信号发生器输出幅值与输出阻抗的关系

信号发生器为各种电子线路提供激励信号，在已知其波形、频率、幅值等参数情况下，根据不同响应进行调试。实际使用过程中，经常出现信号发生器输出幅值显示值与电压表所测值不一致，或者已调好信号发生器固定输出幅值，不同的电子线路其输出电压却不同，因此引起使用者的疑惑，是不是信号发生器出现故障。这需要分析信号发生器的输出阻抗。     

基于SQUID的磁纳米粒子磁特性测量研究

基于超导量子干涉器件(SQUID)的高灵敏磁通电压转换特性,将探测磁纳米粒子磁特性的线圈的微弱磁信号转换成电压信号输出。设计了包含激励源模块,信号测量模块,人机交互模块的测量系统,并采用标定线圈完成了测量系统的标定,实测数据表明,该系统可用于对磁纳米粒子磁特性的测量,为后续研究适用于生物体内温度测量的方法提供了支持。     

超磁致伸缩棒磁场强度建模及线圈优化分析

超磁致伸缩棒上的磁场强度对超磁致伸缩致动器(GMA)至关重要,因其幅值和上升、下降时间直接影响致动器的输出力和响应时间.建立电压到磁场强度的模型,并提出较合理的线圈优化方案.将线圈充、放电过程简化为一阶RL线性电路的暂态过程,计算得到线圈电流,并根据线圈电流建立超磁致伸缩棒上的磁场强度模型.由模型可知,致动器尺寸有限制时,棒上磁场强度的优化应主要考虑线圈匝数;通过分析线圈匝数对磁场强度稳态值、上升时间和下降时间的影响确定匝数的取值范围.向线圈施加不同频率和幅值的方波电压信号,得到的模型曲线与测得的实验结果相吻合,从而验证了模型的正确性.     

基于逆磁致伸缩的索力传感器原理与影响因素研究

基于逆磁致伸缩效应,建立钢缆索索力传感器理论模型,分析了施加在缆索材料上的力信号(外力和应变)与磁信号(磁感应强度、磁场强度)之间的耦合关系.针对一种环式结构的索力传感器,对索力测量原理做了详细推导,可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受外力.传感器输出感应电压与空气间隙尺寸、外部激励磁场下的材料磁导率、激励磁场变化、加载外力变化等因素有关,重点分析了激励磁场变化和外力变化对传感器输出的影响.当外力是缓变力,可通过检测感应积分电压求得外力;当外力是交变力,直接通过感应电压求得外力;最后通过对磁场变化和外力变化影响分别进行了仿真,结果与理论分析基本一致,表明所建立的索力传感器理论模型可行.     

柱棒式超磁致伸缩能量收集器的设计与实验

为了能够利用自然界中的振动能量,弥补传统微器件供能方式的不足。设计制作了一种以超磁致伸缩材料(GMM)为基础的振动能量收集装置,并通过实验加以验证其能量收集特性;首先,通过对超磁致伸缩材料物理特性的分析,进行了能量收集装置理论建模与仿真分析;然后,根据仿真分析的结果设计了一套柱棒式的超磁致伸缩能量收集器;最后,通过搭建实验平台进行了效果验证。实验结果表明:当输入激振信号频率f_n不变,振动能量收集装置输出电压峰-峰值和输入振动信号的幅值F_m成正比;当输入振动信号幅值F_m不变,振动能量收集装置输出电压峰-峰值和输入激振信号的频率fn成正比;在激振应力最大值为2.54 MPa、频率100 Hz的正弦激振条件下,感应线圈100匝的实验条件下,超磁致伸缩振动能量收集器输出电动势峰-峰值为136.4 mV,与理论值(156 mV)符合较好,且波形一致。     

脉管制冷机用20 kW直线电机性能模拟研究

通过ANSYS Maxwell有限元分析软件进行电磁驱动力计算,研究功率超过20 kW、理论效率高于90%的直线电机中各部件尺寸对性能的影响。结果表明电机整体尺寸越大,额定功率越高,但磁饱和强度可能也会增大。线圈的截面积、永磁体的厚度以及内外铁芯的截面积对电机的性能影响较大,线圈的截面积增加,电机效率增加,而磁体和内外铁芯需要在满足设计目标的基础上尽量减小尺寸,以提高电机紧凑性和性能收益。     

Lamb波电磁超声换能器三维仿真研究

为提高电磁超声Lamb波换能器的换能效率,该文以铁磁性材料钢板为检测对象,对换能器进行建模并进行一系列的仿真研究。首先,使用Comsol仿真软件建立电磁超声Lamb波换能器仿真模型,对于换能器中的蛇形线圈激励电流参数、蛇形线圈几何及结构参数、方形永磁体几何参数对换能效率的影响进行仿真研究。结果表明,采用蛇形线圈和方形磁铁组成电磁超声Lamb换能器时,在所选参数范围内:对于线圈,增大激励电流幅值、线圈间距及线圈回折次数,减小线圈截面积、提离距离以及脉冲个数可以提高换能效率;对于永磁体,增大宽度和高度可以提高换能器效率,但是最终会趋于饱和状态。     

基于无阻尼扭转波干涉的磁致伸缩位移传感器

为增大检测信号的输出幅值和降低反射波对测量精度的影响,在传统磁致伸缩位移传感器结构基础上,提出一种基于无阻尼扭转波干涉的位移测量方法.制作了Fe-Ga磁致伸缩位移传感器样机,检测线圈输出的电压幅值由42 mV提高到65 mV,信噪比由11.6 dB提高到22.5 dB,位移分辨力提高1倍.对扭转波的两种时间定位方法进行分析,提出了一种动态双侧阈值法的时间定位方法,给出了此方法使用的范围及阈值选取的方法,推导了此方法所能提高的测量精度,并通过实验证明了此方法的测量精度约提高了1倍.     

磁导率检测技术对430不锈钢构件检测的最优激励频率设计研究

磁导率检测技术是一种可高精度评价铁磁构件整体或部分区域应力集中、疲劳损伤状况的无损检测方法。依据磁导率检测原理,以430铁素体不锈钢试件为研究对象,研究激励电压幅值、激励线圈匝数、检测线圈匝数及外加拉应力对检测传感器最优激励频率的影响。研究发现,最优检测频率随激励线圈匝数的增加而减小;最优检测频率与外加拉应力有关,当外加拉应力超出试件的弹性变形阶段时,最优频率随拉应力的增大而增大;最优检测频率不随激励电压幅值、检测线圈匝数的变化而变化,但随着激励电压幅值、检测线圈匝数的增加,检测灵敏度升高。该研究结论可为灵敏传感器的设计提供参考。     

信号发生器输出幅值与输出阻抗的关系

信号发生器为各种电子线路提供激励信号,在已知其波形、频率、幅值等参数情况下,根据不同响应进行调试。实际使用过程中,经常出现信号发生器输出幅值显示值与电压表所测值不一致,或者已调好信号发生器固定输出幅值,不同的电子线路其输出电压却不同,因此引起使用者的疑惑,是不是信号发生器出现故障。这需要分析信号发生器的输出阻抗。信号发生器的输出阻抗视类型不同而异,一般有50Ω,75Ω,600Ω等。现以HP33120函数信号发生器为例说明。该信号发生器的输出阻抗为固定的50Ω或者开路,现设置为50Ω。信号发生器可以等效为一个电压源串联一个50…     

IPMC的力输出特性

IPMC(ion-exchange polymer metal composite)离子交换聚合物-金属复合材料)是一种人工肌肉材料,其较低的驱动电压能产生较大的位移变形,研究了IPMC这种智能材料的输出力特性.实验选取了不同电压幅值,不同频率的方波、三角波、正弦波3种波形作为电激励信号,通过力传感器实测了IPMC试样末端的输出力.结果表明,随着电压幅值的增大,其输出力也增大;随着电刺激信号频率的降低,其输出力也增大;而波形对其输出力影响不显著.     

基于矫顽力与剩磁的铁磁性材料应力测量

铁磁性材料的磁滞回线代表其在外加磁场下的基本磁特性,磁滞回线反映的磁特性参数磁导率μ、矫顽力H_C、剩磁M_R能灵敏地反应铁磁性材料的微观组织结构。针对铁磁性材料受应力易发生形变的问题,该文研究铁磁性材料内部磁畴结构和所受应力的关系,利用应力引起的磁特性参数的变化确定材料所受的应力大小,基于U型磁轭的电磁检测原理,测量激励线圈中的电流值和感应线圈上的电压值,采集被测磁回路的磁滞回线并计算矫顽力、剩磁。结果表明:矫顽力数值会随拉力的增大而升高,剩磁随拉力的增大呈阶段性变化,利用矫顽力与剩磁可以实现铁磁性材料的受力分析。     

磁性液体倾角传感器研究

利用永磁体在磁性液体中悬浮的特性,提出了一种新型一维倾角传感器,给出了该传感器的工作原理,设计了传感器样机。采用实验方法测试两个永磁体间磁斥力曲线,并据此确定传感器主要结构参数和特性参数,得到其倾角检测灵敏度表达式。设计了传感器中运动部件的位移的检测电路及转换电路。实验结果表明,当倾角在-18°～18°之间时,输出电压与倾角间成线性关系,其分辨率为0.04°;当倾角在18°～90°（-18°～-90°）之间时,输出电压与倾斜角的关系为非线性关系,且分辨率逐渐降低。该传感器结构简单,无磨损部件,为倾角测量提供了新的途径。     

磁力耦合压电振动能量采集器研究

提出一种基于汽车减振器的磁力耦合压电振动能量采集器,可以采集更多的振动能量,并减少振动引起的冲击力。该设计中包括永磁铁阵列和弯张压电单元阵列。磁力耦合作用将不规则的往复振动转换成单向磁排斥力作用,并通过弯张结构放大作用于压电片。建立磁-机-电耦合模型并进行实验。实验结果表明:在以固定频率f=12 Hz、13 Hz和15 Hz输出时,增加随机振动信号的幅值,压电俘能器所俘获的电压幅值也随着增大,且输出的电压峰值与振动信号幅值峰值点一致;同时发现幅值相近时,在振幅可视为相等情况下,振动信号频率不同,电压幅值维持不变,电压信号频率改变。该设计结构紧凑,可以集成于汽车减振器中而不显著增加器件体积。     

电针治疗仪校准装置的开发与设计

本文主要就电针治疗仪校准装置的关健技术开发设计,对多参数信号检测电路进行电路设计,包括信号处理模块中电压信号的转换和幅值计算,波形显示模块中频率和时间的测量,保证了微弱信号和低频脉冲的稳定测量,能够方便地专用于电针治疗仪参数的校准,解决了电针治疗仪关键参数的量值传递与溯源体系。     

应用于标准光电高温计的多点控温系统设计

为满足功率半导体器件参数测量中对脉冲高压源输出脉冲幅值和宽度的需求,基于Marx发生器原理设计了一脉冲幅值和宽度连续可调的脉冲高压源,用以对功率半导体器件参数的快速测量。该脉冲高压源通过改进Marx发生器基本结构,采用双电源充电模式,减小了脉冲发生器的充电时间;采用同步放电电路,提高了脉冲电压的输出精度;在此基础上,采用快恢复二极管隔离每级Marx电路,降低了充电损耗。通过控制双电源充电电压和放电回路中固态开关导通时间,实现了输出脉冲电压幅值和宽度连续可调。实验结果表明,该脉冲高压源在脉冲幅值0~8000 V和脉冲宽度200~1000 μs之间连续可调,上升时间为35 ns,可满足功率半导体器件参数快速测量的需求。     

电针治疗仪的校准装置

就电针治疗仪校准装置的关键技术开发设计,对多参数信号检测电路进行电路设计,包括信号处理模块中电压信号的转换和幅值计算,波形显示模块中频率和时间的测量,保证了微弱信号和低频脉冲的稳定测量,能够方便地专用于电针治疗仪参数的校准,解决了电针治疗仪关键参数的量值传递与溯源体系。     

单边核磁共振Halbach磁体结构设计

传统核磁共振仪器多采用封闭式磁体结构,导致仪器开放性和便携性差,制约其应用范围。为解决上述问题,该文基于电磁场理论,利用二阶有限元方法,研究半环形Halbach磁体的结构设计方法,分析磁块几何结构和尺寸等参数对Halbach磁体产生的中心场强、横向均匀度和纵向梯度的影响。验证该磁体结构无需增加线圈,即可产生核磁共振实验所需的横向均匀纵向梯度分布的磁场。优化后的单边Halbach磁体结构为:磁块尺寸为0.5 m×0.095 m×0.095 m、磁体结构半径为0.63 m,在50 cm×50 cm区域得到中心场强为0.020 9 T,不均匀度为3.085×10~(-4),梯度为0.739 mT/cm的磁场。     

虚拟仪器在导弹测试发控系统中的应用

设计的基于PC/104嵌入式计算机系统的虚拟仪器,具有测量各种电学信号和时频信号功能;同时具有输出各种模拟信号、不同频率和幅值的脉冲信号及各种波形信号的信号源功能.其测量精度高,输出信号精度高,可用于导弹测试发控系统对其进行各种测试和控制.     

35 kJ高温超导磁储能(SMES)的热输运实验研究

研制了中国首台高温超导磁储能直接冷却系统,该系统不使用低温液体(液氦、液氮).在10-3Pa的真空度下,高温超导磁体线圈由1台单级GM制冷机从室温293 K冷却到19 K,Bi2223电流引线由另一台制冷机冷却到77 K以下.整个系统在通140 A直流电流的时候产生了4.5 T的磁场.系统连续运行480 h(20 d),磁体和低温系统各参数动态特性良好.实验研究表明,控制系统的漏热,优化磁体内部导冷结构,有效减少热传导部件的接触界面热阻是制冷机直接冷却高温超导磁体的关键技术.