特种电抗器磁场分布与电感的有限元分析计算

研究输电线路中电抗器优化问题是提高输电效率的保证.为了克服传统数学物理方法计算电抗器电感量的繁琐和精度不高的缺点,同时直观地描述电抗器周围磁场的分布,针对特种水冷磁屏蔽电抗器,为保证输电系统的可靠性和电抗器的精确性.采用ANSYS软件仿真电抗器产生的磁场分布,并采用能量法计算出电抗器线圈的电感值.实验结果表明,ANSYS软件仿真电抗器磁场分布非常形象准确;计算电感值相当精确;能提高设计效率,有效降低研发成本,具有良好的工程应用价值,给出三维电磁场分析中建立双层空气模型的新方法,为设计提供了科学依据.     

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.     

基于矩形线圈水平分量磁场分析的脉冲漏磁检测研究

针对铁磁性材料金属的缺陷检测,提出了一种基于矩形线圈水平分量磁场分析的检测方法.在涡流和漏磁理论基础上,建立了矩形激励线圈检测仿真模型.仿真表明:矩形线圈的下方水平磁场平整,当线圈轴线与缺陷方向垂直时,线圈底部水平分量的磁场与缺陷形成90°夹角.在铁磁性金属材料中,铁和空气介质处相对磁导率不一致导致磁场的偏转,产生了较强的漏磁场.在非铁磁性金属中,磁感线在缺陷处分布较为平滑,并不存在漏磁现象.搭建了检测平台,并分别在缺陷边缘和上部放置了Hall和GMR巨磁阻传感器进行检测.实验结果表明:在铁板表面,z分量磁场是涡流场和漏磁场的矢量叠加,磁场强,但与缺陷深度并没有线性关系;x分量磁场是单一的漏磁场,与缺陷深度存在线性关系,可以对缺陷进行定量分析.     

质子磁场传感器类方形线圈结构参数设计

为提高质子磁场传感器输出信号幅度和信噪比,论文提出了一种针对质子磁场传感器的类方形电感线圈结构。在传感器腔体内径限定的约束条件下,以感应电动势幅值最大化为目标,对类方型线圈和圆形线圈的结构参数进行优化设计,计算线圈尺寸参数;根据计算结果,利用COMSOL软件建立线圈等效仿真模型,得到线圈内部磁场参数,结合实际制作的线圈电感量,理论计算得出类方形线圈接受的感应信号幅度比圆形线圈高1.59倍的结论;对比实验结果表明类方形线圈感应信号的幅度是圆形线圈的1.43倍,且感应信号的信噪比提高了3.1dB。     

振动能量收集中的动态效率优化神经网络算法应用

动态效率优化神经网络算法(DEONN)的提出旨在提高振动能量收集设备的能量转换效率。DEONN利用深度学习技术,结合多层感知器架构,优化了发电机的关键组件(电枢、换向器、刷子、磁场及外壳)参数,提升了能量转换效率。开展实验实现该算法预测不同运行条件下的电机效率,具体为通过建立一个包含隐藏层的神经网络,输入转速、负载电阻和线圈数等特征,预测不同工况下的电机效率。实验结果表明,实测效率与预测效率具有高度一致性,预测效率为88.5%,验证了DEONN在预测发电机的转速、负载电阻和线圈数等关键性能参数方面的有效性。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统传输特性研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统中线圈参数和负载电阻改变对系统传输性能造成的影响,利用两线圈结构的MCR-WPT等效电路模型,推导了系统输出功率和效率表达式,分析了线圈互感、负载电阻与系统输出功率和传输效率的关系,以及线圈线径、匝数与互感的关系;借助COMSOL有限元仿真软件建立线圈三维模型,并搭建多组两线圈MCR-WPT实验系统对理论分析结果进行了验证.研究结果表明:通过增大收发线圈线径和匝数,可以提高系统输出功率和传输效率,但与线圈线径相比,线圈匝数对传输效率的影响更为明显,而且随着匝数的增加,系统会在更远的传输距离处取得输出功率最大值;随着负载电阻不断增大,系统输出功率和传输效率都呈现先增加后减小的趋势,证明了系统的输出功率和传输效率均存在最大值,但系统输出功率和传输效率达到最大值时的最佳负载不同,即不存在可使输出功率和传输效率同时取最大值的最优负载电阻.     

圆形磁耦合截面构建的新型时栅位移传感器

现有磁场式时栅位移传感器暴露出机械加工齿槽等分性差和线圈绕制参数一致性差,导致耦合磁场形成的电信号质量较差的问题.针对以上问题,提出了一种以圆形截面铁磁材料替代传统类矩形截面铁磁材料构建耦合磁场形式的传感器设计方法,该方法采用标准件作为基本阵列导磁单元,并以定制的精密线圈绕组设计一种新型的变磁阻式时栅位移传感器.文中首先利用有限元软件ANSYS Maxwell对理论模型的可行性进行了仿真验证,然后通过精度实验获取了误差范围在±1.3"内的误差曲线,仿真与样机实验验证了新型传感器设计方案的可行性.该方法的应用规避了传统的线切割开槽绕线的机械加工形式,可以在有效提高电信号质量的同时大大提高了时栅的生产效率,有利于时栅位移传感器产品化进程的推进.     

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.     

电磁超声换能器线圈设计与提高换能效率研究

提出了一种提高电磁超声换能器EMAT(Electromagnetic Acoustic Transducer)换能效率的方法,首先,在COMSOL Multiphysics软件中建立了电磁超声无损检测激发探头有限元模型,然后研究了电磁超声换能器中双层叠加螺旋线圈的基板厚度、铜箔厚度以及提离距离对换能效率的影响.结果表明:减小基板厚度以及提离距离,增加线圈铜箔厚度可以提高EMAT换能效率.最后通过实验进行验证,仿真结果与实验基本一致.     

基于平面微带线圈无线电力传输效率研究

磁耦合谐振式无线能量传输技术主要是由谐振频率相同的发射线圈和接收线圈构成,在近距离范围内,当工作频率等于发射和接收线圈的谐振频率,线圈之间通过磁场耦合谐振的作用完成能量的传输,是电力传输领域的一个全新的技术方向。在本文中,磁耦合谐振无线能量传输系统由印制在两块FR-4基板上的微带线圈组成,且谐振频率为13.56 MHz的微带线圈分别印制在每块基板的两面。根据FITD(Finite-Integral Time-Domain)算法对磁耦合谐振无线能量传输系统模型进行仿真与分析,在13.56 MHZ的频率下,磁耦合谐振无线能量传输系统的传输效率最大可达到64%。在构建无线能量传输平台后,通过实验测得传输效率可以达到54%。     

Mach-Zehnder干涉仪测量磁场对比研究

利用铽镝铁大磁致伸缩材料制作的保偏光纤换能器,并对Mach-Zehnder干涉仪进行了改进,增加了环型共振腔,从而有效提高了磁场的感测效果。对有共振腔与无共振腔干涉仪在测量磁场信号进行对比研究,发现信噪比提高12.2dB。对共振腔在光路中的前后位置对比研究,发现共振腔在光路后端能更有效地测量磁场。     

基于双芯光纤滤波器解调的光纤光栅电流测量

利用光纤光栅(Fiber Bragg grating,简称FBG)、超磁致伸缩材料(Giant magnetostriction material,简称GMM)和基于双芯光纤滤波器的解调系统实现了交流电流的测量。在介绍超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应、光纤光栅检测电流原理以及双芯光纤滤波器解调原理的基础上,借助超磁致伸缩材料和光纤光栅等构建了电流测量单元。利用设计的电流测量单元,在施加0～4.5A(50Hz)范围的交流激励电流时,经基于双芯光纤滤波器的解调系统解调,验证了采用该方案检测电流的可行性。     

考虑磁场分布的精密磁致伸缩驱动器的涡流损耗特性研究

为了准确的计算棒状超磁致伸缩材料GMM(Giant Magnetostrictive Materials)的涡流损耗特性、提高控制超磁致伸缩执行器的位移精度,建立了考虑集肤效应的GMM棒涡流损耗模型.首先从麦克斯韦方程入手,推导出了棒状GMM的传统涡流损耗公式,接着讨论了集肤效应对于GMM棒内部磁场分布的影响,建立了考虑集肤效-应的棒状GMM涡流损耗公式,最后通过comsol多物理场有限元数值分析法及实验分析了GMA的温度特性.通过与传统涡流损耗对比可知,在低频时两种方法得到的结果基本一致,而在中高频时考虑集肤效应的涡流损耗公式可以更加准确的计算棒状GMM的涡流损耗.研究成果对提高GMA的控制精度、推进涡流损耗的研究具有重要意义.     

螺管线圈传感器的线性范围研究

应用数值分析方法,研究了通电螺管线圈的绕制螺距与螺管线圈内部磁场感应强度分布之间的对应规律;提出采用按特定规律的变螺距螺管线圈,而不用传统均匀密绕的螺管线圈,电感位移传感器的线性输出范围与螺管线圈整体长度之比可以加大。实验结果证明:用最优化方法设计的变螺距线圈,使电感传感器的有效线性输出范围得到了显著的提高。     

基于流-热耦合模型的GMM智能构件温升控制系统设计

热效应对超磁致伸缩执行器中超磁致伸缩材料性能产生非常大的影响,从而影响超磁致伸缩执行器的定位精度;提出一种简化的强制水冷策略保证磁致伸缩材料温度恒定;同时建立了超磁致伸缩材料智能构件流-热多场耦合的有限元模型,运用COMSOLMultiphysics 3.4软件对模型进行仿真,仿真结果验证了模型的正确,进一步的实验结果证实了提出的温度控制策略的有效性。     

基于粗集的规则简化方法

鉴于实际应用中经常能遇到噪音的问题,本文通过对粗集方法的应用研究,提出规则的广义极大化方法,同时还提出了广义极大极小规则转换模型GMM.实验结果表明,采用该模型简化决策树规则既能简化单个规则,又能减少规则的总数量,更能排除数据中噪音的干扰,提高规则的分类精度.     

基于颜色和纹理的皮肤检测方法

提出一种新的基于颜色和纹理特征的皮肤检测方法,应用JSEG算法将图像分割成任意形状的相似图像区域集,然后从中提取颜色特征和纹理特征,最后应用高斯混合模型（Gaussian Mixture Model,GMM）,并根据一定的判断准则（综合考虑颜色特征和纹理特征）进行皮肤和非皮肤区域分类．     

基于高斯混合模型的自然环境声音的识别

提出了一种基于高斯混合模型（GMM）的自然环境声音的识别方法。提取Mel频率倒谱系数（MFCCs）来分析声音信号;对于每种声音使用期望最大化算法基于MFCC特征集建立高斯混合模型;使用最小错误率判决规则和投票裁决的方法进行识别。使用GMM对36种自然环境的声音进行识别的正确率可达95.83%,且识别效果优于K最近邻（KNN）。     

基于GMM的文本规则挖掘的粗糙集方法研究

领域文本具有结构复杂、相似性高以及动态变化等特点,且存在着连续型与离散型并存的混合数据,这在一定程度上限制了知识发现方法对文本规则的挖掘效率。针对这一问题,该文提出了基于GMM与粗糙集的文本规则挖掘方法。该方法首先根据目标数据的属性类型构造信息表;然后利用高斯混合模型(GMM,Gaussian Mixture Model)聚类算法对连续数据进行聚类划分,依此对数据进行离散化及状态约简,并生成决策表;最后利用粗糙集理论对决策表进行属性约简,通过约简表对决策规则进行提取。实验结果表明: 相比于传统的方法,该文方法拥有更高的抽取精度以及较强的属性约简能力,其信息抽取的平均准确率与F₁值能够达到95.0%和95.7%。     

空间约束混合高斯运动目标检测

目的 针对传统混合高斯模型前景检测运算量过大问题,提出一种基于空间约束的混合高斯前景检测算法。方法 通过快速初始化缩短模型的初始建立过程;采用双重背景模型机制,以自适应背景减法的前景检测结果作为混合高斯前景检测的空间约束条件,降低模型在背景区域的冗余运算;运用多策略自适应模型更新,提高前景检测的准确性。结果 在各种测试场景下,与传统混合高斯法、CodeBook、GMG、偏差均值混合高斯模型(MODGMM)等算法相比,该算法具有更好的准确率以及4倍以上的处理速度。结论 在固定相机场景下的运动目标检测中,算法能有效提高传统混合高斯法的准确性且具有极高的实时性。