发明与专利

一种采用多层绕线线圈的高性能磁致伸缩传感器 【摘要】本实用新型是一种采用多层绕线线圈的高性能磁致伸缩传感器,属于声学传感器技术领域。本实用新型使用永磁铁在传感器附近产生偏置磁场,当漆包线两端加上交变电压时,会在钢绞线上产生交变磁场,由于铁磁材料存在磁致伸缩效应,在钢绞线中会产生局部的机械振动,这种振动会从激励源向两个方向同时传播,根据磁致伸缩逆效应而被接收传感器捕获到。     

电磁屏蔽技术的分析与应用

在对各种性质的干扰源产生的干扰进行理论分析的基础上，对相应的屏蔽措施进行了探讨，以求得到最佳的抗干扰效果。重点讨论了电场屏蔽，高、低频磁场屏蔽和同轴电缆线的屏蔽问题。     

钢管外壁坑蚀内检测的磁放大特性研究

针对利用管道爬行器进行钢管外壁坑蚀的内检测时受管道磁屏蔽衰减的影响问题，研究了管道外壁坑蚀弱磁检测信号的变化规律和增强方法。首先根据磁聚集放大理论仿真研究了不同外形、不同尺寸、不同相对磁导率的磁聚集结构对磁增强效果的影响规律。结果表明，在无磁屏蔽影响的情况下，相对于圆台外形的磁聚集器，锥形结构的磁聚集器具有更优的磁聚集放大效果，其放大倍数可达6.84倍。之后，针对管道外壁坑蚀，仿真了不同大小坑蚀的磁场分布特征。仿真结果表明，管道内壁的磁通密度随管道外壁坑蚀深度的增加而增加。最后，基于钢管对地磁场强度衰减的研究，仿真了磁聚集结构的磁传感器对管外壁坑蚀处的磁场强度增强效果。仿真结果表明，磁聚集结构极大地增强了磁场强度，磁聚集结构的磁传感器可实现高灵敏度、高动态范围的钢管外壁坑蚀探测。     

电磁屏蔽技术的分析与设计

在现实生活中由于干扰普遍存在，人们为避免干扰而想尽了各种屏蔽方法，但效果并不理想。本文在分析各种干扰源性质的基础上，分别对电场屏蔽和磁场屏蔽进行了详细的介绍，以实现最佳的抗干扰效果。最后对电子仪器的屏蔽进行了设计。应用表明，屏蔽具有良好的效果。     

高精度光纤陀螺磁屏蔽技术

针对外界磁场的存在对高精度光纤陀螺的工作性能产生严重的干扰问题,提出了一种对该类磁屏蔽结构设计进行优化的方法,分析了光纤陀螺磁屏蔽结构中各参数对整体磁屏蔽效能产生影响的理论,建立了磁屏蔽结构模型,并主要针对其几何结构参数进行了详细的扫描仿真,最终进行组合优化,使其满足特定指标要求。该方法对光纤陀螺的磁屏蔽结构设计与优化具有一定的参考意义。     

基于扇形MAGFET同步取样模式的CMOS磁敏传感器集成电路

研究了基于扇形MAGFET同步取样模式的CMOS磁敏传感器集成电路,并由0.6μm CMOS工艺实现.该CMOS磁敏传感器集成电路以共源极的扇形分裂漏磁敏MOS管作为磁敏传感单元,使磁敏传感器在参考工作模式和测量工作模式下实现同步取样,测量垂直磁场的同时,实现了在屏蔽磁场的参考工作模式下对磁敏传感信号进行噪声校正的功能.经过集成电路芯片的测试验证,同步取样模式具有较好的噪声校正功能,工作频率为20 kHz时,磁敏传感器的灵敏度为2.62 V/T.     

基于ARM的超磁致伸缩微驱动器的偏置与驱动电路设计

超磁致伸缩微驱动器的工作主要需要提供一个可控的偏置磁场和驱动磁场,前者使超磁致伸缩材料的磁致伸缩特性得到优化,消除倍频效应,后者实现对微驱动器的输出位移控制;设计一个可控电流源,采用悬浮负载功率放大恒流电路,并通过ARM处理器的数模控制,使指定电流通过电磁线圈以产生所需磁场强度;该设计的可控电源,可输出最大±5A的电流,提供给偏置和驱动线圈,实现微驱动器的直观、灵活的控制。     

电磁屏蔽技术的分析研究

在现实生活中由于干扰普遍存在,人们为避免干扰而想尽了各种屏蔽方法,但效果并不理想。电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一,大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决。用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工作,因此不需对电路做任何修改。本文在分析各种干扰源性质的基础上,分别对电场屏蔽和磁场屏蔽进行了详细的介绍,以实现最佳的抗干扰效果。     

电磁屏蔽技术的分析研究

在现实生活中由于干扰普遍存在,人们为避免干扰而想尽了各种屏蔽方法,但效果并不理想.电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一,大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决.用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工作,因此不需对电路做任何修改.本文在分析各种干扰源性质的基础上,分别对电场屏蔽和磁场屏蔽进行了详细的介绍,以实现最佳的抗干扰效果.     

一种用于非屏蔽SERF态原子磁强计的电流源设计

设计了一种用于非屏蔽SERF态原子磁强计的电流源.利用运算放大器和MOSFET构建基本的电流负反馈V/I转换电路,采用高性能元器件降低输出电流纹波,并通过频率补偿的方法使电路稳定.测试结果表明:在恒负载的条件下,电流源的输出范围为0～500 mA,纹波电流小于30.5μA,对应磁场的稳定性优于10 nT,满足非屏蔽情况下原子磁强计利用磁补偿制备SERF态的要求.     

钢缆索材料磁弹效应的材料特性实验研究

钢缆索材料磁弹效应的材料特性是磁弹索力传感器励磁磁场工作点优化的依据,而目前又缺少相关报道。针对此问题,以铁磁材料磁弹效应理论为指导,提出钢缆索材料磁弹效应材料特性研究的实验方案;根据缆索材料式样设计线圈,搭建实验系统,最后针对钢缆索单丝材料完成其磁弹效应的材料特性实验;结果表明:钢缆索材料磁导率随外力增加而减小,在磁化饱和区以内,随着磁场的增加其磁弹效应越强,在磁化近饱和区,磁弹效应最明显,为磁弹索力传感器励磁磁场工作点的优化提供了依据。     

一种超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器

设计了一种新的超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器.该传感器将超磁致伸缩材料在磁场中产生的应力应变传递到声表面波谐振器上,改变其谐振频率,通过对谐振频率的检测进行磁场测量.该传感器可以用于静态和动态磁场测量,并且可用作无源、无线磁传感器.主要分析了该结构用于静态磁场测量的原理,给出了实验结果.传感器谐振频率的变化对于静态磁场变化的灵敏度可达132 Hz/Oe,谐振频率测量分辨率在1 Hz时,磁场测量分辨率可达10-7T数量级.     

旋转磁矢量场发生器研究

为了在实验室环境下对飞行器滚转角测量装置进行调试,研究了一种旋转磁矢量场模拟试验装置;采用ANSYS软件对磁屏蔽筒的屏蔽效应及亥姆霍兹线圈的磁场分布进行了数值模拟,并采用TMS320F2809-100型DSP芯片和TIDSPBIOS实时操作系统实现矢量信号的发生;结果表明:磁屏蔽筒能有效屏蔽外界磁场,产生近似的零磁空间;亥姆霍兹线圈中心区域磁感强度为变化缓慢的均匀区,可作为被测装置的工作区;测量数据与模拟器输出信号的理论值的差值小于6%,DSP的CPU运算能力裕度大于50%;用磁屏蔽筒、亥姆霍兹线圈、矢量信号发生器可以构成用于飞行器滚转角测量的模拟实验装置。     

用磁场极值信号定位磁源的方法与实验

通过数字仿真和实验的方法研究了一种基于等磁场图板值信号的等效磁偶板子（Equivalent Magnetic Dipole,EMD）源重构方法,给出了磁偶板子源位置坐标的计算公式.用磁偶极子源模型产生的磁场数据检验了该方法的源定位精度.结果表明：当阵列测点间距为1mm,令方向磁矩为0时,单磁偶极子源定位的误差小于1mm;双磁偶板子定位误差在,,方向的均值分别为4.6mm,7.8mm,5.3mm.分析了双磁源定位的误差问题,还对用9通道低磁场强度检测实验系统采集的单和双磁偶板子实验数据的源定位结果进行了分析与比较.     

—种超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器

设计了一种新的超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器．该传感器将超磁致伸缩材料在磁场中产生的应力应变传递到声表面波谐振器上，改变其谐振频率，通过对谐振频率的检测进行磁场测量．该传感器可以用于静态和动态磁场测量，并且可用作无源、无线磁传感器．主要分析了该结构用于静态磁场测量的原理，给出了实验结果．传感器谐振频率的变化对于静态磁场变化的灵敏度可达132Hz／Oe，谐振频率测量分辨率在1Hz时，磁场测量分辨率可达10^-7T数量级．     

脈冲偏磁法

由于需要一个频率很高的偏移电流,所以在记录窄脉冲信号时不能利用高频磁化的优点。因为根据高频磁化理论,信息存储体的铁磁材料需在一个衰减的交变磁场中多次磁化。假如,即使只要5～7次就够了,那么,要记录宽度为0.1微秒的脉冲信号,磁化频率就需要50～70兆周,这样就会使写磁头里产生很大的损耗。如果用直流偏磁法,又会使记录的特性变坏。此外,连续编磁(不论是直流或是交流的)有时     

基于磁畴壁的超宽带单向波导

基于磁光材料的磁畴壁,提出了一种新型超宽带单向波导。该波导的基本模型是一个金属-铁氧体-铁氧体-金属构成的多层波导系统,中间两层铁氧体为钇铁石榴石(Yttrium iron garnet,YIG),它们分别处于两个大小相等方向相反的外部静态磁场中。理论分析和仿真结果表明,该波导中除了YIG材料固有的光子带隙之外,还存在一个由有限铁氧体厚度导致的新的光子带隙。两个光子带隙均支持能够免疫散射和背向反射的完全单向电磁模式。该波导系统具有结构简单,免疫散射以及超宽单向工作频带等优点,是实现全光子集成电路的有效途径。     

电磁轨道炮膛内磁场环境仿真分析

为了考察电磁轨道炮膛内脉冲强磁场对智能弹药电子元器件的影响,分析轨道炮膛内磁场环境,提出建立轨道炮发射过程的磁扩散模型,利用COMSOL Multiphysics软件分析发射过程的速度趋肤效应,得到导轨与电枢上的磁场、电流及洛仑兹力分布.根据导轨与电枢上的电流扩散深度,建立轨道炮面电流分布模型,分析膛内智能弹药电子元器件位置处的磁场空间分布规律与时频特性.磁场最大值达2.71T,主要频率集中在5kHz以下低频段.轨道炮膛内磁场的高磁通密度、空间衰减迅速特点及低频特性,对轨道炮膛内磁场屏蔽设计具有指导意义.     

基于能量流的平板远场涡流检测探头研究及优化

针对传统涡流检测由于集肤效应而难以对平面金属导体板材深层隐藏缺陷进行检测的问题,提出了基于远场涡流的深层缺陷检测的磁场能量聚集方法研究。首先,建立了平板导体远场涡流检测模型,仿真分析了各种磁芯与磁屏蔽结构对涡流能量的影响,优化了铁磁性平板导体远场涡流检测系统中的磁芯与磁屏蔽结构。其次,制作了不同材料组合的屏蔽罩,搭建了平板导体远场涡流检测实验台。仿真与实验结果表明：内侧为铜、外侧为硅钢的双层磁屏蔽远场涡流探头结构,在保证具有较近的远场区的前提下,能有效增强间接耦合通道的能量,具有较强的深层缺陷检测能力。     

磁信标的三维磁场计算及优化设计

磁信标定位技术在现代定位领域中显示出越来越重要的作用,为确定磁信标的最佳设计结构,用Comsol Mutiphysics软件对不同结构的磁信标产生的三维磁场进行了有限元分析,讨论了磁信标的材料、结构、形状等参数不同时磁场强度的性能并对其进行优化设计。在此基础上分别研究了单、正交、阵列永磁体磁信标及单、正交螺线管磁信标的场强特性,使用MATLAB软件对不同结构磁信标的场强大小及稳定性进行了仿真模拟,得出对永磁体磁信标来说,正交组合磁信标产生的磁场稳定性更好,对螺线管来说,加磁芯的正交螺线管磁场强度稳定性较好,适用于高精度磁信标定位系统。不同阵列磁信标的最佳基线长度不同,产生的磁场强度约为组合磁信标的倍数,但随着距离的增加磁场变化率较大造成场强分布不稳定,适用于误差容错较高的磁信标定位系统。