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。     

临床应用方形与圆形亥姆霍兹线圈对比研究

为了实现胶囊机器人临床应用,需要设计一种大尺寸的三轴亥姆霍兹线圈,根据圆形和方形亥姆霍兹线圈的结构与物理特性,建立满足人体容纳空间的三轴亥姆霍兹线圈电磁模型,分析了空间磁场的均匀度。以总视在功率为目标函数,通过序列二次规划法对方形和圆形线圈结构参量进行优化和对比,研究结果表明:在中心磁感应强度、内部有效容纳空间和通入交流电流相同时,方形线圈总视在功率最低、均匀度更高,易于装配,总体性能更好。     

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,验证结构优化的可靠性。结果表明:当辅助线圈距离为70 mm时,中心磁场强度最大;安匝数相同时,磁场发生装置的中心磁场强度要明显高于亥姆霍兹线圈,最终优化后的磁场发生装置中心磁场强度可达到1.37 T,磁感线分布更加均匀、密集。该仿真结果能够对磁场发生装置结构设计与工作特性分析提供参考,缩短了磁场发生装置设计成本与开发周期。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Uniformity condition for a rectangular field coil with a split winding

A generalized Helmholtz condition for field uniformity is derived from the closed form solution of the magnetic field in a multilayer rectangular coil pair as a function of coil dimensions and pair separation. The relation among the dimensions satisfying this condition is found and plotted in parametric form for single layer coils and for a multilayer coil with a specific winding thickness. For square coils of cross section small compared to their mean radius, the gap separation approaches half the coil radius, analogous to the classical condition for circular coils. Comparison between theoretical and measured values for tolerances within +/-5% of the field at the system center agree within a 6% maximum deviation. For the experimental coil, the area enclosed by the +/-5% contour was 58% of the area of the full coil.     

线性测微电感的精化

为提高测微电感传感器的测量精度,提出了基于赫姆霍兹线圈理论设计螺线管线圈的方法,改善了螺线管线圈内轴向上磁场的分布均匀性。首先,分析了螺线管线圈模型,建立了螺线管线圈参数与轴向磁场强度分布相互关系的广义函数模型。然后,通过线圈与磁芯的尺寸确定了系统轴向磁场强度分布函数模型,结合磁芯移动区间范围设置磁场均匀度最小误差目标函数,通过对目标函数寻优得到各螺线管线圈的各项参数。最后,搭建了测微电感传感器的测试系统,测试了传感器性能。实验结果表明:与传统线圈相比,改进型螺线管线圈在100μm测量范围内的线性度由0.46%提高到0.30%。实验显示通过对不同规格的螺线管线圈进行组合,可使得螺线管内轴向上磁场强度分布均匀,从而提高了测量精度。     

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。     

基于Comsol的矩形磁控溅射靶磁场模拟与分析

磁控溅射靶表面磁场分布与靶材刻蚀特性、薄膜沉积均匀性密切相关.为确定合适的磁控靶结构参数以改善靶材表面水平磁场分布均匀性,采用Comsol软件建立矩形平面磁控溅射靶三维模型,对靶材表面磁场分布进行模拟与分析,研究永磁体结构尺寸和磁轭尺寸对磁场分布的作用规律,得到靶材表面水平磁场分布均匀、水平磁感应强度范围合理的溅射靶结...     

Note: design of a novel rotating magnetic field device

A novel device to produce a rotating magnetic field was designed, constructed, and tested. The system consists of a Helmholtz coil pair which is mechanically coupled to a dc electric motor whose angular velocity is controlled. The coil pair generates a uniform magnetic field; the whole system is rotated maintaining the coils energized using brushes. The magnetic field strength is uniform (≈5.8 mT) for a workspace of about 100 mm along the rotation axis. The system remains free of undesirable high amplitude mechanical vibrations for rotation frequencies below 10 Hz. We verified the performance of the apparatus by conducting experiments with magnetic swimmers.     

磁靴开孔对磁场影响的理论计算与实验研究

为满足实验要求 ,必须在产生均匀磁场的磁靴上开一个观察孔 ,这样磁场均匀度势必会受到影响。本文介绍了均匀磁场的设计方法并进行了具体设计 ,对开孔带来的影响进行了数值模拟。利用有限元法分析了磁场均匀性与边界条件之间的关系并给出了具体的磁场分布数据表图。在理论分析的基础上 ,进行了实验验证 ,最后得到了满足设计要求的均匀磁场     

超磁致伸缩换能器驱动磁场均匀性的研究

给出超磁致伸缩换能器驱动磁场均匀性概念后,论述了超磁致伸缩换能器驱动磁场宜用电磁感应强度表示。建立了ANSYS2D有限元模型,分析了超磁致伸缩棒、线圈长度、磁路闭合与否、补偿线圈等对磁场均匀性的影响,得出了明确的结论。该分析结果已经用于指导超磁致伸缩换能器的设计,取得良好的效果。