电感式磨粒传感器线圈参数对磁场均匀性影响研究

磁场均匀性是影响电感式磨粒传感器检测精度的重要因素,为了提高传感器磁场均匀性,研究线圈参数对传感器磁场分布规律,根据磁场叠加原理,建立了电感式磨粒传感器三线圈数学模型,推导出传感器磁场计算公式,提出磁场均匀性评价系数K。对电感式磨粒传感器磁场进行仿真,分析了线圈内径、线圈宽度、线圈间距以及线圈匝数对传感器磁场分布的影响。通过极差分析和方差分析分别得到磁场均匀性最优线圈参数组合和线圈参数对磁场均匀性影响的显著性。实验结果表明:当线圈为最优参数时,传感器对70～200μm的磨粒有良好的监测能力,磨粒在不同径向的监测结果偏差小于5%,为传感器线圈的设计提供了参考。     

利用永磁环产生轴向均匀磁场的研究

以轴向磁化永磁环和径向磁化永磁环的磁场分布为基础,分别分析了利用径向磁化永磁环和利用轴向磁化与径向磁化永磁环组合的结构获得均匀磁场的可能性.模拟计算表明,当结构尺寸适当时,两种形式均可以获得轴向均匀磁场.在分析对比这两种方法优劣的基础上,以轴向磁化和径向磁化永磁环组合结构为蓝本,设计了一个由多块辐射状径向磁化永磁环和轴向磁化永磁环组合而成的轴向均匀磁场结构,结构总长400mm,均匀区长度达到234mm,约占总长的60%,均匀区的磁感应强度达到0.7T.     

脉冲磁场发生器中用Braunbeck线圈的分析

研制一台用于肿瘤治疗的脉冲磁场发生器的关键单元是磁场线圈的设计和研制。为设计一种均匀区域更大、均匀度更高、工作更稳定的磁场线圈,在总结课题组前期工作的基础上,提出用一种4线圈系统的Braunbeck线圈替代传统的Helmholtz线圈。并对Braunbeck线圈的几何参数和中心磁场进行了理论计算、用COMSOL Multiphysics有限元软件进行内部磁场分布仿真以及研制出实物并对其性能进行了实测,结果显示该Braunbeck线圈工作性能稳定,磁场均匀度〉95%的区域达到了在线圈径向-0.18～0.18m、轴向-0.17～0.17m之间,较课题组前期设计的Helmholtz线圈有了较大改进,为后续医学实验奠定了基础。     

通电空心线圈系统产生的磁场分析

许多医用理疗设备都需要使用通电空心线圈产生磁场,磁场产生方式有利用线圈外部的磁场和线圈空心内部的磁场两种,而这两种方式都将由多个线圈实现。通电线圈排布的合理设计能够提高磁场的均匀性,这将对疗效产生重要的影响,因此分别研究了上述两种磁场的特性。研究结果表明:根据线圈的直径大小和线圈相对距离的配合可以产生最优均匀磁场。     

磁光Bragg器件的不均匀偏置磁场分析

讨论了缓变不均匀偏磁场对静磁波振幅,进而对磁光Ｂｒａｇｇ器件衍射效率的影响,给出了设计适当不均匀场的理论依据。分析表明,适当的不均匀场可以明显提高静磁波振幅,提高的幅度与该点场强以及激发静磁波处理的场强有关,与不均匀静磁场在其它点的具体分布无关。该结论对适当设计磁光Ｂｒａｇｇ器件的偏置磁场,提高其衍射性能等方面有指导作用。     

弧形永磁体外部磁场的均匀性分析

在精密测量和航空航天领域,类磁栅位移传感器对永磁体产生磁场的均匀性有很高的要求,但常见的永磁体磁场均匀性较差,从而影响液压缸位移的高精确、高可靠测量。因此,本文设计了一种具有独特结构的弧形永磁体,首先基于分子电流假说和比奥 萨法尔定律,推导弧形永磁体在空间任一点产生磁感应强度的表达式;其次利用Maxwell电磁场分析软件对永磁体的结构尺寸进行优化,确定弧形永磁体的基本尺寸;最后搭建实验平台测量永磁体对应位置处的磁感应强度,通过对比实测数据和Maxwell仿真数据,结果表明：仿真与实验结果基本吻合,弧形永磁体能够产生较为均匀的磁场,磁场均匀区域的相对误差最大不超过3%;在类磁栅位移传感器的实际应用中,敏感元件在弧形永磁体均匀磁场内测试得到一致性较好的简谐信号,为传感器后续细分处理保证信号质量,从而提升传感器的测试精度,进一步证明了弧形永磁体产生均匀磁场的实际意义。     

磁致伸缩换能器磁路结构对驱动磁场均匀性的影响

磁致伸缩换能器驱动磁场是否均匀对其工作性能有显著影响。本文采用ANSYS程序分析了不同磁路结构对螺线管驱动磁场均匀性的影响,从而确定了提高磁场均匀性的方法和措施,为磁致伸缩换能器的磁路设计提供参考。     

肿瘤治疗用陡脉冲磁场发生器的研制

为研究应用陡脉冲磁场治疗肿瘤,结合脉冲功率技术和现代电力电子控制技术研制了一套双指数衰减陡脉冲磁场发生器。在概述陡脉冲磁场发生器的基本原理的基础上,详细阐述了其两个主要组成部分陡脉冲形成电路和单匝Helmholtz线圈的具体设计要点和关键研制技术,其磁场磁感应强度幅值(0～1mT)、脉宽(160ns～55μs)、重复频率(1Hz～1kHz)大范围独立可调,通过选用快速开关器件、减小回路电感等措施提高陡度(上升时间为70～220ns),通过合理设计Helmholtz线圈结构与尺寸增大磁场均匀区域,该发生器的研制为陡脉冲磁场治疗肿瘤的进一步实验和机理研究奠定了基础。     

一种永磁磁体外部特殊磁场区域的构建问题

单边开放式永磁型磁共振磁体结构的研究是一个全新的电工课题.本文基于鞍点理论,探索永磁磁体外部一侧构建均匀磁场区域的可行性问题,并根据可行性要求,通过对单边电流线圈结构的分析,给出一种单边永磁磁体结构方案,并应用一种数值法与半解析法相结合的混合算法分析这种特殊磁体结构的磁场.数值仿真结果表明,本文提出的永磁磁体结构能够较好地在磁体外部构建符合成像要求的薄片形磁场区域.鞍点理论在单边开放式MRI磁体结构设计中的成功应用,为单边永磁MRI磁体结构的分析提供了可靠的理论依据,而磁体外部特殊磁场区域的成功构建,为介入式磁共振系统的研究准备了条件.     

基于区域电压的锂离子电池不均匀发热模型

锂离子电池温度空间分布的不均匀性随着放电倍率的增大而加剧,严重影响电池寿命和安全性。针对锂离子电池放电过程中温度空间分布不均匀的情况,提出一种新的基于区域电压的不均匀发热模型,用来实时预测电池温度分布。考虑电池尺寸和热特性,将电池分为九个区域并进行开路电压测试,实时记录每个区域表面温度变化,采用每10%荷电状态（SOC）下降期间测量的表面温度和环境温度数据计算得到区域电压,根据区域电压获得电池的区域发热量,并建立三维仿真模型得到电池温度空间分布。使用该不均匀发热模型预测了放电倍率为0.5C、1C、2C、3C和4C时的电池温度空间演变,仿真结果显示该模型能捕获温度的不均匀分布,并通过实验验证,温度误差在1℃以内,相对误差在5%以内,表明该模型能够对温度分布进行有效监测。     

三种转子结构的永磁同步电机磁场比较研究

针对面贴式和内置式永磁电机的各自特点,提出一种两者混合的永磁电机转子新结构。采用有限元法建立面贴式、内置式及混合拓扑结构的永磁电机模型,计算三种结构电机的静态磁场,比较分析其等位线分布规律、一极距内气隙磁感应强度幅值分布及磁感应强度的云图分布,提出新型结构的永磁电机在气隙磁场分布上更接近正弦的结论,为此电机的设计、运行等提供理论基础。