。其次建立了阻抗法钢材应力测量模型,设计并制作了应力传感器,最后开展了实验验证。结果表明管道顶部和底部的轴向应力可以灵敏地表征管道悬跨状态;弹性应力变化范围为0～50 MPa时,传感器线圈阻抗与应力呈负线性单调关系,且灵敏度系数的线性拟合优度大于0.92;灵敏度随着激励频率增加而增加,当激励频率在30 kHz时,平均灵敏度系数为-0.018Ω/MPa;单个传感器功耗不超过0.1 mW。     

磁场和应力作用下的超磁致伸缩换能器的动态模型

在Jiles-Atherton模型、电磁学原理和结构动力学原理的基础上,考虑动态应力和驱动磁场的变化,建立了磁致伸缩换能器的磁机械耦合动态模型。该模型既可以用在把电能转换成机械能的致动器中,也可以用在把机械能转换成电能的传感器中。在致动器工作模式下,计算结果和实验结果是一致的。在传感器工作模式下,论文分析了不同偏置条件(偏置磁场和预应力)时,应力变化对超磁致伸缩传感器感应电压的影响,并进行了相关的实验研究。结果表明,实验结果和计算结果趋势一致,数值符合较好,验证了模型的正确性和实用性。     

基于弱交流磁化的钢材应力检测方法研究

定期对工业领域中的铁磁性构件进行应力检测可确保工业设备安全工作。提出了一种弱交流磁化条件下的基于磁弹效应的钢材应力检测方法。首先通过有限元仿真研究了弱交流磁化条件下的钢板力磁关系,并优化了测点位置。其次针对不同热磁处理钢板开展了弱交流磁化条件下的钢板应力磁测实验。结果表明,钢板表面法向弱交流感应磁场在不同频率下均具有良好的应力敏感特性;弹性应力变化范围为0～167 MPa时,钢板表面法向弱交流感应磁场幅值与应力之间具有近似线性单调的关系;消磁和热处理可以有效改善相同尺寸钢板的力磁关系的一致性;弱交流磁化条件下的应力磁测方案具有非接触、良好的一致性和抗背景磁场干扰等优势。     

基于金刚石氮-空位色心的裂纹无损检测

磁场测量在材料科学、电子工程、电力系统甚至工业领域中扮演着极其重要的作用,尤其是磁场测量为工业无损检测提供了安全又可靠的工具,而磁场测量的灵敏度决定了检测的最高水平。金刚石氮-空位(NV)色心是最近几年发展的一种新型的量子传感器,外界磁场存在会导致金刚石NV色心的基态能级发生塞曼劈裂,通过光学探测磁共振技术(ODMR),利用微波源和锁相放大器探测NV色心的共振频率,最后由共振频率的变化可以精准地计算出出外界磁场的大小和外界磁场变化的灵敏度。实验中将含有高浓度NV色心的金刚石与光纤进行耦合实现磁场扫描式探针的制备,之后对磁化后的铁板焊缝表面裂纹进行扫描,并将扫描的结果绘制成二维磁力分布图,根据磁力分布图的磁场梯度变化可以非常准确地判断出裂纹的位置和大小,为工业安全提供了非常有效的诊断工具。     

组合电器局部放电特高频检测的气压影响分析

特高频检测法以其高灵敏度和抗干扰能力,广泛应用于组合电器绝缘状态的现场检测。为研究局部放电特高频信号与视在放电量之间的关系,文中建立了基于特高频和脉冲电流法的局部放电联合检测系统,分别采集0.3~0.5 MPa气压下金属突出物缺陷模型的放电数据,提取UHF信号累积能量,并与视在放电量进行了相关分析。研究结果表明,各个气压下的UHF信号累积能量与放电量平方始终呈现线性函数关系,其线性斜率与气体压力相对应,这为特高频信号标定研究奠定了基础。     

应力对Galfenol合金磁感应强度的影响

测试了100取向多晶Fe_(81.6)Ga_(18.4)合金不同偏置磁场下磁感应强度与应力的关系曲线,在此基础上进行了磁感应强度感知应力灵敏度的分析。实验中施加的应力为0.05Hz、±63MPa的准静态拉压应力。偏置磁场通过两种方法施加,一种是给激励线圈通恒定电流;另一种是通过比例积分调节器给激励线圈通可控的电流以维持合金中磁场的恒定。分析结果表明,在1.6k A/m恒定偏置磁场下,压应力为-3.6MPa时最大感知应力灵敏度为75.5m T/MPa;当电流为0.384A(零应力下的磁场约为4.0k A/m),压应力为-21MPa时,恒电流偏置下最大感知应力灵敏度为41m T/MPa。     

涂层应力及外加应力对烟机传感器用取向硅钢巴克豪森噪声的影响

采用巴克豪森无损检测系统,对普通取向硅钢及高磁感取向硅钢的巴克豪森噪声值进行了检测,研究了表面涂层应力及外加应力对烟机传感器用取向硅钢巴克豪森噪声值的影响。结果表明,去除表面涂层导致普通取向硅钢A与高磁感取向硅钢B的磁畴宽度分别增加了53%和90%,巴克豪森噪声值随之增大了9.7~36%,主要由磁畴宽度的增加引起。施加3 MPa的拉应力使A与B取向硅钢的磁畴宽度分别降低了47%和50%,巴克豪森噪声值随之下降了17~31%。磁畴壁的移动速度验证了取向硅钢的铁损与巴克豪森噪声的相关性。     

基于 COMSOL 的变压器铁心振动声场分布的 有限元仿真

为了研究变压器铁芯振动噪声的分布情况,本文基于COMSOL的多物理场耦合计算分析一台200 kVA油浸式变压器铁芯振动的声场分布。首先利用COMSOL有限元计算软件,构建了200 kVA油浸式变压器铁芯振动的电-磁-力多物理场模型,计算出变压器铁芯磁场分布情况及铁芯所受应力分布变化规律、位移分布规律,并对铁芯的典型位置的应力时域数据做频谱分析,得到铁芯所受应力集中在100、200、300 Hz.再将上述多物理场计算出的铁芯表面加速度经过FFT变换后的频域数据作为声场的激励源,作声场的谐响应分析计算出变压器铁芯振动的声场分布。最后,以一台200 kVA变压器空载实验数据验证仿真数据的正确性,经过比较发现有较好的吻合效果。仿真与实验得到的一致规律是：变压器铁芯振动噪声频率集中在500 Hz以下,且发现规律：变压器油箱的侧方声压>上方声压>正面声压;变压器油箱的侧方及上方的声压频率含量是100 Hz>200 Hz>300 Hz,而油箱的正面声压频率含量是100 Hz>300 Hz>200 Hz。     

Effect of air space in waterproof sealed case containing transmitter and receiver of wireless power transfer in sea water

In this study, the effect of air space in waterproof sealed case of undersea magnetic field resonance type wireless power transfer (WPT) is reported. It has been reported that the transmission power is increased by the air space between the transmitter and receiver coil in the waterproofing case and the wall surface of the case. We evaluated the dependence of the thickness of the air space from measurement and magnetic field analysis. The measurement and magnetic field analysis results indicated the similar tendency to increase the transmission power by 9.8% with the 10‐mm air space at the transmitter side and the 30‐mm air space at the receiver side.     

磁导仪极靴形状对软磁材料性能测量结果的影响

自动控制仪器与软磁材料性能之间存在着密切的关系,这就使得软磁测量的重要性日渐突出,特别是在智能化日益发展的今天。对于不被认为是传统意义上的软磁材料的铁素体不锈钢材料,情况尤其如此。实验表明,为减小测量误差,应尽量选择与样品接触面尽可能大的极靴。因为无论是在弱场、中场还是强场下,极靴形状对样品测量结果的影响都是不可忽视的,特别是当极靴形状与样品的接触面很小的情况下。对于?max所在的磁场值H(?max),即使使用同一幅极靴进行测量,在不同的磁场下,测量值间也存在较大的差异。但极靴形状对材料最大磁通密度,也就是最大磁极化强度的影响不大。这些结果对磁路设计也很有借鉴意义。     

基于小波分析的公路平整度测量研究

为了实现公路路面平整度测量,采用磁悬浮振动测量方法,利用汽车在行驶过程中的振动实现路面平整度的测量。设计了双磁悬浮振子的磁悬浮测量模型。通过实验数据获得了磁悬浮振子的受力关系式,建立了磁悬浮振子的运动方程和磁悬浮测量系统的仿真模型。利用设计的测量模型分别测量了平坦路面、窄减速带、宽减速带、市区路面和长距离行驶过程中的振动信号。利用小波分析方法对测得的振动信号进行5层小波分解,得到逼近信号和细节信号,并对测量波形进行了小波重构。获得了5种不同情况下的路面特征。该方法对公路平整度检测方法提供了新的思路。     

舰船钢板地电流干扰传播方向的确定方法

舰船钢板地电流通过地回路公共阻抗在不同电气电子设备之间形成电磁干扰,严重时将使敏感设备无法正常工作,因此必须对舰船钢板地电流的分布和传播方向进行深入研究。该文指出了确定单频率点钢板表面电流方向的旋转法不适用于频率扫描测量,提出了一维3次测量和二维2次测量确定钢板表面电流方向的新方法,并经电流集中效应理论分析及实艇实验进行了验证。实验时,只需计算出钢板表面磁场的方向,然后根据电流与磁场的垂直关系即可确定出钢板表面电流的方向。提出的钢板表面电流方向的确定方法,可在舰船钢板地电流干扰传播方向的辨识中得到应用,具有重要工程应用价值。