微型磁通门的优化分析与性能测试

对铁芯结构的改进有利于满足微型磁通门传感器降低功耗的要求,但不同的拓扑结构所取得的效果不同,为此对铁芯结构进行了优化分析,并采用MEMS工艺制备了不同铁芯结构的微型磁通门进行性能测试与对比验证.测试结果表明,优化后的多孔铁芯结构能更好的降低微型磁通门传感器的功耗与噪声,提高灵敏度,改善器件的整体性能.     

低功耗微型磁通门的制备与分析

针对微型磁通门传感器降低功耗的要求,利用标准MEMS工艺制备了具有多孔结构铁芯的微型磁通门传感器.经过对器件的测试与分析,这一结构的铁芯能够降低器件功耗,提高传感器的整体性能.通过比较不同多孔铁芯对磁通门最佳激励电流的影响,综合考虑器件性能和制备工艺的要求,确定了最佳的设计参数.     

微型磁通门传感器的低功耗结构设计

微型磁通门的功耗是影响其整体性能的关键因素.要降低功耗必须保证器件的薄膜铁芯能够在较小的激励电流下进入饱和状态,为此,可以通过降低铁芯的饱和磁场强度Hs来实现这一目标.设计了一种具有多孔结构薄膜铁芯的微型磁通门,经过有限元仿真分析发现,多孔结构能够降低磁通门铁芯的饱和磁场强度Hs,从而获得较小的饱和激励电流,在保证微型磁通门灵敏度的同时,有效降低器件功耗.     

微型磁通门性能指标的综合测试与分析

对铁芯结构的改进有利于提高微型磁通门传感器的性能,采用MEMS工艺制备了多孔铁芯结构微型磁通门,并对所制备的微型磁通门进行主要的工作参数和性能指标的综合测试,分析了激励电流和激励频率对灵敏度、线性范围、噪声、剩磁误差等性能指标的影响规律.对实验结果的分析结论为传感器选择合适工作参数提供了数据支持.     

长条形阵列铁芯磁通门性能研究

为了提高微型磁通门传感器的性能,改进铁芯结构,基于MEMS工艺制作了35组不同结构的长条形阵列铁芯。利用双铁芯线圈结构磁通门对制作的35组长条形阵列铁芯进行了磁通门性能指标的测试,分析了长条形阵列铁芯排列密度以及单条铁芯宽度对磁通门最佳激励电流、线性范围、灵敏度以及噪声的影响规律。研究结果表明,当单条铁芯相邻宽度为35μm以及单条铁芯宽度为60μm时,长条形阵列铁芯的磁通门综合性能指标优于传统薄膜铁芯的磁通门性能。     

微型正交激励磁通门结构设计

利用三维电磁场仿真软件对线-芯结构微型正交激励磁通门进行了仿真分析。研究了不同频率下激励线宽度、铁芯宽度、激励线厚度、铁芯厚度等磁通门结构参数对铁芯饱和情况的影响。以减小激励电流、降低磁通门功耗为目标,讨论了采用线-芯结构的微型正交激励磁通门所应选择的结构尺寸。采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)工艺制备了这种结构尺寸的微型磁通门传感器并对其进行了测试,采用尖脉冲激励时,其可以以1.7 mW的超低功耗得到91.6 V/T的输出灵敏度。     

基于多孔铁芯的微型磁通门低功耗技术研究

微型磁通门的功耗主要由最佳激励电流决定,多孔结构铁芯能够减小微型磁通门传感器的最佳激励电流,从而有效降低功耗。采用Magnet有限元仿真软件,建模分析多孔结构铁芯对微型磁通门最佳激励电流的影响,并总结了相关规律,结合MEMS的工艺,对孔的尺寸做出了设计。将实测结果和仿真结果进行对比,验证了这一规律的有效性,从而能够较好的估算孔的尺寸对最佳激励电流的影响,为模型的进一步完善和微型磁通门的结构设计提供理论和实验依据。     

双分量环形磁通门测斜传感器测量原理分析

在地下勘测,钻井探矿等领域,需要测斜仪对钻头的姿态进行精确定位与控制,实时监测地底下钻头的姿态变化。现有的测斜仪通常为三分量磁通门传感器与三分量加速度传感器相结合,其结构复杂,且磁通门传感器与加速度传感器的轴向要求方向一致,因此需要人工调节与算法调节,加大了前期传感器布置与补偿的计算难度。本文研究了新型测斜传感器,采用环形铁芯设计和铁芯不固定的方法,设计了双分量环形磁通门传感器,并通过铁芯与磁通门传感器的敏感轴方向上磁通量之间的角度关系,通过三维坐标轴旋转计算得出测量被测物体的俯仰角等姿态变化。经过试验表明,新型测斜传感器能对物体的姿态角进行精准测量,精度高,且省去了加速度传感器,简化了传感器结构和测量参数,并且简化了角度测量算法与正交度补偿算法。     

基于磁场积分方程法的磁通门瞬态分析

利用静态积分方程法来分析设计磁通门,虽然能够使计算时间大大减少,而且在精度方面也可以达到磁通门的要求,但是静态积分方程法没有准确考虑频率的影响,只能对磁通门进行准静态分析,而对磁通门进行瞬态分析的问题未能得到解决。本文根据磁通门铁芯特点,研究了基于磁场积分方程法的磁通门准静态分析模型,在此基础上,对其数学模型改进,建立了可以对磁通门进行瞬态分析的数学模型。最后以长条形磁通门为例验证了模型,仿真与实验结果符合良好。     

基于Magnet-MATLAB的微型磁通门联合仿真研究

针对Magnet在微型磁通门仿真分析时时间过长的问题,提出了一种将Magnet与MATLAB联合进行仿真分析的方法.基于Magnet建立磁通门探头3D模型,经仿真计算,得到被测磁场对应的感应线圈磁通;联合MATLAB将得到的感应线圈磁通转换为等效的小电流,经与激励电流叠加后,通过软件Flux提供的公式分别计算出受被测磁场影响下感应线圈磁通的变化情况;总磁通对时间求导,获得感生电压.在微型跑道型铁芯磁通门条件下,通过对Magnet仿真与Magnet-MATLAB联合仿真的计算结果比较表明:当外磁场小于5 μT时,2种仿真磁通门输出信号最为接近;与对全模型采用Magnet仿真计算用时超过30 h相比,联合仿真计算时间大幅减小,不超过10 min.     

基于类桁架的多工况下平面Prager结构拓扑优化

为开展多工况下曲面结构的拓扑优化,采用两向正交类桁架连续体材料模型和有限元分析方法,以杆件在结点位置的密度和方向为优化设计变量进行结构优化。根据有限元分析结果,采用满应力准则法优化各单一工况下的材料分布。按照多工况与各单工况下材料的方向刚度最大值的差值最小为原则,优化多工况下的杆件方向和密度分布。将杆件竖直位置的质心连线作为拓扑优化的平面Prager结构,以3个算例表明该方法的有效性。     

基于无网格局部Petrov-Galekin法的板结构拓扑优化

为将无网格法的优势集成到结构拓扑优化中,基于无网格局部Petrov-Galerkin(Meshless Local Petrov-Galerkin,MLPG)法进行板结构的拓扑优化.基于带惩罚的各向同性固体微结构(Solid Isotropic Microstructure with Penalization,SIMP...     

基于Inspire的一体式复合支架拓扑优化设计

针对发动机悬架与发电机支架集成的一体式复合支架轻量化设计问题,采用solidThinking软件中的Inspire模块,基于变密度理论,以支架刚度和模型体积为优化目标,以设计空间的单元相对密度为设计变量,以模型振动频率和厚度为约束条件,对复合支架进行拓扑优化设计。在保证支架结构强度可靠性的前提下,优化后复合支架的质量减小、1阶模态频率提高。     

基于声灵敏度的车身拓扑优化

为探讨板件结构对车内噪声的影响,建立某商务车的白车身有限元模型,分析其模态和车身声灵敏度,确定对汽车低频振动和噪声影响较大的板件;结合变密度法在整车环境下对板件进行减振降噪的拓扑优化,根据拓扑优化结果对板件进行结构修改. 优化后的车身声灵敏度曲线与原车身声灵敏度曲线相比,低频范围内的峰值都有不同程度的降低,表明结合整车动态响应的汽车板件结构拓扑优化可以有效降低车内低频振动噪声.     

微陀螺仪特征频率分析及结构参数优化

应用Coventorware软件系统模型的方法对一种振动板式微陀螺仪进行了特征频率分析和结构参数优化,研究了静电压对特征频率的影响。并用有限元分析方法进行了验证,比较了两种方法的差别。     

基于粒子群算法的测井岩心深度自动归位研究

为解决传统岩心深度手动归位不准确、主观性强等缺点,提出了一种利用粒子群算法实现岩石物理实验数据深度自动归位的方法。基于同一深度的测井参数与岩心的物理试验数据具有相关性这一事实,以测井曲线深度为基准,寻找岩心深度全局位移最小、数值变化趋势对应性最好的优化算法。实验表明：用粒子群算法可以快速有效地实现以测井曲线深度为标准的岩心深度自动归位。     

基于子结构和模式重复的地铁车辆座椅支架 拓扑优化

针对地铁车辆座椅模型加载范围广和座椅支架结构对称的特点,在进行地铁车辆座椅支架拓扑优化时,采用SIMP理论建立数学模型,同时引进子结构和模式重复方法,优化得到符合设计要求的结构。对比结果认为：优化后的地铁车辆座椅支架质量减轻49%,地铁车辆整体的强度性能增强,可达到地铁车辆座椅支架轻量化的目标。