磁传感器阵列技术及其应用

磁测量技术被应用于越来越多领域的同时,单个磁传感器仅能测得被测磁场中某点处有限信息的局限性也逐渐显现出来。为了提高磁测量技术性能,扩大磁场测量的空间尺度和范围,并且实现对磁场信息更深层次、更多视角的利用,磁传感器阵列技术逐渐发展起来。文中基于对磁传感器阵列技术在几个领域应用实例的整理和归纳,总结出磁传感器阵列技术具有测量范围大、准确度高、可靠性好、可与时间和空间进行联合解算等优点,但同时也存在成本高、控制难度大、存在位置校准误差和噪声干扰等不可回避、必须解决的问题,进而展望了磁传感器阵列技术的发展前景。     

磁性目标定位误差分析及修正

磁性目标定位方法在很多领域都有重要的应用价值,如航空磁性探测,地下矿产检测等。当磁传感器与磁性目标的距离足够远时,磁性目标可以等效成磁偶极子,通过磁传感器测量磁场值和磁场梯度值,依据算法得出定位结果,并对定位误差进行了分析,主要是系统误差和随机误差的分析。通过对传感器间距(即基线距离)引起的误差进行分析,提出使用迭代校正方法对误差进行修正,对于磁矩强度为2 Am~2的磁偶极子,在70 cm范围内不同基线距离的梯度传感器通过迭代校正方法可以将误差由10%以上降低到5%以下;通过对磁性目标磁矩方向引起的误差进行分析,提出使用广义逆矩阵法来消除磁矩方向变化引起的盲区问题,由此可以实现无盲区的探测。     

基于振动法的磁记忆检测系统研究与设计

提出基于振动法的金属磁记忆信号检测方法。设计相应的金属磁记忆检测系统,包括带有磁场屏蔽外壳的传感器探头结构、磁记忆信号预处理模块和正交矢量锁相放大模块,并基于 STM32F107VCT6芯片设计下位机模块。利用研制的系统对经过加工的标准试件进行检测,通过测量法向磁场梯度的方法可以检测出试件应力集中区域,验证法向磁场梯度和应力集中系数的关系。     

基于磁敏传感技术的位移测量编码与识别

基于磁敏传感技术的编码式位移测量,存在测量的相对量或绝对量时表征长度受限制等问题,针对这些技术缺陷,提出了一种新型的绝对量编码方法:按编码规则把被测工作部件制作成磁性标尺,经磁敏传感器识别出其编码序列,序列包含数值码和标识码,前者用于磁性标尺的粗定位,后者用于精定位,该方法可以通过调整数值码的位数达到测量任意位移长度的目的,并且得到的是绝对位移值.     

光伏阵列无线传感节点设计及故障诊断应用

针对现有光伏阵列的故障检测方法精度和效率不足且难以定位故障光伏组件等问题,设计了一种基于STM32的光伏阵列无线传感节点及故障诊断系统。该无线传感节点硬件以STM32F103为核心控制器,主要包括主控模块、电源模块、数据采集模块、数据通讯模块;软件端通过自定义通信协议,将测量结果通过ZigBee无线模块对数据帧可靠传输,上位机可监测到逆变器扫描光伏阵列电流-电压(I-V)特性过程中各光伏组件的电压数据。实验中人工模拟了光伏组件常见的阴影、旁路二极管短路故障,通过无线传感节点测得的电压波形,可实现光伏阵列中故障诊断与定位。实测结果表明,该系统可获取逆变器扫描光伏阵列I-V特性过程中组件电压波形,便于运维人员及时准确地定位光伏组件故障。     

基于 J-A 力磁耦合模型的压力磁测系统研究

提出了基于磁机械效应的在役容器压力测量方法,利用磁信号与器壁应力之间存在稳定对应关系,实现非侵入无损检测.采用J-A力磁耦合模型分析了弱地磁环境下钢材磁导率和应力的关系,在理论上证明了利用容器外部磁场测量内部压力的可行性.设计了一套多通道磁信号同步采集系统,能够完成多传感器3个分量的磁信号的同步获取,实验验证了本方法的...     

多激励涡流阵列探头阻抗分析

针对涡流阵列多激励场的理论计算问题,推导无缺陷有限厚无限大平板导体涡流多激励阵列传感器的磁场分布,应用互易定理得到理想裂纹时阵列传感器的阻抗变化解析式,提出阵列传感器线圈单元近似互感的计算式。对双激励、三激励线圈阵列传感器裂纹检测进行阻抗分析,给出了裂纹长度和裂纹中心的近似解。研制涡流阵列无损检测平台,基于实验平台验证了解析解和数值计算结果的正确性。     

基于LMS的环型TMR阵列传感器滤波算法设计

针对环型TMR传感器阵列测量电流时易受外界环境的干扰,提出一种磁阵列自适应测量方法。根据毕奥萨伐尔定律分析环型磁阵列的测量原理。提出了一种基于最小均方根(Least-Mean-Squares,LMS)方法,为磁阵列测得的磁场强度设计自适应滤波算法,即将某一段时间的传感器测量磁场作为输入,并过滤外界的杂散磁场信号,能够实现对外界磁场的自适应屏蔽。进行了数值仿真分析和搭建了实验平台,验证了所提方法的正确性及有效性。     

缺陷漏磁成像技术综述

缺陷漏磁成像技术一直是无损检测领域的研究热点之一,也是铁磁性构件缺陷检测与评估的重要手段。本文从缺陷的漏磁数据可视化、缺陷轮廓的二维漏磁成像以及缺陷的三维漏磁成像三个阶段,对缺陷漏磁成像技术的发展历程进行归纳梳理,详细介绍了各阶段常用的成像方法。并在此基础上,讨论了缺陷漏磁成像技术的研究方向和发展趋势。     

弱磁检测技术研究进展与展望

弱磁检测技术是以铁磁材料力磁耦合效应为原理,通过采集构件表面自漏磁场信号,对铁磁材料的应力集中、早期损伤等进行诊断的无损检测技术。其主要优点包括无需激励磁化设备、无需提前处理构件表面、操作简单等等。梳理了近5年来弱磁检测方法研究进展,总结了缺陷处磁信号描述与计算方法,重点分析了利用弱磁检测技术判断与定位缺陷、缺陷损伤评判准则等方面的主要研究成果,陈述了缺陷定量化反演的进展,最后讨论了弱磁检测技术在工程上的应用现状。基于此,对弱磁检测技术的未来发展趋势进行了展望。     

大功率磁悬浮鼓风机数字功放的仿真研究

大功率磁悬浮轴承鼓风机具有体积小、转速高、可靠性高、噪音低等优点,其功率放大器采用基于现场可编程门阵列(FPGA)的三电平PWM数字功放,应用Matlab/Simulink中基于电力系统模块集库,完成数字功放电路中的半桥电路和电流采样电路的建模,通过植入M函数文件内嵌功能模块模拟了FPGA内部的数据处理流程.仿真与实验...     

基于法拉第电磁感应法的脉冲强磁场测量方法

由大电流对负载高压放电产生的脉冲强磁场磁场强度高,随时间变化剧烈。为解决测量系统不仅要有较宽的量程,还要有很快地响应速度的问题,研究了根据法拉第电磁感应定律,通过线圈感应电动势确定磁通量的变化,进而得到磁场的强度的测量方法。从线圈各匝间的绝缘和多次测量使用考虑,采用了单匝线圈作为测量元件,并通过良好的接地和屏蔽措施提高测量系统的稳定性和抗干扰能力。将磁场测量结果与通过电流计算的理论值比较,误差很小,这验证了方案的可行性。线圈制作简单,只要解决好屏蔽问题,就可以作为一种测量强磁场的有效手段。     

一种Halbach磁体结构同心磁力齿轮传动装置的设计和实现

提出了一种使用Halbach磁体结构产生磁场,并对磁场进行调制的同心磁力齿轮传动装置。该传动装置由机壳、安装在机壳内腔的悬臂式的外转子和内转予组成。内、外转子永磁体之间有调磁环。调磁环由铁心块组成,并固定在机壳的端板上。磁体结构采用Halbach阵列,得到的气隙磁密接近正弦分布。对样机测试后表明,该装置取得了较好的正弦磁场分布、稳定的转速比值和较高的传动效率。     

分段式Halbach阵列永磁同步电机非理想气隙磁场建模分析

Halbach阵列是一种特殊的永磁体充磁方式,可以提供理想的气隙磁密,且转子无需采用铁磁材料。由于定子开槽,永磁同步电机定转子气隙不均,气隙磁密谐波增加,产生齿槽转矩。本文利用子域模型法建立了分段式Halbach阵列永磁同步电机空载磁场解析模型。其解析模型计算结果与有限元结果相比,两者气隙磁密波形吻合较好。该解析模型为进一步研究电枢反应、齿槽转矩等性能奠定了基础。     

计算发电机端部磁场的差分方法

本文用积分方法对圆柱坐标下的微分方程进行离散化。将一个三维的恒定磁场问题化为三个平面问题,使求解简单化。并给出了差分格式。     

基于马鞍形磁场的永磁直线电机位置解算方法

针对直线电机转子位置检测低成本和较高精度的要求,提出了一种基于马鞍形磁场来获得位置信息的方法及实现过程。分析了永磁体表面的磁场分布特征,指出了利用马鞍形磁场分布曲线来解算位置信息的优点,提出了根据马鞍形磁场推算位置信息的算法流程:先测得错开相位的2条马鞍形曲线数据,划分为4个象限后建立数据库;位置检测时,运用区间搜索算法寻得实际角度所在区间;再根据精度要求,采用合适的插值算法计算得到待解算的角度。仿真结果表明:基于马鞍形磁场的位置解算,能较好地得到直线电机转子的位置信息。     

基于FPGA的动植物倍性分析检测系统

针对动植物细胞倍性检测的需求,介绍了一种基于流式细胞术（flow cytometry,FCM）原理的动植物倍性检测系统.该系统以EP1C6Q240C8N现场可编程门阵列芯片（FPGA）为控制核心,整体设计包括光路模块、液流模块、信号采集模块、微处理器控制模块、显示模块以及数据处理软件.系统检测标准微球变异系数值cv=2.67,鸡血红细胞cv=7.55.系统重复性测试中标准微球cv相对标准偏差为2.9％、平均荧光强度相对标准偏差为0.73％,实验表明系统性能稳定.该系统在动植物倍性育种中具有广泛的应用前景.     

含金属异物的无线充电系统场域等效建模分析

无线充电系统中,电能传输遵循发射线圈和接收线圈之间的磁耦合关系。当发射线圈和接收线圈之间存在金属异物时,异物的涡流或聚磁效应将会影响无线充电系统的传输性能与运行稳定性,严重时还会危害充电安全。为了厘清不同材质金属异物对无线充电系统性能的影响机理,有效分析异物的影响规律,迫切需要一种精确的金属异物建模方法,提高金属异物的检测精度。为此,文中计及金属的材质、位置、等效面积等关键因素,提出一种金属异物场域等效建模方法,通过构造金属异物影响下的无线充电系统耦合方程,对比得到异物引入前后发射线圈电流和接收线圈电流间的相位差表达式。在此基础上,进一步提出了铁磁性金属与非铁磁性金属的等效线圈模型及其参数配置方法,可精确得到金属异物介入条件下的电流相位差值。最终通过仿真与实验验证了建模方法的准确性与有效性,为无线充电系统中引入金属异物的特性分析与在线检测提供了一种新思路。     

基于磁探测技术的灌注桩超灌检测系统

检测混凝土界面位置是控制灌注桩超灌高度的关键所在,传统方法凭借人工经验测定混凝土界面位置的误差较大,不能有效地控制灌注高度。针对浇注时混凝土界面难以判别,导致混凝土欠灌或超灌过多等问题。首次提出基于磁探测技术的灌注桩超灌检测方法,首先利用钻孔中不同介质的密度差异设计磁性目标,然后通过测量和处理磁场三分量数据,实现探测混凝土界面位置从而控制混凝土灌注高度。设计了一套基于磁探测技术的灌注桩超灌检测系统,通过室内试验完成测点选择,并将磁性目标比重设计为2.1 g/cm3,报警阈值标定为333 mG。通过施工现场试验验证：系统实现快速检测混凝土界面到达桩基标高和超灌上限位置,准确完成两级预警实现了自动化检测,解决了施工现场混凝土欠灌或超灌过多的难题,有效地减少了混凝土的浪费。