励磁装置磁化效果的有限元仿真与相关实验

针对一种永磁多回路励磁装置,采用有限元分析工具对励磁装置2个主要尺寸变化时,棒状铁磁构件的内部和表面2 mm位置的磁场分布进行了数值计算,分析了励磁装置的磁化效果,对励磁装置结构进行了设计.实验中,采用高灵敏的巨磁阻传感器对尺寸变化时励磁装置的磁化效果进行了检测,有限元分析结果与实验结果定性符合,研究结果有助于励磁装置的进一步优化设计.     

励磁器磁极布置及提离值的确定

介绍钢丝绳故障电磁监测方法所涉及的永久磁铁励磁装置的设计方法.为了研究磁极布置方式对钢丝绳通过时产生的励磁效果,用ansoft maxwell软件进行仿真,确定了N-N-S-S磁极布置方式具有最好的磁化效果,该方式下钢丝绳的磁感应强度B接近2 T,满足将钢丝绳磁化至饱和状态B≥1 T的要求.利用磁偶极子理论和有限元分析,采用MATLAB软件仿真不同提离值下的漏磁场强度,利用Ansoft maxwell软件进一步验证,结合实际工况,确定了传感器在钢丝绳径向安装、提离值的范围2～3 mm时监测效果较好.在实验室搭建电梯钢丝绳检测实验台,对所做的仿真研究进行实验验证,该N-N-S-S励磁器磁极布置方式及2.5 mm的提离值有较好的应用效果.     

基于MBN的RPV钢辐照脆化检测仪器的传感器设计

辐照损伤是影响反应堆压力容器(RPV, Reactor Pressure Vessel)使用寿命的重要因素,为了提升磁巴克豪森噪声(MBN, Magnetic Barkhausen Noise)信号检测仪器对辐照损伤程度的评估性能,本文设计一种小型化MBN传感器。该传感器是由H型硅钢片磁轭、激励线圈、检测线圈和工型锰锌铁氧体构成,可以使检测仪器获得更为稳定的MBN信号,从而对RPV的辐照损伤进行有效评估。此外,利用电磁仿真软件ANSYS Maxwell对励磁模块进行了仿真与分析,得出了试件的有效磁化区域,并通过对RPV试样测量数据结果分析,最终确定了最佳激励信号的幅值和频率,提高了巴克豪森检测仪器的实用性。     

基于流固耦合模型的微超声传感器仿真分析

建立了基于流体固体耦合单元的电容式微超声传感器(cMUT)的有限元模型,通过对模型进行 声场仿真分析,研究传感器阵列在不同介质中工作时的声场特性,如,谐振频率,发射声压等;分析了传感 器振动膜半径、空腔厚度以及传感器单元间距的变化对其发射声压幅值和带宽的影响.仿真分析的结果 表明:增大传感器的发射声压带宽,可以通过增大振动膜半径、减小空腔厚度或者减小传感器阵列中单元 的距离来实现。     

电工钢片磁化曲线无损检测传感器研究

针对一种电工钢片磁化曲线无损检测传感器进行研究,该传感器利用磁通测量线圈和磁位计分别检测电工钢片特定区域的磁通和磁势,实现钢片磁化曲线的无损检测.为了实现传感器的优化设计,利用ANSYS软件对传感器进行二维和三维仿真实验.同时,通过仿真实验获得不同励磁载荷情况下磁通测 量线圈和磁位计的仿真测量值;对检测到的信号进行曲线拟合,求得被测电工钢片的基本磁化曲线.仿真实验验证了该传感器检测方案的正确性和优化设计的可行性,并为实际应用提供了根据.     

磁弹传感器动态磁滞模型构建与影响因子分析

研究钢缆索索力测试问题,从钢缆索磁化过程中能量平衡原理出发,在考虑与励磁频率相关的涡流损耗和异常损耗等能量损耗的基础上建立硬磁材料应力相关的动态磁滞模型,对模型的应力、温度和励磁磁场等影响因子进行了理论分析.针对常用Preisach和Jiles-Atherton磁滞模型对硬磁钢缆索材料动态模型描述的不足,提出重点分析了磁场频率和磁化工作点对模型的影响,并进行了仿真.通过仿真结果的对比分析,传感器在准静态频率时能量损耗主要来自磁滞损耗,在中高频率时涡流损耗和异常损耗项非常明显.当磁化工作点充分接近材料饱和磁化点时,传感器灵敏度下降;远离饱和磁化点时,模型精度降低,测量精度下降.     

基于FBG传感器的变压器振动信号检测与分析

为了早期发现电力变压器的振动故障问题,需要选择有效位置对变压器的振动状态进行检测.针对电力变压器铁芯-绕组振动特性,通过有限元分析,仿真得到铁芯-绕组测点位置.以型号为S13-12500/35型油浸式无励磁调压35 kV电力变压器为试验对象,将光纤Bragg光栅(FBG)振动传感器安装于铁芯-绕组的测点位置,对不同负载下变压器振动信号进行检测与频谱分析,结果表明:变压器振动信号频率集中在100 Hz及其倍频处;在80％,90％,100％负载下,幅频信号100 Hz处的振动幅值随着变压器负载的增大而增大.     

面向曳引钢带缺陷检测的径向磁化电磁传感器仿真研究

针对曳引钢带缺陷检测提出了一种径向磁化电磁传感器,实现曳引钢带缺陷的精准检测.基于电磁耦合和高导磁材料的聚磁特性,采用有限元分析方法建立起径向磁化电磁传感器的等效模型,分析了聚磁铁芯宽度和线圈安匝数对径向磁化电磁传感器测量处磁感应强度大小的影响规律.结果表明,宽度为1 mm的聚磁铁芯具有最佳的聚磁效果,测量处磁感应强度随着安匝数增加而增大并趋于饱和;接着,选取曳引钢带断丝和磨损两类典型缺陷,进一步仿真分析了其缺陷程度与测量点处磁感应强度的映射关系,结果表明,测量点处磁感应强度随着缺陷程度增加而减小;最后,对研制的径向磁化电磁传感器进行性能测试,并将其应用于曳引钢带缺陷检测实验中,测量值与仿真值的最大相对误差为7.8％.     

基于带通滤波器的幅频特性调节光电开关灵敏度

研究探讨了调制光频率与检测距离的相关性,旨在通过软件改变红外调制光频率,实现"一键式"智能调节检测距离.以连续周期矩形脉冲信号为例,选用二阶窄带带通放大电路对输入信号进行放大和滤波处理,使不同频率的脉冲信号经过窄带带通放大器自动调节其输出信号幅度,进而影响传感器的灵敏度.经理论推导、仿真设计、实验分析,结果表明:当设定脉冲幅值和占空比为常数时,改变脉冲信号频率可实现传感器灵敏度的调节,从而实现对检测距离的调节.即当ff0时,灵敏度随着f增大而减小.在红外光电开关传感器上应用该方法实现了利用软件调节频率来调节传感器的测量距离.     

2自由度振荡水翼推进性能分析及实验研究

为了研究仿生水翼推进性能,设计了一种2自由度振荡水翼推进装置.实现了基于升力/阻力模式的2种振荡水翼推进方式.研制了振荡水翼推进性能实验平台,在循环水池环境下完成了不同参数耦合情况下振荡水翼推进性能实验.利用6轴力传感器测量水翼振荡时产生的推力/升力,并将实验结果与数值模拟结果对比,分析不同参数对推进性能的影响.实验结果表明,在升力推进模式下,增加拍旋运动幅值和振荡频率可以提高平均推力;随着位旋运动幅值的增加,平均推力呈现先增大后减小的趋势;随着来流速度的增大,平均推力逐渐减小.在阻力推进模式下,增加拍旋运动幅值和振荡频率均可提高平均推力.     

基于MEMS的参量放大的设计与实现

参量放大效应是一种非线性振动放大效应,利用该效应可以极大地增加MEMS陀螺和加速度计等谐振式传感器的振幅,从而提高谐振式传感器检测灵敏度和信噪比。根据理论分析和有限元仿真结果,设计了一种MEMS参量放大结构。该结构采用SOG工艺加工,在950Pa左右的气压环境下对该结构进行了实验研究,并得到了该结构参激电压、相位与放大倍数之间的关系。实验结果表明：参量放大效应的实测结果与理论分析结果吻合很好,当参数激励电压为5.7V时,参量放大倍数超过50倍,大幅提高了结构的振幅,为以后应用参量放大效应提高MEMS惯性仪表性能提供了一种新方法。     

激励频率自适应的采煤机状态压电俘能监测装置研究

考虑到目前用于采煤机状态监测的压电俘能装置不能实时根据外界激励频率变化而改变固有频率,研究一种自适应外界激励频率的采煤机状态压电俘能监测装置.对该频率可调的压电俘能装置进行数学模型建立、固有频率的有限元仿真以及实验研究.研究结果表明:随着压电俘能装置悬臂梁重心的变化,压电俘能装置发电量最大值对应的激励频率不断变化.自适应外界激励频率的压电俘能装置可将频率变化范围控制在7 Hz到55 Hz之间.自适应外界激励频率的压电俘能装置可使安装于采煤机各处的压电俘能装置输出功率在300 mW左右.自适应外界激励频率的压电俘能装置能够对采煤机工作时不同位置的激励频率进行自适应调节,保持对监测装置稳定供电.     

Theory and FEM simulation study of the double-clamped resonant beam with slit-structure

In this paper, we established the vibration model of double-clamped resonant beam with slit structure, and we theoretically analyzed the effect of rectangular slits with round corners on vibration amplitude and natural frequency of the resonant beam. The effect of rectangular slits on detection sensitivity of resonant beam is also analyzed. According to the theoretical analysis, computational studies of slit size and location influence on vibration amplitude, natural frequency and detection sensitivity of the resonant beam were carried out. Meanwhile, stress concentration of proposed slit structure with rounded corners was calculated by finite element method (FEM) and was compared with the stress concentration of slit with right corners. Finally, for resonant beams with slits of different size and location, theoretical calculation results and the FEM simulation results of natural frequency were compared. Theoretical analysis and FEM simulation are in good agreement.     

旧混凝土路面共振破碎力学机理

采用有限元法建立旧混凝土路面的动力学模型,运用ANSYS进行模态分析和谐响应求解.基于混凝土破坏的莫尔-库仑准则判定使路面产生共振破坏的激振力的临界力幅.结果表明:考虑基层影响所得到的模型基频比单纯面层小;路面缺陷会使频率减小;在给定参数下,随着激振力的增大,在路面板中心处产生剪切破坏.     

基于远场涡流法的管道缺陷识别的有限元仿真研究

远场涡流(RFEC)法是无损检测的重要方法之一,相对于其他无损检测技术而言更具优势。在基于远场涡流原理的基础上,利用有限元方法对远场涡流现象和二维轴对称缺陷进行了仿真和分析。首先,从麦克斯韦方程出发,对远场涡流进行数学建模,为有限元分析提供理论指导;其次,利用有限元法建立仿真环境,并对远场涡流现象进行二维仿真,借此设计出实验装置并确定了激励参数;最后,对轴向上不同位置、宽度和深度的缺陷进行分类对比仿真,研究了缺陷信号间的相互作用,确定了缺陷量化特征量,优化了缺陷信号。为以后的三维仿真和缺陷位置、尺寸及管道耗损的定量识别提供了理论依据。     

液压阀电涡流位移传感器的研究

检测液压阀芯位移的耐高压差动变压器式位移传感器频响低,不能满足高频响液压阀的需要,电涡流位移传感器不耐高压,且温度漂移严重难以在液压阀中使用,提出一种新型耐高压电涡流位移传感器的结构,建立了数学模型,进行了理论分析和磁场有限元仿真工具进行了仿真;理论分析和实验结果表明:该位移传感器具有良好的线性、工作量程大,可有效应用于高压环境下阀芯的位置检测。     

直升机尾传动轴系的非线性刚度参数辨识方法

提出了基于测试数据来识别尾传动轴系非线性刚度参数的方法。首先,对尾传动轴系进行低幅值激励下的模态测试,并建立尾传动轴系的简化模型,与试验结果对比验证模型的准确性。然后,对尾传动轴系开展不同激励水平下的步进正弦扫频测试,基于测试频响函数得到固有频率随位移幅值的变化关系。对建立的尾传动轴系简化模型进行有限元迭代计算,可以识别出固有频率随等效刚度的变化关系。最终建立起尾传动轴系等效刚度与位移幅值的关系,识别出尾传动轴系的非线性刚度参数。     

基于GMR传感器的金属表面缺陷检测系统设计

随着经济的发展汽车越来越普及,有些关键部位的零件如制动盘和转向节,在制造和使用的过程中容易产生一些细小的裂纹,这就需要在不给被测物体造成负面影响的前提下对关键零器件进行检测;针对传统的涡流传感器进行有限元仿真,分析了激励线圈和被测金属耦合时的传感特性;设计了一种基于GMR芯片检测微裂纹的探针,并开发了相应的测试系统;分析了GMR芯片敏感轴对检测结果的影响,采用小波分析的方法对数据进行处理,提高了信号的信噪比;实验结果表明,该探头灵敏度高,通过调整激励频率可以检测金属表面以下5mm处的缺陷。     

Transverse distribution law of airflow excitation force for SI-FLAT contactless shapometer

Aiming at the shape problems in production, the finite element model was built with the Fluent software to analyze the transverse distribution laws of airflow excitation force under different factors which affected the detection precision. For analyzing the shape errors caused by the non-uniform transverse distribution of airflow excitation force, the finite element model of strip is built with the ANSYS12.0 software. It is found in the study results that the airflow excitation forces display the same distribution laws under different rolling conditions, i.e. have an obvious attenuation at the edge of strip, which causes large shape measurement errors. For reducing shape errors, the compensation project is put forward, and it gives a good foundation for improving the detection precision.