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。     

基于正交双行波磁场的平面二维时栅位移传感器

针对半导体行业、航空航天等领域对于精密二维位移测量的迫切需求,提出了一种基于正交双行波磁场的平面二维时 栅位移传感器。 传感器由定尺和动尺组成,定尺由导磁基体和沿 x、y 方向排列的两励磁线圈组成,动尺由导磁基体和沿 x、y 方 向排列的两层感应线圈组成。 当励磁线圈通入正余弦励磁信号时,在定尺上方产生分别沿 x 和 y 方向运动的正交双行波磁场。 通过对感应线圈输出的感应电信号进行解算得到 x 和 y 方向的位移值。 首先介绍了传感器的结构和工作原理,对传感器模型 进行了电磁场仿真;然后对仿真误差进行溯源分析,并优化传感器结构;最后采用印刷电路板技术制作了传感器样机,并设计相 应的电气系统进行实验验证。 实验结果表明该传感器在 160 mm×160 mm 测量范围内能够实现平面二维位移测量,x 方向节距 内位移误差峰峰值为 32. 8 μm, y 方向节距内位移误差峰峰值为 34. 5 μm。     

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。     

电感式磨粒传感器中铁磁质磨粒特性仿真研究

针对机械装置的在线监测传感器,模拟了铁磁质磨粒通过传感器过程中传感器线圈的磁场和感应线圈的感应电压瞬态变化特性.考虑了线圈与铁磨粒的材料、线圈匝数和激励线圈的输入电压等因素,应用Jmag Designer I0.4软件建立了传感器的二维有限元模型.仿真结果揭示了磨粒运动过程中线圈磁场与感应线圈中感应电压的变化规律,获得了感应电压与球形磨粒的直径大小的立方成正比,与磨粒运行速度成正比.研究结果对于电感式磨粒传感器的开发具有重要的指导价值.     

旁路励磁的钢缆索索力传感器磁路分析

基于钢缆索逆磁致伸缩索力测量原理,讨论了一种旁路励磁的索力传感器。用磁导分析法对磁路做了详细的推导,结果表明可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受的外力,传感器输出与外力信号本身的变化、感应线圈的匝数、材料截面积、外激励磁化场及该磁场下的材料磁导率有关。在外力是缓慢变化情况下,可通过求感应积分电压得到外力;从激励磁化方式、参考工作点的选取,传感器的尺寸设计原则等三个方面做了讨论,确定传感器的参数。最后,利用万能拉力机对该种结构的传感器做了拉力模拟实验,实验结果表明旁路励磁的传感器磁路分析与参数设计比较合理,可用于钢缆索的索力测量。     

交流感应磁悬浮技术的研究

基于电磁感应定律和励磁线圈与非磁性导体环间的等效电路模型,对处在交变磁场中的非磁性导体环受到的感应悬浮力进行了研究。非磁性导体环以铝环作为研究对象,提出了铝环受到感应悬浮力的测量方案,并设计了感应悬浮力的测量装置。对不同励磁线圈电流大小、电流频率、铝环相对线圈端部位移等参数条件下铝环受到的感应悬浮力进行了试验研究,并且利用有限元软件ANSOFT对各参数下的感应悬浮力进行了仿真分析。仿真和试验结果表明:铝环受到的感应悬浮力与电流的平方近似成正比关系;当励磁线圈电流频率大于50Hz时,增加线圈电流的频率,感应悬浮力的变化不明显;随着铝环和励磁线圈相对位移的增加,铝环受到的感应悬浮力明显减小。     

旁路励磁的钢缆索索力传感器

基于钢缆索逆磁致伸缩索力测量原理,讨论了一种旁路励磁的索力传感器.用磁导分析法对磁路做了详细的推导,结果表明可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受的外力,传感器输出与外力信号本身的变化、感应线圈的匝数、材料截面积、外激励磁化场及该磁场下的材料磁导率有关.在外力缓慢变化的情况下,可通过求感应积分电压得到外力.从激励磁化方式、参考工作点的选取、传感器的尺寸设计原则等3个方面做了讨论,确定了传感器的参数.最后,利用万能拉力机对该种结构的传感器做了拉力模拟实验,实验结果表明,旁路励磁的传感器测量灵敏度达到1.6 mV/kN,磁路分析与参数设计比较合理,可用于钢缆索的索力测量.     

磁弹索力传感器设计方法研究

针对目前缆索的磁弹索力传感器的设计尚无比较完善的方法的现状,在讨论磁弹索力传感器基本原理的基础上,分析了磁弹索力传感器的结构及内部各磁场分布特点;从缆索、线圈、磁场、信号几方面出发,对缆索的磁弹索力传感器的设计方法进行了研究,提出了保证传感器的感应线圈内部缆索磁化均匀性、线圈安全励磁、提高灵敏度和信噪比等参数设计的具体方法与准则;根据钢缆索材料磁弹效应的材料特性优化传感器的工作点;最后针对某实际工程上应用的缆索,完成了磁弹索力传感器设计的仿真计算与实验验证,结果表明:传感器达到了预期的设计效果,且灵敏度为-0.3535mV/MPa,此设计方法用于磁弹索力传感器的设计可行。     

速度传感器灵敏度系数标定

一、传感器的简单原理电磁式速度传感器(图1)由线圈和永久磁铁组成。当线圈与气隙磁场发生相对运动时,线圈切割磁力线而产生出运动电势,线圈的运动通过线圈连接端部的小球头与胶粘在振动体被测点上球头座,由两端带弹簧卡头的连杆把这两者相连,使传感器直接感受振动,引起线圈的上下运动,感应量为振动速度。线圈在磁场     

基于性能最优的磁流变阻尼器励磁线圈缠绕方法研究

双线圈活塞式磁流变阻尼器是一种通过励磁线圈产生磁场,以控制输出阻尼力的器件,其励磁线圈的缠绕方法直接影响磁流变阻尼器磁场分布和动态响应时间。在磁流变阻尼器性能模型的研究基础上,以阻尼动力和动态性能为最优目标,分析了两励磁线圈多种缠绕方法对阻尼间隙的磁场分布和控制电路的响应时间的影响,综合考虑了外界控制电路的电流负担和电能损耗,获得了励磁线圈采用反向串联的最优缠绕方法。研究结果为磁流变阻尼器的结构设计和参数优化提供了参考依据。     

钻杆内壁腐蚀的交直流复合磁化漏磁检测方法

钻杆长期服役后内壁出现的腐蚀是造成钻杆断裂的主要原因,针对钻杆内壁腐蚀的检测,提出了一种基于复合磁化的漏磁检测方法。该方法通过阵列感应线圈拾取钻杆外壁交流磁场的变化,进而评价内壁腐蚀产生的壁厚减薄状态,规避了强背景磁场下用霍尔元件测量磁场时量程范围不足、灵敏度不够等问题。利用有限元仿真软件分析壁厚减薄上方的相对磁导率分布,对比了有、无壁厚减薄的磁感应强度变化率,仿真与实验结果表明该方法可以实现钻杆内壁壁厚减薄的检测。     

三阶段活塞式磁流变液减振器磁路的试验研究

磁流变液减振器是新型的智能化减振装置，在汽车、机械以及土木工程减振领域具有广泛的应用前景，磁路设计是决定此类减振器性能的关键技术之一。研究了三阶段活塞式磁流变液减振器的两励磁线圈在不同情况下的励磁特性。研究表明，放置在空气中的两线圈产生的磁场强度在各阶段具有矢量叠加性，两线圈电流方向的异同对其在各阶段产生的磁场强度的总和没有影响。     

变耦型时栅位移传感器理论模型与误差研究

针对现有高精度位移传感器栅距小导致对制造和使用环境要求苛刻的问题,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准,可在大极距条件下实现高精度、大量程直线位移测量的变耦型时栅位移传感器。传感器通过在交变电磁场中改变励磁线圈和磁场拾取线圈的耦合状态建立以时间差反映位移变化的行波信号,实现精密位移测量。通过有限元分析软件对传感器进行了建模和仿真,根据仿真结果得到传感器仿真模型的测量误差,并对其进行了谐波分析;根据误差特点和变化规律对主要误差进行了溯源,并对模型进行了优化。根据优化模型制作了传感器实物,开展了验证实验。实验结果表明:根据仿真结果对传感器进行优化设计,在200 mm的测量范围内,传感器精度达到±500 nm,且系统成本低廉,极易制造。为时栅位移传感器在恶劣环境中的应用提供了解决方案和理论依据。     

Efficiency evaluation of a C Magnetic Resonance birdcage coil: Theory and comparison of four methods

Radiofrequency coils in Magnetic Resonance systems are used to produce a homogeneous B₁ field for exciting the nuclei and to pick up the signals emitted by the nuclei with high signal-to-noise ratio. Accordingly, coil performance affects strongly the quality of the obtained data and images.     

超磁致伸缩换能器驱动磁场均匀性的研究

给出超磁致伸缩换能器驱动磁场均匀性概念后,论述了超磁致伸缩换能器驱动磁场宜用电磁感应强度表示。建立了ANSYS2D有限元模型,分析了超磁致伸缩棒、线圈长度、磁路闭合与否、补偿线圈等对磁场均匀性的影响,得出了明确的结论。该分析结果已经用于指导超磁致伸缩换能器的设计,取得良好的效果。     

应用双光纤传感器的涡轮流量计结构、特性及试验研究

本文叙述了将反射型光纤传感器与传统的涡轮流量测量原理相结合,进行具有双光纤传感器的涡轮流量计的实验研究。与传统的内磁式涡轮流量计相比具备了正反流量测量的性能。实验研究结论表明：应用双光纤传感器涡轮流量计可进行双向流量测量,两个流量信号经鉴别电路实现了双向流动的检测。对于单向流量测量,也可通过流量计算机的算法消除因水击产生的脉动流造成涡轮往复震动而引起的计量误差。扩展了涡轮流量计的量程比,不存在内磁式传感器在低流速时与涡轮叶片产生磁阻而引起的误差。     

An electromagnetic localization method for medical micro-devices based on adaptive particle swarm optimization with neighborhood search

In order to non-invasively track a medical micro-device in gastrointestinal tract, an alternating electromagnetic tracking method was presented and a prototype was developed. In the tracking method, several energizing coils were excited by time-sharing sinusoidal signal to generate varying magnetic fields by one coil and then another coil. A wireless magnetic sensor measured the magnetic field strength at the location of the micro-device. The root-mean-square value of the magnetic field strength is a high-order nonlinear system of equations with respect to the position and orientation of the micro-device. Based on the adaptive particle swarm optimization (PSO) with neighborhood search, the position and orientation of the micro-device could be obtained. The experimental results show that the tracking method is valid and the modified algorithm succeeds in dealing with the nonlinear system of equations in localization. Comparing to the standard PSO algorithm, it does not require a good initial guess to guarantee convergence. Furthermore, it has high precision and fast convergence.     

一种新型智能金属探测仪的设计

介绍了一种基于金属体内电涡流效应的新型高灵敏度金属探测仪设计.它可用于交通部门对旅客和行李进行安全检查,也可用于建筑施工中,探明墙体内是否装有钢筋、金属管等.传感器探头由激励线圈和巨磁阻传感器芯片构成,在线圈中通入方波脉冲使周围产生交变磁场,当靠近金属物体时,金属内产生涡流,使原线圈的磁场发生变化,位于线圈中央的巨磁阻传感器将其转变成电信号,在单片机的控制下进行处理和显示.     

Nuclear magnetic resonance apparatus for pulsed high magnetic fields

A nuclear magnetic resonance apparatus for experiments in pulsed high magnetic fields is described. The magnetic field pulses created together with various magnet coils determine the requirements such an apparatus has to fulfill to be operated successfully in pulsed fields. Independent of the chosen coil it is desirable to operate the entire experiment at the highest possible bandwidth such that a correspondingly large temporal fraction of the magnetic field pulse can be used to probe a given sample. Our apparatus offers a bandwidth of up to 20 MHz and has been tested successfully at the Hochfeld-Magnetlabor Dresden, even in a very fast dual coil magnet that has produced a peak field of 94.2 T. Using a medium-sized single coil with a significantly slower dependence, it is possible to perform advanced multi-pulse nuclear magnetic resonance experiments. As an example we discuss a Carr-Purcell spin echo sequence at a field of 62 T.     

Estimating effects from trapped magnetic fluxes in superconducting magnetic levitation measurement

Superconducting magnetic levitation measurement is one of the most promising approaches to define mass standard based on the fundamental physical constants. However, the present system has unknown factors causing error larger than 50 ppm. We examined the effects of magnetic fluxes trapped in the superconducting coil and the superconducting floating body. When fluxes were trapped in either coil or floating body, their effects were able to be cancelled by reversing polarities of current and magnetic field, as had been believed. However, fluxes trapped in both coil and body induced an attractive force between them and caused error. In order to reduce the fluxes, the coil and the floating body should be cooled in low magnetic field in magnetic and electromagnetic shields.