单非晶丝磁芯双绕组新型磁传感器理论与实验研究

采用旋转水中淬火纺丝法制备的钴基非晶态合金丝作为磁敏感材料,提出了一种采用单非晶丝磁芯双绕组结构,多谐振荡桥励磁,对弱磁场进行检测的高灵敏度、高线性度新型磁传感器.通过建立敏感磁芯的理想磁滞回线模型并根据电路理论及电磁场理论,推出了传感器的输出信号与待测磁场、振荡桥元件参数、线圈匝数、敏感磁芯的磁参数及磁芯几何参数的关系,通过实验证实了在传感器线性检测区域内理论结果的正确性,从而为优化传感器性能提供了理论依据.文中给出了研制的磁传感器对外磁场的检测结果.     

磁芯位置对涡电流探头阻抗变化影响的解析分析

本文提出了一种置于两层导体上方的Ⅱ磁芯线圈阻抗解析计算模型。采用解域截取特征函数展开方法进行了求解,最终获得了Ⅱ磁芯线圈阻抗的闭合形式表达式。利用Mathematica软件,在线圈受到频率从100 Hz到100 kHz变化的交变电流激励情况下,计算了Ⅱ磁芯线圈阻抗。获得了线圈置于两层导体上方及置于空气中两种情况下线圈阻抗的变化。为分析磁芯位置对线圈阻抗变化测量灵敏度的影响,在线圈各项参数保持不变情况下,将Ⅱ磁芯线圈阻抗变化计算结果分别与Ⅰ磁芯线圈和空气磁芯线圈阻抗变化进行了比较。结果表明,磁芯形状及磁芯与线圈的相对位置不同,对改变线圈阻抗测量灵敏度的作用也不同。将解析计算结果与Maxwell有限元软件仿真结果进行了比较,二者吻合很好,证明了所提出解析计算模型的正确性。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统频率特性分析

根据等效电路模型得出了影响线圈自谐振时磁耦合无线电能传输系统与外接串联电容调谐时磁耦合无线电能传输系统传输功率和传输效率的因素,分析了这2种系统的频率特性,实验结果表明:线圈自谐振时磁耦合无线电能传输系统没有发生频率分裂现象且具有较大的传输功率,而外接串联电容调谐时磁耦合无线电能传输系统谐振频率受线圈等效并联电容和外接串联电容的影响,导致系统在收发线圈间距离小于某一临界值时发生了频率分裂现象。     

MEMS石英振梁高增益谐振电路的设计与分析

介绍了一种基于新型高阻抗QVBA的高增益谐振电路设计和谐振电路的分析测试实验。利用阻抗分析仪4294A测得石英振梁的等效参数,对石英振梁的电气特性进行分析,发现高阻抗石英振梁起振比普通晶振需要更高增益。基于双门振荡电路,利用运算放大器在开环系统中具有无限增益的理论,提高谐振电路的驱动能力。同时采用谐波抑制网络,指出谐波抑制网络可以抑制无用的频率避免传感器输出信号出现泛音频率,并提高谐振电路的稳频速度。考虑电噪声对输出波形质量的影响,在电路的输入部分采用滤波电容,并在电路的输出部分采用反向器整形,使电路输出标准的方波信号。最后利用安捷伦DSO5012A型号示波器和频率计对高增益谐振电路和石英振梁组成的谐振系统进行测试,测试结果表明本文设计的谐振电路与石英振梁组成的谐振系统可以输出标准的方波信号,输出频率精度达到10-5 kHz,在振动稳定以后频率变化小于0.1 Hz,无泛音频率出现,对研究高精度MEMS加速度计传感器具有重要意义。     

低噪声宽频带感应式磁传感器

感应式磁传感器是频率域电磁（FEM）法中使用最广泛的磁传感器,通常由感应线圈和前置放大器组成,其中前置放大电路是影响磁感应式磁传感器性能指标的核心因素。为了增加感应式磁传感器探测深度和微弱磁场信号的能力,要求前置放大电路具有宽频带、低噪声等性能。基于磁通负反馈的原理,设计并研制了斩波前置放大器,有效抑制了感应线圈的输出噪声,使感应线圈谐振频率两侧具有平坦的幅频特性曲线,拓宽了感应式传感器的响应频带。在屏蔽室内对感应式磁传感器的性能指标进行了测试,其频带范围为0.001Hz～10kHz,输入噪声为3.75nVHz（1/2）,为感应式磁传感器在实际中的应用提供了性能保障。     

非对称磁耦合谐振式无线电能传输系统研究

根据非对称磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效模型,指出了磁耦合谐振式无线电能传输为磁耦合感应式无线电能传输的特殊情况,即磁耦合谐振式无线电能传输只有在谐振频率处才能实现远距离能量传输;给出了抑制频率分裂的方法,即通过调整发射线圈和接收线圈轴线方向的偏转角度和径向距离来削弱互感系数,提高接收线圈的峰值电压;搭建了非对称磁耦合谐振式无线电能传输系统实验平台,实验结果验证了理论分析的正确性。     

磁耦合谐振式无线电能传输拓扑结构研究

分析了4种磁耦合谐振式无线电能传输拓扑结构模型的输出功率、传输效率与频率、负载、距离的关系,得出结论:发射线圈电感电容串联、接收线圈电感电容并联的拓扑结构更适用于低频率、大负载、远距离的情况;发射线圈和接收线圈电感电容均串联的拓扑结构更适用于较近距离、较高频率、较小负载的情况。通过Matlab仿真得出在相同参数下4种拓扑结构模型的输出电压、电流波形,验证了理论分析的正确性。     

硬标签质量参数检测传感器设计及测试

电子商品防盗系统(EAS)中使用的一类硬标签核心电路由磁棒线圈和电容串联组成,LC谐振频率F和品质因数Q值是硬标签关键质量参数。针对该类硬标签参数检测的市场需求和传统双线圈检测方法存在的不足,提出了一种基于互感耦合原理,以亥姆赫兹线圈磁场为激励,采用差分和二级积分电路获取硬标签幅频特性信息的检测方法,搭建了硬标签参数检测传感器电路分析传感器检测F、Q值的理论模型。通过对市售58 k Hz硬标签试验数据的分析表明:该传感器F、Q值的绝对误差分别小于0.025 k Hz和1.3,其谐振频率测试性能明显优于市售EAS频率检测仪(E-X5006AM),性能满足行业测试要求。该传感器可为硬标签生产过程和质量检测提供F和Q值信息,具有行业实际应用价值。     

高频变压器在同步电动机励磁上的应用

针对晶闸管相控整流式同步电动机励磁装置的问题,提出了一种新型的同步电动机励磁电源.对新型励磁电源所用的高频变压器的设计和控制进行了详细阐述,着重从高频变压器的磁芯材料选择,频率确定,绕组计算,软启动策略和以C8051F020为主控制器的电源启动和控制方案,实验证明,新型励磁电源的重量体积小、损耗低,是传统励磁电源的理想替代品.     

谐振式无线供电技术在无线传感网中的应用研究

为了研究无线传感网的磁耦合谐振式无线供电技术,根据电路理论,建立了单线圈发射3个线圈接收的电路模型,同时推导和研究了负载电压、传输效率等传输特性与谐振频率、负载电阻、各线圈间的互感系数的关系。利用传输特性公式,通过Matlab仿真,确定了各线圈的电感值,分析了线圈电感值、传输距离和负载电阻值对传输特性的影响。最后通过无线传感网的无线供电实验验证了理论推导和仿真分析的正确性,为电网的无线传感网的谐振式无线供电技术提供了一定依据。     

基于Ansys有限元法的电涡流位移传感器分析

为了满足磁悬浮飞轮系统高精度的位置检测要求,必须进行传感器性能的分析与设计。从涡流传感器的原理出发,利用Ansys软件进行有限元建模仿真,得到涡流传感器的阻抗与检测距离的关系,从而可得到经过测量电路后的输出电压受位移变化的影响。按照线圈仿真模型和电路中各元件的参数制成实际的传感器线圈检测回路,实验结果与仿真结果的一致性表明:基于Ansys的有限元分析法对涡流传感器设计有重要指导意义。     

基于阻抗原理的磁弹性传感器测试仪设计

设计了一种基于阻抗原理的磁弹性传感器共振频率测试仪。系统集成了微控制器、交流激励信号发生单元、直流偏置信号发生单元和有效值检测电路单元,并通过RS-232串口总线实现与上位机之间的通信。交流激励信号电路采用压控电流源方式,避免了线圈阻抗变化对交流激励电流的影响。实验结果表明：测试仪可以快速检测磁弹性传感器的共振频率,稳定性好,精度高,系统操作简单,集成度高,能够满足磁弹性传感器研究中的检测要求。     

管道机器人无线发射装置磁场分布研究

针对管道机器人无线通信定位精度低和距离近的问题,提出一种管道机器人发射装置的并行多级线圈结构,提高空间中电磁线圈的磁场发射强度.利用ANSYS对不同匝数的单级线圈进行仿真,仿真结果表明在线圈激励电压一定的情况下,线圈产生的磁场的强度与线圈匝数无关;在符合技术等指标要求下,线圈的产生的场强大小与线圈的级数成正比关系.     

涡流传感器线圈的阻抗分析法研究

针对涡流传感器的线圈阻抗值分析法问题,提出了理论计算和有限元法2种方法。介绍了线圈阻抗的级数表达式。在解析型设计的基础上,以厚度为S的线圈为求解对象,建立有限元模型,通过有限元仿真得到传感器磁力线分布和线圈阻抗图。最后将仿真结果与理论推导结果相对照,结果表明:仿真结果与实际传感器的特性是吻合的。     

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.     

低频振动能量收集装置的设计和数值模拟

针对低频振动条件,设计了一种高效的振动能量收集装置。该装置形成闭合磁路,大幅度提高了能量获取能力;同时利用多齿结构,提高装置中线圈磁场变化的频率,使其适应于低频振动环境。论文在介绍了装置的结构和工作原理后,借助Ansoft Maxwell软件进行了数值仿真。利用静态仿真对比了不同相对磁导率的导磁材料以及不同气隙宽度对线圈最大磁感应强度的影响;利用动态仿真给出感应电压和能量损耗。根据仿真数据计算了该振动能量收集装置在1 Hz低频振动下所能达到的最大平均功率,该功率远高于已见报道的同类装置的功率值,表明该装置能为无线传感器网络节点供电。     

磁谐振无线电能传输负载自适应阻抗匹配研究

针对磁谐振无线电能传输(MR-WPT)系统的负载改变时,现有阻抗匹配方法不能自动调节负载阻抗,导致系统电能传输效率降低的问题,提出了一种MR-WPT系统负载自适应阻抗匹配方法。为利用高频化提高MR-WPT系统的电能传输效率,选用E类功率放大器作为高频逆变电路。在磁谐振装置和负载之间加入DC/DC变换器,当负载阻抗变化时,通过调节DC/DC变换器的占空比将负载电阻变换到最大效率传输电阻,从而确保MR-WPT系统始终以最大效率工作。仿真和实验结果表明:所提出的阻抗匹配方法切实可行,能够优化MR-WPT系统的传输效率,输出功率为3.5 W时,传输效率达35%。     

磁通门铁芯涡流效应磁场计算与HSPICE仿真

在交变磁场下,针对铁磁材料中涡流效应对磁滞回线的影响在传统分析计算中存在的难题,提出一种基于HSPICE的磁通门铁芯涡流磁场计算和仿真方法.磁通门铁芯用考虑磁滞现象的Jiles动态模型描述,运用欧姆定律和毕奥-萨伐尔定律得到涡流产生的寄生磁场,再将寄生磁场与激励磁场叠加代入Jiles动态模型,即得到涡流对磁滞回线影响的数学模型.最后,利用HSPICE进行仿真验证,结果表明:在0.5 Hz、50 Hz、200 Hz和500 Hz 4种不同频率电压源激励下得到的铁芯磁滞回线波形,与实验结果拟合较好.     

基于三维有限元的电涡流传感器结构的仿真研究

本文针对当前普通电涡流传感器存在的两个弊端着手,提出了一种新的设计方案：在空心线圈中加入了一种U型铁氧体材料的磁芯,并利用电磁场计算软件ANSYS,在其环境下建立了三维模型（three—dimensional model）,通过划分网格、加载边界条件等计算出了其磁场能量值。通过与条型磁芯在数值上和图形上的直观比较,表明了在普通电涡流传感器中加入U型磁芯的优越性。文章最后还对U型磁芯应用于曲面检测时的情况做了实例分析,验证了U型磁芯的实用性。为电涡流传感器的优化设计提供了参考。     

基于FPGA的便携式VI曲线航空电路板测试装置

目前对便携式VI曲线航空设备电路板测试装置的研究较少,不能满足外场环境下的应急测试需求;针对这一问题,提出了一种放置于手提式机箱中的便携式VI曲线电路板测试装置的设计方案,以FPGA为主控器件设计测试板件,以给定程序可调的激励信号、采集在各种激励信号下的电流信号、并把电压电流数据通过USB接口传送给上位机,上位机采用迷你工控机进行设计,在接收到电压电流数据后,进行数据处理并在显示屏上实时绘制相应的以电压电流为横纵坐标的图像信息;试验结果表明,针对不同类型的阻抗元件,装置可以绘制出相应类型的VI曲线,从而识别出元器件的不同状态;装置小巧轻便,操作简单,可以运用于外场机载电路板件的测试诊断。