一种浅地表探测收发天线的设计分析

通过对浅地表电磁探测系统的探测原理和收发天线的结构及参数研究,分析了频率域浅地表探测系统的工作原理。论证了利用磁场z分量间接探测浅地表地下介质电性结构的可行性。利用MATLAB对发射接收天线进行理论计算,分析了收发天线设计的关键问题;重新设计了探测系统所需的发射和接收天线,采用并联结构使发射天线效率有所提高,接收天线采用8字形结构,从结构上实现一次场的屏蔽,同时,避免了引入参考线圈使结构和计算复杂。通过实际测试,能够辨别出埋藏于土壤9 cm处的2 g电阻率异常体。最后,总结了埋藏深度、有无土壤对探测数据的影响。为浅地表探测天线系统的改进及近地表电磁成像系统研制提供依据及参考。     

基于自谐振恒压钳位的线性快速关断技术（英文）

瞬变电磁法(Transiant electromagnetic method, TEM)以其探测效率高、探测深度大等优点,在中浅层地下探测领域得到了广泛的应用。但由于发射线圈本身的电感特性,导致发射电流的关断时间较长,且发射电流激发的一次场将会淹没含有浅层地质信号的早期信号。针对现有的瞬变电磁发射机存在的关断时间长,大功率发射缺少可靠有效的钳位手段的现状,设计了一种新的瞬变电磁发射机快速关断电路。使用自谐振零电压开关技术向钳位电容充能,同时设置相应的时序控制电路,最终研制完成了基于自谐振恒压钳位技术的瞬变电磁发射机一台。发射机额定发射电流20 A,关断时间从550-50μs连续可调,电流下降过程近似线性,不再按照一阶电路的指数规律下降。与现有的钳位方式相比,这种钳位方式解决了传统瞬态二极管(Transient voltage suppressor, TVS)钳位不能用于大功率场合、故障率高、小尺寸发射线圈电感量不足造成使用储能电容钳位时预充电时间过长的问题。该技术为大电流快速关断提供了一种有效的方法。     

谐振式无线电能传输系统频率跟踪技术的研究

针对SP补偿结构的磁耦合谐振式WPT系统在失谐时造成传输效率降低的问题,通过建立串联-并联等效电路模型,分析SP补偿结构的磁耦合谐振式WPT系统的传输效率,得出当负载电阻较大时发射线圈与接收线圈近似工作于同一谐振点,此时可以通过检测发射线圈逆变器输出电压与一次侧电流相位差或检测逆变器输出电压与接收线圈线圈电流来跟踪系统的谐振状态。采用跟踪逆变器输出电压与一次侧电流相位差的方法,用鉴相器将相位差转化为直流电压信号,采用单片机内置ADC对直流信号进行采样,采用PID算法跟踪系统谐振频率。实验表明:采用的谐振频率跟踪方法取得了很好的跟踪效果。     

一种新型三分量共面线圈系结构研究

针对现有三分量感应测井共面线圈系趋肤效应影响严重和负响应区域较大等问题,提出了一种新的2发射1接收共面子阵列结构,以解析法实现正演模拟,应用层边界的切向连续,引入Bessel函数求解磁赫兹矢势,得到磁场强度的水平分量。推导新共面线圈系视电导率的解析解,对比新共面线圈系与目前共面线圈系在均匀地层中的响应特性和Born几何因子响应特性。分析工作频率、副发射线圈位置和匝数以及比例系数α对新共面线圈系响应特性的影响。结果表明,仪器工作频率越高,比例系数α越大,趋肤效应越严重;副发射线圈匝数越多,接收信号越大。与目前共面线圈系相比,新共面线圈系增大接收信号;减小趋肤效应影响;负响应区域明显减少;井眼影响近似为线性影响。通过分析发射线圈在井眼周围的涡流分布特性,揭示了新共面线圈系减小趋肤效应影响和降低负响应的机理。研究成果对三分量阵列感应测井仪器设计和应用具有重要的理论和实际意义。     

一种时域电磁法剩余油探测装置的参数研究

提出了一种非接触式剩余油探测装置的参数设计方法.通过两种观测装置在均匀介质中时域电磁响应特性的对比,确定了最佳观测装置结构.分析了发射信号脉冲宽度和关断时间对响应信号的影响.研究了发射线圈电性与实际发射波形关断时间的关系,提出了发射线圈参数的选择原则.讨论了斜阶跃波激励下接收线圈的过渡过程,并给出了匹配电阻和接收线圈分布电容的估算方法.根据分析结果最终设计了装置参数并进行了室内实验.结果表明,不论从响应信号幅度还是延迟时间,均可对不同电导率的介质进行有效识别,为今后时间域电磁法剩余油探测的井下实验奠定了基础.     

MCR-WPT系统中重叠阵列线圈的抗偏移特性研究

针对目前无人机的定点降落精度不高,磁耦合谐振式无线电能传输技术在线圈处于非对准的情况下效率会急剧下降。以无线电能传输系统的抗偏移特性为出发点,从耦合线圈的结构和谐振补偿拓扑角度,开展了磁耦合谐振式无线电能传输技术的研究,应用了一种异面重叠的阵列线圈结构的能量传输磁耦合装置。并通过磁通理论分析了该设计结构的可行性,然后通过有限元仿真分析可知,阵列线圈结构的耦合装置使得线圈上方的磁场更加均匀,通过仿真和测试对比在阵列线圈正上方不同位置处的耦合系数,并通过电路仿真在该阵列线圈上方的各种耦合系数下的效率情况,分析可知接收线圈在该阵列线圈上方的耦合系数的变动对整个电路的谐振工作状态造成的影响非常小。搭建的实验系统证明了该系统的恒流输出特性和抗偏移特性。     

基于谐振耦合的电能无线传输系统设计

距离和效率是电能无线传输技术发展的瓶颈,电磁场的谐振耦合技术能够有效的解决这一问题.从谐振耦合的收发线圈电路模型出发,对谐振耦合电能无线传输系统进行了深入研究,发现失谐是系统效率不高的主要原因.进而,设计了一个功率为30W,频率为1 MHz的小功率电能无线传输系统,并且通过对发射线圈的电流检测实现发射源对发射线圈频率的...     

一种新型深海采矿船升沉信号采集系统设计

基于零波面理论，利用超声测距原理，介绍了3点定面测量船舶升沉位移的方法，设计了一种新型深海采矿船升沉信号采集系统。该采集系统采用8051单片机控制超声波的发射与接收，采用RS232与上位微机通讯。提出了提高测量精度的有效措施：合理选择超声波工作方式及工作频率；采用波头检测与零交叉检测技术；提高计数频率，减少计时误差；设计温度补偿电路；用软件补偿电路的时间延迟。     

基于单片机的高精度超声波测距系统

研制了一种收发一体式超声波测距系统,介绍了发射驱动及接收转换电路、随时间变化的自动增益控制(AGC)电路及环境温度补偿电路的电路结构,详细阐述了发射驱动及接收转换电路的工作机理及实现方式,提出了解决收发一体式超声波测距电路难题的新方法,设计的自动增益控制(AGC)电路,有效地解决了回波信号过于微弱而导致系统测量误差加大的难题。在此基础上,设计了相应的超声波测距系统的软件。在实验室对系统进行了实地测试,给出了实测结果并分析了产生误差的原因。实验表明,该测距系统具有较高的测量精度。     

电涡流式微量电子天平的研究

一、引言目前使用的微量、超微量电子天平以磁悬浮式的最为典型,用得也最多,这种天平的电磁补偿式力矩发生器包含磁钢、恒磁回路体、电磁力平衡运动线圈等,同时配有诸如光电式位移传感器之类的平衡位置指示器;无论是补偿式力矩发生器还是位移传感器,其本身都是一套精密的机构。本文提出的一种电磁涡流式微量电子天平,实质上是同时利用电涡流传感器的电磁力学特性和频率位移特性,由电涡流传感器探测线圈与一平面导体组成的系统,同时兼作补偿式力矩发生器和平衡位置指示器,机械结构极其简单,因此,由机械结构引起之误差小,重复性好,可望提高微量电子天平的灵敏度和精度。二、理论分析当电涡流传感器探测线圈靠近一薄平面良导体时,导体面上被激起之电涡流与探测线圈间存在一相斥的电磁力,同时亦构成一典型之位移传感器。如图1所示,设线圈中心与平面     

用于胃肠道微型机器人的组合螺线管式无线能量发射系统研究

为保障胃肠道微型机器人在体内稳定、可靠工作,以扩大无线能量传输系统的工作范围、提高接收能量及其稳定性为目标,研究了新型组合螺线管式无线能量发射系统.通过有限元仿真分析,确定发射线圈的最佳结构及结构参数.基于最小传输能量要求及所提出的发射线圈性能评估指标,优化确定发射线圈的匝数.研制的发射线圈尺寸为50 cm×50 cm...     

电力巡检无人机无线充电线圈场效应分析及优化

针对无人机在电力巡检过程中的续航问题，采用磁耦合谐振式无线充电技术，并设计一种无人机无线充电系统。首先为提高无人机无线充电效率，提出一种适用于无人机无线充电的耦合装置，即采用同心等长螺旋线圈作为发射与接收线圈，并对磁芯进行设计。其次选择LCL-S型拓补结构对系统进行补偿，并建立系统电路模型。最后利用COMSOL有限元分析仿真软件进行验证，包括线圈匝数、线圈间隔对系统的影响，以及同心等长螺旋线圈的抗错位能力等。研究结果表明：通过耦合装置的实现以及合理的参数配置，得到一种传输效率97%的无人机无线充电装置。     

0.5T永磁MRI系统及相关技术的研究进展

发展了一套高性能0.5T永磁MRI系统,包括具有人体尺寸和创新结构的磁体、具有特点的前放、收发开关、RF线圈、有源匀场线圈和主磁场温度稳定系统等。针对该系统,研发了SE、GE、FSE和灌注、扩散成像序列;基于非均匀场理论,发展了反缠绕相位校正、T1和T2值的误差校正等新方法.系统地研究了并行RF线圈的设计和重建算法;完成了介入和手术导航系统的顶层设计及若干关键技术。用QA和QC的规则进行的测量证明,系统达到了预期技术指标。我们在商用设备上开发的SS-FP、扩散谱成像等序列,以及DCE-MRI药物代谢动力学等方法也正在探索如何在0.5T永磁系统上实现的可能性.这些工作扩展了研究项目的内容,提高了研究的整体水平。     

一阶数控球形反馈磁张量梯度仪动态特性研究

磁通门张量探头在非零的地磁场环境下存在稳定性差、非线性误差大等不足。为克服此类缺陷,需采用磁补偿技术使磁通门工作在零磁场环境。以提高磁通门张量探头的探测精度为目的,采用球形线圈及对应的驱动模块作为磁补偿装置,利用一阶数字控制系统的方法建立磁补偿装置的数学模型,并对其进行参数优化实现最优控制。实验结果显示,当带有球形反馈线圈磁通门张量探头的稳态误差在52.56 nT之内时,系统的带宽将扩展至4.75 Hz,该结果能够同时满足磁张量梯度仪的探测精度及带宽要求,提高了其在航空地球物理探测中的应用价值。     

地空瞬变电磁三分量空芯线圈传感器设计

瞬变电磁法(TEM)作为地球物理非地震探勘的主要电磁方法之一,广泛应用于油气、矿产等地下资源探测,采集数据时一般使用线圈传感器。针对现有的TEM单分量线圈传感器存在的反应异常体信息不全面和数据易丢失的问题,本文设计了一个三分量TEM线圈传感器。通过分析传感器灵敏度与线圈结构参数的关系,对线圈结构、匝数等进行了设计;通过分析TEM磁场传感器频率响应特点,采用欠阻尼匹配模式减小信号失真;通过分析磁传感器各类噪声源分布,选定了适宜的放大器,降低了本底噪声。所研制的三分量TEM感应式磁场传感器重量控制在3.2 kg,工作频段为10 mHz-10 kHz,X分量和Y分量的本底噪声保持在■,灵敏度分别为8.4 nT/s和9.8 nT/s,垂直分量的本底噪声达到■,灵敏度为18.5 nT/s。与现有的单分量TEM接收磁场传感器相比,本设计实现了三个分量的信号采集,且在体积和总重量增大不多的基础上,降低了传感器的灵敏度和本底噪声,提高了信号的信噪比。     

多维无线能量传输系统的设计与优化

为实现胃肠道胶囊机器人多维无线能量传输,减小接收线圈的绕制维度、体积与产热,设计了一种双维正交矩形螺线管对发射线圈结构。可通过控制不同组发射线圈的电流来改变合成磁场方向,同时该结构发射线圈内部可嵌入磁芯,其线圈间距也可根据检测者体型灵活调整,减小功率损耗。建立了所构建无线能量传输系统的理论模型,通过有限元仿真验证磁芯对系统性能的提高,最后通过搭建实验平台进行测试,优化了单维接收线圈的参数,同时实验验证了该系统在不同发射线圈间距下的可行性。实验结果表明,在线径为0.05 mm的条件下,所构建系统接收线圈的最佳绕制股数为12,优化后的匝数为120。当发射电压为15 V,发射线圈间距为300 mm的条件下得到的中心最小接收功率为1 578mW,能量传输效率为3.85%。该系统在300～500 mm发射线圈间距下均可满足胶囊机器人的功率需求。     

无线传输系统线圈的仿真模拟

线圈作为无线信号能量传输系统的重要组成部分,其结构属性是影响能量信号传输效率的主要因素.通过建立有限元仿真及Matlab仿真,应用毕奥-萨法尔定律对影响磁感应强度的线圈参数进行了分析,并根据电磁感应基础理论由纽曼公式计算出在一定间距下共轴载流圆线圈间互感系数的表达式,进一步分析了线圈的形状、空间位置以及发射线圈和接收线圈的半径比对互感耦合系数的影响.结果表明,当线圈的最佳半径为线圈间轴向间距值的2倍时,能获得最大的线圈磁感应强度,并利用Matlab遗传算法程序优化,得到了线圈半径和线圈间轴向间距的最优解.     

MEMS陀螺零偏误差补偿方法研究

在高动态、恶劣温度环境下,MEMS陀螺仪零偏不仅受温度变化的影响,同时还受线、角运动等影响,其真实误差是所有因素耦合的结果。针对MEMS陀螺零偏温度和转速非线性耦合误差补偿问题,根据径向基(RBF)神经网络原理,提出了一种新的零偏误差补偿方法,并利用一种隐式结构MIMU对补偿效果进行比较,验证了采用RBF神经网络对低精度MEMS陀螺零偏误差补偿的有效性。     

石英微机械陀螺正交误差补偿研究北大核心CSCD

由于石英微机械陀螺的敏感结构在加工制造时存在工艺缺陷,陀螺会产生耦合误差。耦合误差中与陀螺输出信号正交的误差信号称为正交误差,该误差在陀螺诸多误差中占据主导地位,会严重影响陀螺的测量结果。针对正交误差,简要分析了其产生原因及对陀螺输出信号的影响,提出了一种适用于音叉式石英陀螺的正交校正方法——正交电压补偿法。对于正交电压补偿法,搭建了补偿系统进行了相应的仿真,并制作出样机进行实验。仿真和实验的结果表明该方法可以抑制石英陀螺检测通道的正交误差,零偏不稳定性由补偿前的108.088(°)/h降低到43.815(°)/h,降幅达59.46%,证明了正交电压补偿法的有效性。     

谐振式无线能量传输距离特性研究

谐振式无线能量传输技术是一种利用近区非辐射磁场的强磁耦合实现的无线电能传输技术。文章首先阐述了谐振式的工作原理,然后通过实验研究了系统参数、传输距离与传输功率和传输效率之间的关系,得出:系统的工作频率接近谐振频率就可以获得较高的传输效率,发射线圈和接收线圈之间有个最佳的功率传输距离。