磁性液体正弦微压力信号源的磁场和力的分析

针对现有正弦压力信号源需要外加机械激励振动源,输出压力信号频率高,机械控制难度大等问题,设计出一种基于磁性液体的低频正弦微压力信号源。通过对螺线管线圈施加正弦激励电流对磁性液体施加磁场力,使之产生交变的磁浮力对外输出正弦微压力信号。研究对螺线管线圈参数进行优化得到较均匀的梯度磁场,计算了一定范围内输出正弦微压力信号与输入电流幅值及频率间的关系并对其影响因素进行简要分析。用有限元仿真方法得到模型内磁性液体中磁场分布及其所受磁场力分布并搭建实验平台进行测试。实验表明,该压力信号源在电源激励频率为0～2 Hz范围内输出的压力信号波形相对最稳定,调节输入电流的幅值与频率控制信号源输出低频正弦微压力信号。     

磁性液体的粘度在外施磁场下呈各向异性的机理

磁性液体对外施磁场有特殊的敏感，外施磁场下的磁性液体的粘度大小和方向随外施磁场变化而使粘度呈各向异性。本文通过实验观察和计算分析发现磁性液体在外施磁场下弱絮凝行为表现异常明显，而且显示出特有的方向性，弱絮凝不同于絮凝，弱絮凝又不会使胶体系失稳，与磁性液体内摩擦性能的实际应用相符，从而揭示了磁性液体在外施磁场作用下的方向性弱絮凝是产生粘度各向异性的机理。     

磁性液体振动能量收集器输出电压特性的研究北大核心CSCD

文中基于磁性液体的磁特性和流动性,提出了一种利用磁性液体的晃动将机械运动直接转化为电能的振动能量收集器。理论推导了磁场作用下能量收集器输出感应电动势的数学表达式,借助有限元仿真软件COMSOL Multiphysics建立了磁性液体振动能量收集器磁场分布和流体运动的仿真模型,设计了振动结构在正弦激励下的能量收集测试实验,探究了外部激振频率、磁性液体种类和外磁场强度等因素对电阻两端输出电压的影响规律。实验结果表明:磁性液体振动能量收集器可以在低频激励水平作用下有效地收集能量,且具有较宽的工作频带。     

活塞式磁性液体减振器的阻尼分析和实验研究

根据磁性液体的磁粘特性,当磁性液体周围施加垂直于其涡旋矢量方向的磁场时,磁性液体的粘度增加,利用磁性液体作为减振器的阻尼液,通过改变磁场可以调节振动系统的阻尼比,从而达到减振的目的。根据这一特性,提出一种活塞式磁性液体减振器。根据磁性液体的流动方程和连续性方程,建立了减振器中磁性液体的动力学模型,并得到减振器阻尼力与振动速度之间的表达式以及减振系统的阻尼比。设计实验,将磁性液体减振器安装在悬臂梁自由端,利用线圈对减振器施加均匀磁场,研究不同线圈电流时磁性液体减振器对梁振动阻尼比的影响。实验表明,在所假设的条件下,实验结果与理论结果的一致性较好。同时得出,在一定范围内,活塞式磁性液体减振器的阻尼效果随着线圈电流的增大而增大。     

磁性液体阻尼器的实验研究与分析

基于实验以及ADAMS软件仿真,研究了磁性液体阻尼器的阻尼力变化情况,分析了影响阻尼力大小的各个因素。通过3组对比实验,分别分析了磁场方向与磁感应强度,活塞通道的间隙与长度,以及磁性液体的流动模式对阻尼力的影响。提出了各影响因素对阻尼力大小的作用规律,可为磁性液体阻尼器的设计和控制策略的确定提供理论参考。     

磁性液体阻尼器的实验研究与分析

基于实验以及ADAMS软件仿真,研究了磁性液体阻尼器的阻尼力变化情况,分析了影响阻尼力大小的各个因素。通过3组对比实验,分别分析了磁场方向与磁感应强度,活塞通道的间隙与长度,以及磁性液体的流动模式对阻尼力的影响。提出了各影响因素对阻尼力大小的作用规律,可为磁性液体阻尼器的设计和控制策略的确定提供理论参考。     

FMA流速对孔光整加工材料去除率影响研究

液体磁性磨具流速是小孔光整加工过程的主要控制参数之一,其选择对光整加工材料去除率有重要影响。由于加工过程复杂,单纯理论分析的结果与实际偏差较大,采用理论与试验相结合的手段则更加合理。通过理论分析得到了材料去除率与壁面剪切力的关系;并提出壁面剪切力的监测方法;通过试验探索了液体磁性磨具流速对壁面剪切力的影响规律,综合分析得到了液体磁性磨具流速变化对材料去除率变化的影响规律,并进行了实验验证。研究发现,施加磁场后,材料去除率随液体磁性磨具流速的变化可分四个阶段,"柱塞流"阶段材料去除率随液体磁性磨具流速的增大快速增大,其他阶段材料去除率极小。研究为液体磁性磨具流速的选择提供了依据。     

大间隙磁性液体静密封研究

为满足航空、航天、冶金等领域大间隙静密封要求,建立磁性液体静密封试验台,设计出磁性液体静密封试验件。在试验台上对磁性液体静密封进行深入研究,通过试验得出磁性液体静密封耐压、磁性液体注入量与密封间隙、密封温度和磁性液体磁化强度的关系。从理论上,计算试验件密封间隙中磁场分布,推导出磁性液体静密封耐压和温度关系的解析表达式,计算磁性液体静密封在不同间隙,不同饱和磁化强度下的最大耐压能力。理论分析和试验表明,在大间隙下磁性液体静密封能够满足一定耐压要求,具有实用价值。     

液体磁性磨具光整加工的电磁场发生装置设计与仿真技术研究

液体磁性磨具表面光整加工技术是工件与液体磁性磨具在外加磁场作用下,产生较高的剪切应力特性实现表面加工的技术。磁场发生装置的特性对磨具的配置、加工效率、加工质量等均有重要影响。因此阐述了磁场发生装置的基本要求和设计方法,并用有限元分析软件进行了分析。其加工质量高、形状适应性强、材料适应范围广已在实验中得到鉴证。     

磁场强化磁性液体自然对流传热的实验测量

磁场能强化磁性液体的自然对流传热。为了准确测量磁场对磁性液体强化自然对流传热的贡献,设计制作了一个由均匀磁场和均匀梯度磁场矢量叠加合成的新磁场。在恒定温度梯度下,新磁场使磁性液体各处密度变化均等,各处自然对流传热变化均等。从而比较准确地测量了磁场引起的磁性液体自然对流传热系数的变化,为深入研究磁场强化磁性液体自然对流传热的效应提供了比较准确的测量手段。     

基于正弦高斯混合模型的磁目标通用快速检测

在诸如潜艇等磁目标的探测问题中,被测磁目标信号可能表现出参数待定的磁异信号或极低频磁信号的特征。提出了一种可同时检测参数待定的微弱磁异信号和微弱极低频磁信号的通用快速检测方法。通过抓住磁异信号和极低频磁信号在统计上共同具有的分段类正弦特征,建立了正弦高斯混合模型,实现了对参数待定的磁异信号和极低频磁信号的通用建模。基于正弦高斯混合模型和序贯检测理论构建了一种累积和检测器,实现了对微弱磁异信号和微弱极低频磁信号的通用快速检测,给出了未知模型参数的确定方法,分析了所构建检测器的序贯检测性能。并进一步研究了所构建检测器对不同的微弱磁异信号和微弱极低频磁信号的检测性能。在以地磁为背景的磁目标探测系统实验中,验证了所构建检测器对微弱磁异信号和微弱极低频磁信号的通用性和快速性。实验表明,所构建检测器的信噪比可低至-8 dB,计算量相比于传统检测方法降低4个量级。     

基于固态自旋系综NV色心微波调制的磁传感技术研究（英文）

针对传统磁场检测设备分辨率低、测量精度低的现状,提出了一种基于金刚石NV色心微波频率调制进行磁检测的方法。通过频率调制方法,可以降低测量系统中低频噪音干扰,提高测量灵敏度。首先通过扫描微波频率得到ESR谱线,然后利用混合高频正弦调制信号进行频率调制,并使用锁相放大器对频率进行锁定,得到频率与光谱一阶导数成比例的信号。实验结果表明,磁场检测灵敏度可达17.628nT/Hz~(1/2)。该方法实现了高分辨率、高灵敏度的磁场检测。     

新型磁性液体微压差传感器的设计及耐压分析

传感器是磁性液体的重要应用领域之一。为弥补现有磁性液体微压差传感器的不足,设计了一种新型的磁性液体微压差传感器,该传感器的复合磁芯由磁导率高的1Cr13和永久磁铁构成,磁性液体被吸附在永久磁铁的端部形成环状起到润滑和密封的作用,敏感元件采用1Cr13,转换元件采用对称线圈。当磁芯进入线圈后,使得线圈电感发生变化,电桥电路输出明显的电压信号。在此基础上,提出了回复力的线性程度和磁性液体环的耐压能力决定了磁性液体微压差传感器的量程范围,并通过理论推导、仿真分析和实验研究的手段证明了磁性液体环的密封耐压能力能够满足磁性液体微压差传感器的测量要求。该传感器体积小、成本低、便于安装,具有很强的实用价值。     

基于压电叠堆的液体高频正弦压力激励源研制

利用压电叠堆驱动封闭管腔中液体介质进行正弦运动,以实现液压管腔中压力的正弦变化。依据压电叠堆的压电效应和管腔谐振原理,设计了单压电叠堆和双压电叠堆两种结构形式的高频正弦压力激励源,并对两种装置进行了对比。研究结果表明：双压电叠堆式装置产生正弦压力的方式新颖,工作频率高达30 kHz,产生的正弦压力幅值大,正弦波形失真度小,且在同一频率下可调节正弦压力幅值与波形,可满足压力传感器和测试系统对动态压力的计量与校准需求。     

Inverse transfer function identification for high-frequency pressure probes using M-sequence pressure generators

Accurate unsteady pressure measurement is important for the development and improvement of turbomachinery. The miniature pressure probe can adapt to the accurate measurement of pressure in a tight space under harsh working conditions, but the presence of the pressure transmission line makes the probe frequency response characteristics poor, and even causes the pressure signal to be distorted. In this paper, a novel Maximum-length sequence (M-sequence) pressure generator was developed, which generated pulsating pressure signals with wide frequency range and large amplitude pressure fluctuations at a fixed speed, and a time-domain parametric probe inverse transfer function identification method based on finite impulse response (FIR) adaptive filter using the generator was proposed. Four probes with different geometric parameters were fabricated. The probe inverse transfer function obtained by the FIR adaptive filter was compared with that obtained by the traditional non-parametric method to verify the accuracy of the identification method. The pressure at the pressure tap of the probes were reconstructed from the pressure measured by the probe and the inverse transfer function, which was in good agreement with the pressure measured by the reference sensor.     

基于DDS的正弦信号发生器设计

本设计采用AT89S52单片机,辅以必要的模拟电路,实现了一个基于直接数字频率合成技术(DDS)的正弦信号发生器.设计中采用DDS芯片AD9850产生频率1KHZ～10MHZ范围内正弦波,采用功放AD811控制输出电压幅度,由单片机AT89S52控制调节步进频率1HZ.在此基础上,用模拟乘法器MC1496实现了正弦调制信号频率为1KHZ的模拟幅度调制信号;用FPGA芯片EPⅡ1K30产生二进制NRZ码,与AD9850结合实现相移键控PSK、幅移键控ASK、频移键控FSK.     

承压管道磁记忆检测缺陷信号量化数值研究

利用Ansys数值模拟软件,对含埋藏缺陷的承压管道进行磁记忆检测有限元模拟,分析磁记忆信号值在不同缺陷参数、不同应力状态下的变化规律.结果表明,磁记忆信号可以对管道埋藏型裂纹及气孔产生的应力集中进行表征,随着缺陷埋深的减小与内压载荷的增加,磁记忆信号变化幅度增大,法向梯度极值增加.通过法向和切向信号协同分析,可以实现对...     

磁力调频压电电磁复合发电设计与实验

开展了基于环境振动发电作为微电源弥补传统化学电池供能缺陷的研究。基于非线性磁力调频开发了低宽频振动能采集压电电磁复合发电系统。介绍了发电装置工作原理;利用ANSYS和Ansoft Maxwell有限元分析软件仿真分析了压电和电磁发电的输出特性;最后,搭建了压电电磁复合宽频发电装置实验测试系统,测试了发电系统在磁力自调过程中的输出特性。实验结果显示:复合发电系统在谐振频率60Hz时输出开路电压峰值为5.8V,高于压电系统(5.5V)和电磁系统(410mV)独立发电的开路电压峰值。施加磁力拓宽装置后,当压电悬臂梁沿竖直方向上下移动0~15mm时,系统适应谐振频带拓宽为45~76Hz;悬臂梁沿水平方向平移0~30mm时,谐振频带拓宽为51~70 Hz。结果表明仿真分析与实验测试结果吻合很好。该宽频带能量采集技术可用于低频振动环境的能量采集,可在频变环境中为微型低功耗系统提供低电能。     

铁磁构件内外表面裂纹低频漏磁检测技术研究

针对承压设备中铁磁性构件内外壁损伤检测问题,发展了一种低频漏磁检测技术。对低频漏磁信号进行分析处理,提取出的低频漏磁信号的幅值和相位信息,用于铁磁构件内外表面损伤检测与定量评价。通过数值仿真和检测实验,研究了裂纹深度和位置(上表面或下表面)的裂纹对漏磁场特征参数空间分布的影响。结果表明,漏磁信号的幅值特征参数和相位特征参数均可用于铁磁性构件上下表面一定深度范围内裂纹检测及定量表征,但两个参数对不同位置及深度范围内裂纹检测的敏感性不同。当裂纹位于试件上表面时,幅值特征参数对裂纹深度变化更敏感;而当裂纹位于试件下表面时,相位特征参数对裂纹深度变化的敏感性更高。本文研究工作为承压设备中铁磁性构件内外壁损伤检测做了有益探索。     

The analysis of subdivision measurement based on sinusoidal magnetic field model

A new space subdivision algorithm for the application object like linear motor whose magnetic flux density of magnetic field is sinusoidal was proposed. Space sinusoidal and cosine signals can be obtained by two sensors whose distance equals a quarter of magnetic polar pitch. By continuously doubling the measured signals’ frequency by sinusoidal and cosine operation, a set of orthogonal signals were produced whose equivalent pole pitch equals half of previous signals’. Using an electronic comparator to detect zero crossings, quadrature binary pulses may in turn be obtained from the frequency doubled signals and high-speed, high-precision displacement measurement can be achieved. By analyzing the signal’s signal to noise ratio, subdivision multiples’ constraints when zero crossings detection is available can be obtained. Experimental results showed the effectiveness of this subdivision method.