三轴正交亥姆霍兹线圈的磁场均匀性分析

内窥镜胶囊机器人的外磁场控制已经成为介入诊疗技术的主要驱动方式。本文对三轴正交亥姆霍兹线圈的磁场均匀性进行分析,在对单轴线圈空间内任意位置磁场进行建模的基础上,通过坐标变换扩展为三轴线圈叠加磁场。对三轴磁场均匀性进行了分析,利用坐标变换对旋转平面内磁场精度进行作图分析,得到相应磁场均匀度分布规律,为三轴正交亥姆霍兹线圈的设计提供了理论依据,为提高旋转磁场的控制精度奠定了基础。     

正方形亥姆霍兹线圈的磁场均匀性

利用三个正方形亥姆霍兹线圈构建三维匀强磁场,并分析其匀强磁场区域特性。将正方形亥姆霍兹线圈视为四段载流导线,采取分段计算然后矢量叠加的方法,分析正方形亥姆霍兹线圈轴线上和空间磁场强度及其均匀性,及其仿真数据结果。最后得到正方形亥姆霍兹线圈三维匀强磁场的结构模型及相关数据分析,证明了三维亥姆霍兹线圈产生的磁场满足匀强磁场要求。     

三轴正交组合线圈结构参数优化设计

为克服现有电磁驱动球型关节各自由度间电磁耦合和力学耦合关系复杂及建模困难等难题，提出一种新型电磁变刚度球型手腕，通过万向节输出端所构成随动机构内置的径向磁化永磁体，在三轴正交组合线圈生成的空间万向旋转磁场同轴随动磁矩直接驱动下可实现侧摆、俯仰二自由度转动。针对电磁变刚度球型手腕对高集成度和高能量输出密度的实际需求，采用2组鞍形线圈和1组亥姆霍兹线圈的正交组合线圈驱动方案，建立线圈内部的磁场模型和球型手腕输出力矩模型，通过遗传算法对三轴正交组合线圈进行结构设计和参数优化。仿真结果表明，对比三轴亥姆霍兹线圈，优化后三轴正交组合线圈磁场均匀度更高，具有更高能量输出密度，结构紧凑，更满足球型手腕的需求。     

一种复合式磁场空间装置的探讨

探讨了一种在磁屏蔽室内套装三轴亥姆霍兹线圈系统的复合装置。该装置可以在周边磁场较乱、磁场梯度较大的环境中构建一个大区域、高均匀度的弱磁场空间，拓宽了弱磁空间的应用领域，降低了构建成本和构建难度。给出了该装置构建的5个技术环节要点。     

万向旋转磁矢量发生器装配误差补偿方法

三轴亥姆霍兹线圈可产生空间万向旋转磁矢量,实现胶囊机器人的精准控制,为了补偿万向旋转磁矢量发生器三轴亥姆霍兹线圈的装配误差,建立了误差模型,分析了轴线交点偏移及轴线非正交对磁场的影响,证明了误差使万向旋转磁矢量末端轨迹由圆变为椭圆,并仿真分析了磁矢量误差的空间分布,推导了线性化误差参数模型,根据最小二乘法原理进行误差参数辨识。仿真表明,该误差补偿方法可以降低线圈的装配精度要求,提高磁矢量的精度。     

一般环境中亥姆霍兹线圈的检测与补偿

在一般环境中,由于背景磁场梯度的干扰,亥姆霍兹线圈显示的磁场相关数据不能证明他本身的性能,也无法进行正常的工作.因此如果条件所限只能居于一般环境,那么,首先必须尽量回避和清除外围的磁性物质及衍生的磁异常;必须修正检测的磁学数据以验证线圈系统对亥姆霍兹原理的把握;进而可以利用原线圈结构设立补偿绕组,随机抵消局域磁场梯度.实验证明,所得标志性参数仅比理论值差0.16%,与无磁场或均匀磁场空间所得结果可比.     

一种宽量程磁场发生器的设计

宽量程磁场发生器实现由1nT到100mT磁场强度的连续可调。本设计提出了5对圆形线圈组构的技术方案，其中又配置辅助绕组，既利用了亥姆霍兹条件又突破了它的传统模式，同时充分体现了科学性与经济性统一的理念。     

基于Maxwell的磁场发生装置设计及分析

为了实现混有钕铁硼粉末的水凝胶磁化,设计了一种基于亥姆霍兹线圈的新式磁场发生装置.利用Maxwell软件3D模块绘制出磁场系统的三维模型,采用Magnetostatic静磁场求解器分析了增设的辅助线圈距离变化对场强的影响,得到了磁场发生装置的优化结构;再对比磁场发生装置和亥姆霍兹线圈的中心磁场强度和磁感线分布密度,验证...     

一种新型两自由度永磁电机动力学模型

提出了一种新型结构的两自由度永磁电机,阐述了基本结构及各部分功能。电机转子仅由径向磁化永磁体构成,定子部分为三轴亥姆霍兹线圈组,显著降低了永磁电机内部多维磁场的复杂程度。根据径向磁化永磁体对空间万向旋转磁场的随动效应,即径向磁化永磁体轴线会转动直到与空间万向旋转磁场轴线重合这一现象,通过空间万向旋转磁场控制电机输出端到达空间指定位置,实现空间两自由度任意运动。动力学仿真验证了基于随动效应的两自由度永磁电机方案的可行性,可控制电机输出端到达指定位置。     

C8051F340在亥姆霍兹磁场测量中的应用

亥姆霍兹线圈产生的磁场具有广泛的物理应用。利用霍尔传感器件,自带USB2.0以及10位快速A/D的高性能单片机C8051F340,研制了单芯片（SOC）高速磁场数据测量装置,编写了磁场数据采集处理程序,设计了中心距可调的亥姆霍兹线圈,并用所研制的仪器进行了轴向磁场分布测量。结果表明,该实验装置测量精度高,实时性好,实验手段先进,可扩展为多个设计性物理实验。     

八角形线圈的亥姆霍兹模式

教科书中讲释亥姆霍兹线圈均以环形圈为模版。但在实际应用中,当需求规模较大尤其是建立三维体系时,为了便于定位,便于加工及节省材料,常采用正方形线圈为模版。不过线圈绕制中由于四个直角的应力作用,很难把握正方形线圈绕组的紧密和原型恆定、对称,显然这又有悖电磁学的诸多概念。鉴此,本文提出了以正方形为框架切去四角的八角形线圈模式,相应推出了满足亥姆霍兹线圈的基本条件,并给出了轴向磁感应强度的求解方程和均匀性的实测数据。     

离散电流对精密线圈磁场影响的研究

研究了通常用电流片模型来近似计算线圈磁场时被忽略的由于导线电流的离散而引起的附加磁场的变化规律,指出此种附加磁场会随着离开导线距离的增加而迅速衰减.此结论可用于指导精度要求较高的线圈磁场系统的设计,如用于质子回旋磁比γp′测量的高精度亥姆霍兹线圈的设计和用于普朗克常数h测量的焦耳天平系统中的精密互感线圈的设计等.     

亥姆霍兹线圈在磁工具面测量中的应用

磁工具面井下测量一般使用三轴磁通门方位扇区测量模块,能够在井下高温高振动环境下实时测量地层三轴磁矢量,通过高速计算获取瞬时井周方位信息.井上方位测量模块的检测及标定对环境有极高要求(无外界干扰且磁场梯度不宜过大).本文使用亥姆霍兹线圈,配合高精度电源、信号发生器及功率放大器、采集装置,先人为将地磁场抵消,然后根据需要产生模拟地磁场的静态磁场或模拟仪器旋转等效的交变磁场,从而实现理想环境下的磁通门方位模块检测.     

胶囊机器人万向旋转磁场负反馈驱动控制

三轴亥姆霍兹线圈可叠加空间万向旋转磁场,使胶囊机器人在弯曲环境内的驱动成为可能。驱动电流频率变大,线圈感抗变大,旋转磁场强度变小,方位精度变差。为此,研制以DSP芯片为核心的负反馈控制系统,提高了旋转磁场的准确性和稳定性。根据系统的等效电路,建立了微分方程,推导传递函数,求得特征方程根,证明了系统的稳定性。通过保证三组线圈的电感与电阻的比值相等,使三组线圈滞后角及时间常数相等,降低了系统故障率,提高了系统效率与安全性。     

多层圆线圈在电磁计算中全空间磁感应强度B的分布

励磁类线圈在线圈通电流时在线圈内外空间产生相应的磁感应强度,如亥姆霍兹线圈。从毕奥-萨伐尔定律出发,通过矢量运算和几何关系,利用多层圆线圈磁场的对称性推导出全空间磁感应强度分布的积分表达式,并运用Ansoft Maxwell软件仿真模拟磁场的分布。     

SC6350C后桥异响噪声控制研究

针对SC6350C汽车在40km/h滑行时后桥产生的异响噪声,利用频谱分析技术分析了构成异响噪声的主要频率成分。在此基础上基于薄膜阻尼理论和亥姆霍兹共振原理,分别设计了薄膜阻尼消声结构和亥姆霍兹穿孔板吸声结构。台架实验和整车道路实验均表明,两种结构对降低后桥异响均有显著效果,车内异响噪声亦得以基本消除,且亥姆霍兹穿孔板吸声结构的效果略优于薄膜阻尼消声结构。     

外加磁场对磁流体润滑油膜轴承的影响

为了研究磁流体润滑油膜轴承内磁场的分布情况,分别通过永磁铁、螺线管及亥姆赫兹线圈对其施加3种不同形式的外磁场。通过磁场二维实体有限元模型的数值仿真,分析在3种模型下磁流体润滑油膜轴承的磁场分布特性,并比较磁场在油膜区的分布情况。结果表明,永磁铁模型的磁场主要分布在永磁铁、油膜、轴承座以及靠近磁铁的轧辊部分,螺线管模型的磁场主要分布在油膜、轴承座以及靠近磁铁的轧辊部分,亥姆霍兹线圈模型的磁场主要分布在线圈以及油膜的端部;3种模型在油膜区磁场分布沿轴向均呈现中间小、两端大的不均匀现象,且具有端部效应;永磁铁模型和螺线管模型在油膜区磁场沿径向分布均匀,亥姆霍兹线圈模型沿径向分布不均匀。     

并列线圈在平板电磁成形中的磁场力分布与受力分析

建立平板电磁成形3D有限元模型,分析线圈与板料间隙磁感应强度的分布,并与试验数据对比,验证了模拟方法的准确性。设计并列圆形与并列方形线圈结构,对于线圈加载不同方向电流,采用有限元模拟方法研究了线圈在被成形平板件上产生的磁场力分布规律。分析了并列圆形与并列方形线圈结构的受力状况和失效模式,提出了线圈结构设计改进方案与失效预防措施。根据并列圆形与并列方形线圈结构的特点,为并列线圈成形不规则工件的工程应用提供了指导。     

亥姆霍兹共振腔不同连接方式的传递损失与特性分析

为了研究亥姆霍兹共振腔不同连接方式的共振频率和传递损失,运用Virtual.Lab Acoustics软件建立单个和两个亥姆霍兹共振腔的有限元模型。仿真计算在串联或并联情况下两个亥姆霍兹共振腔当腔体体积相同和体积不同时的传递损失,并进行吸声特性分析。研究发现,两个体积相同的亥姆霍兹共振腔并联时共振频率略微增大,吸声性能则显著提高;当两个体积不同的亥姆霍兹共振腔并联时共振频率为各自腔体共振频率,互不影响;当两个亥姆霍兹共振腔串联时,振动规律符合二自由度弹簧-质量振动系统的振动规律。把亥姆霍兹共振腔并联关系推广到穿孔板,建立穿孔板孔和背腔的有限元模型和实体模型并进行实体模型的阻抗管试验,对穿孔板仿真结果与实验结果进行对比,验证了仿真模型的正确性。     

亥姆霍兹脉动衰减装置设计与数值模拟

亥姆霍兹共鸣器是一种常见的声学元件,可应用于衰减管道内气流脉动。根据API618标准推荐的亥姆霍兹共鸣器设计方法,针对往复压缩机排气管路设计气流脉动衰减装置;搭建三维压缩机气流脉动数值分析模型,计算发现管路内存在频率高达120 Hz的气流压力脉动;根据亥姆霍兹共鸣器的低通滤波特性,使用截止频率为110 Hz的亥姆霍兹共鸣器可削弱频率为120 Hz的气流脉动;在三维压缩机气流脉动分析模型中添加截止频率为110 Hz的亥姆霍兹共鸣器,发现频率为120 Hz的气流压力脉动幅度被削弱了76%。