低温扫描SQUID显微镜接收线圈的改进

超导量子干涉仪(SQUID)作为目前灵敏度最高的磁场检测传感器,广泛应用于各类弱磁检测环境中。其中接收线圈直接影响低温扫描SQUID显微镜的空间分辨率和磁场灵敏度。通过讨论超导环路磁通量子化条件,得到低温SQUID接收线圈设计要求。同时为降低环境噪声提高系统灵敏度,设计制作了一阶梯度超导接收线圈并用其替换原有的螺线管接收线圈。该接收线圈利用直径为66μm低温铌钛超导线和蓝宝石线圈架在40倍体视显微镜下手工绕制,线圈半径为316μm,基线长度为1436μm,电感为0.873μH。实验结果表明:超导梯度接收线圈将系统的磁场灵敏度从250 pT/Hz提升至2 pT/Hz。最后利用该梯度接收线圈对玄武岩标本进行了初步测量,得到了有效的实测数据。     

基于Python的超导量子干涉器件仿真优化方法

超导量子干涉器件的优化研究旨在提升其在微弱磁通变化探测中的性能。研究中建立了基于Python的仿真框架,使用SuperScreen、Numpy和Matplotlib库进行器件仿真及性能优化。该框架支持多种SQUID形状的模拟,包括设计了一个算法来模拟多边形。仿真分析了在非均匀外部磁场下SQUID超导薄膜的磁响应,计算了薄膜内外的矢量磁场。此外,通过网格化技术将连续空间转化为计算模型,为解算物理方程提供了可能。仿真结果表明,优化的SQUID能满足高精度磁场探测的需求,为超导器件的设计提供了理论和技术支持。     

基于线圈互感的阵列涡流传感器优化设计

线圈单元间互感一直是影响接收/发射式阵列涡流传感器准确性的干扰因素,工程实际中采用多种方法减弱线圈单元间互感对检测线圈单元的影响,但线圈单元间互感中包含缺陷信息,有效利用线圈单元间互感可以获得缺陷更多的信息,有利于缺陷的评估.运用ANSYS软件进行三维有限元仿真,利用线圈单元间互感研究了线圈单元相关参数对阵列涡流传感器检测灵敏度和空间分辨率的影响,理论上为基于线圈单元间互感的阵列涡流传感器的优化设计提供了参考.     

航空发动机滑油系统金属屑末在线监测技术

针对航空发动机滑油系统中金属屑末在线监测难、检测灵敏度低的现状,基于电磁感应原理,理论推导出了金属屑末通过传感器线圈引起的感应线圈输出电压的表达式,仿真分析了金属颗粒通过传感器时的输出电压,并通过相敏检波(Phase Sensitive Detection, PSD)技术对传感器感应线圈采集到的信号进行解调处理,以提高传感器的采集灵敏度。实验验证了在使用频率为80 kHz、幅值为±10 V的正弦激励信号对13 mm管径进行监测时,传感器对铁磁性金属颗粒的检测灵敏度为80μm,对非铁磁性金属颗粒的检测灵敏度为350μm;为感应式金属屑末传感器的设计提供了理论和技术支持,为航空发动机滑油系统中的金属屑末在线监测提供了技术保障。     

平板表层缺陷检测涡流阵列传感器的设计

基于互感式传感器涡流检测的数值计算方法,综合检测灵敏度和空间分辨率对涡流阵列传感器线圈单元不同中心距、平均半径、高度等参数进行了分析.提出了与涡流阵列检测不敏感区域密切相关的参数--线圈单元组有效检测区域比率,基于该参数进行了涡流阵列传感器排布方式的优化设计.研究结果表明:相同检测条件下,线圈单元平均半径越小,线圈单元...     

电感变化率对涡流传感器性能影响的仿真研究

为了提高涡流传感器的电感灵敏度和热稳定性,研究了探头线圈的结构、激励频率和温度对线圈电感变化率的影响。首先通过COMSOL Multiphysics仿真软件构建稳态物理模型并加入瞬态温度模块,通过参数化扫描仿真,验证该模型的合理性。其次在稳态恒温实验条件下对线圈内外半径、厚度、匝数进行仿真,得到导线直径不超过40μm、内半径0.1mm^0.5mm、外半径2.5mm的60匝单层平面线圈的电感灵敏度和测量分辨率最佳。最后在瞬态变温实验条件下得到激励频率900kHz时可以最大程度的提高传感器热稳定性和电感灵敏度,减小温度引起的误差。     

基于SQUID梯度计的心磁图仪标定及通道差异性研究

在基于超导量子干涉器(SQUID)的多通道心磁图(MCG)系统中,由于各通道硬件系统之间不可避免地存在差异性,因此精确标定每个SQUID的磁场-电压传输系数(V_CAL/B_CAL)对心磁信号测量及心磁图像反演至关重要。基于九通道MCG系统工作原理,利用杜瓦底部的限位环阵列结构固定九通道梯度计位置,根据标定圆盘内激励线圈与限位环阵列的一致性实现对SQUID的快速标定,每个通道单独标定结果的准确性由九通道差异性验证。实验表明,九通道的标定结果为1.49 mV/pT～1.76 mV/pT,该结果对应的通道差异性为4.5%,符合MCG系统差异性小于5%的经验值。所述标定方法及差异性计算方法可靠且准确度高,可用于MCG系统传输能力的快速评估。     

新型线圈发射器的电磁场仿真分析

电磁发射拥有许多化学发射不可比拟的优点,近年来受到各国的广泛关注。传统发射器需在线圈内部加装位置传感器,这使得线圈磁场分布不均且结构复杂。该文基于电磁感应原理,设计出了新型线圈发射器模型,该模型利用线圈外部的传感器来控制电路放电时间,克服了传统结构的缺陷。借助SIMPLORER和Maxwell仿真软件对发射器的主体电路和线圈磁场进行分析,得到了磁场中弹丸的静态和动态特性曲线。仿真结果验证了该新型发射器的作用机理,并得到了四级发射器模型的结构参数。该新型发射器可把30g弹丸加速到12.00m/s。结果表明该新型发射器结构简单、线圈内部磁场分布均匀,大大提高了模型的发射效率和系统的稳定性。     

RTD型磁通门传感器检测系统设计

为了对外界静磁场进行检测,设计了滞留时间差(RTD)型磁通门传感器的检测系统.通过对检测系统信号调理电路、数字存储单元以及数据处理算法等方面的设计优化,提高了检测系统的检测精密度和准确度.在电磁屏蔽室中,利用赫姆霍兹线圈给定外磁场,对所设计的检测系统进行测试,实验结果表明:时间差波动小于±0.1μs,在±5 ×104 nT范围内线性度误差为±0.21％,灵敏度为22.4 s/T,多次测量标准差不大于0.03,适合用于对静磁场的检测.     

一种微功耗磁性目标探测器研制

针对传统磁性目标探测器在小型化和微功耗方面存在的不足,提出了基于磁阻式传感器HMC1052的微功耗磁性目标探测器设计,并给出了具体的实现方案;提出了利用信号时域特征来检测磁性目标的方法并设计了用于提高信噪比的信号预处理算法;通过实验标定出探测器的灵敏度和噪声分别是14.4μV/nT和14.2μV/nT及12nT,使用基于三轴亥姆霍磁线圈的半实物仿真系统和地面运动的汽车对探测器的目标识别能力进行测试,结果说明探测器具有较强的识别能力;功耗测试结果表明探测器可以在电池供电情况下工作较长时间;探测器具有微功耗、高精度、体积小和实时目标检测等优点,可以应用于近距离磁性目标探测。     

新型巨磁阻抗传感器的特性研究

研究了非线性非对角化GMI传感器的信号拾取线圈参数对传感器灵敏度的影响.这些参数包括线圈的长度,线圈的直径,线圈的匝数以及线圈所用漆包线直径.结果显示传感器灵敏度正比于驱动频率和线圈匝数,同时线径变小和线圈直径变小有利于提高灵敏度.使用1 000匝的线圈时获得了最佳效果,该传感器测量范围在±400 A/m,灵敏度为3.518×10-2V/Am-1,分辨率为10-7 A/m,可在室温至150℃间正常工作,显示了其在弱磁测量上的巨大潜力.实验结果利用法拉第定律和线圈参数得以解释.     

基于粒子群优化算法的线圈系统设计

采用磁变模拟法,模拟舰艇在海洋上航行进行旋转和摇摆,在地磁场的作用下产生的涡流磁场,来实现对舰艇涡流磁场的测量.为了更精确地模拟地球磁场,首先需要创造一个均匀度相对较高的磁场空间.基于此目标,采用粒子群优化算法,以线圈系统的均匀度为目标函数,通过迭代的方式,对线圈系统的位置参数和匝数参数进行优化计算找到最优解.依据最优解,结合实验场地的特点和实际线圈系统的搭建情况,对线圈系统产生的磁场的均匀度进行了模拟仿真,建立了一个在中心区域均匀度高于95％ 的相对均匀的磁场空间.     

基于永磁薄膜的MEMS磁传感器设计与制作

提出了一种基于永磁薄膜的新型MEMS磁传感器,磁传感器由MEMS扭摆、CoNiMnP永磁薄膜和差分检测电容等部分组成。分析了磁传感器的磁敏感原理和电容检测原理,提出了器件的结构参数并对器件进行了模态仿真。利用MEMS加工技术成功制作了MEMS磁传感器样品,并进行了测试。测试结果表明:得到的MEMS磁传感器的电容灵敏度可达到27.7 fF/mT,且具有良好的线性度。根据现有的微小电容检测技术,传感器的磁场分辨率可达到36 nT。     

柔性涡流阵列传感器的磁场计算分析

设计了一种由6个阵列单元（螺旋线圈）所组成的柔性涡流阵列传感器,基于电磁场理论建立柔性涡流阵列单元的电磁场模型,推导出柔性阵列单元线圈径向和轴向的磁场强度计算公式,仿真分析阵列单元线圈磁场强度与电流、线圈间隙、内外径等参数的关系,对柔性涡流阵列传感器的发展具有一定参考价值。     

Magnetic particle dosing and size separation in a microfluidic channel

Separation of functional magnetic particles or magnetically labeled entities is a key feature for bioanalytical or biomedical applications and therefore also an important component of lab-on-a-chip devices for biological applications. We present a novel integrated microfluidic magnetic bead manipulation device, comprising dosing of magnetic particles, controlled release and subsequent magnetophoretic size separation with high resolution. The system is designed to meet the requirements of specific bioassays, in particular of on-chip agglutination assays for the detection of rare analytes by particle coupling as doublets. Integrated soft-magnetic microtips with different shapes provide the magnetic driving force of the bead manipulation protocol. The magnetic tips that serve as field concentrators of an external electromagnetic field, are positioned in close contact to a microfluidic channel in order to generate high magnetic actuation forces. Mixtures of 1.0 μm and 2.8 μm superparamagnetic beads have been used to characterize the system. Magnetophoretic size separation with high resolution was performed in static conditions and in continuous flow mode. In particular, we could demonstrate the separation of 1.0 μm single beads and doublets in a sample flow.     

脉冲磁场传感器频率特性分析与拓宽频带方法

在针对电磁脉冲毁伤效能的研究中,提出一种采用线圈型磁场传感器的方法来测量电磁脉冲。根据线圈型磁场传感器测量脉冲磁场的基本原理,分析了其工作时的等效电路和频率特性,根据探测线圈归一化传递函数分析负载电阻对测量频率范围的影响,在此基础上就如何拓宽探测线圈的工作频段,提高传感器响应的灵敏度和稳定性进行了讨论,并提出相应的改进方法,并通过实验进行验证。     

基于∑-△M的五阶MFLR数字微加速度计闭环控制系统

为了进一步抑制加速度计信号带宽范围内的噪声,提出并设计了一种基于∑-△M的五阶多反馈谐振式（MFLR）微机械加速度计闭环控制系统,该系统通过增加额外的内部负反馈对量化噪声进行再一次整形.微机械加速度计结构为一种全差分式结构,在结构层厚度为60 μm、基底层厚度为400μm的SOI硅片上,经过光刻、溅射、深度反应离子刻蚀等工艺步骤加工而成.整个闭环控制系统的Matlab/Simulink模型首先被建立,然后采用“单位圆分析法”进行系统参数的设定,系统仿真显示：当输入幅值1gn、频率128Hz的加速度信号时,加速度计的噪声为-136.2 dB,与传统五阶MF结构的∑-△M闭环控制系统相比,在0 ～500 Hz信号带宽范围内的噪声降低了7.9dB.最后整个系统在四层PCB电路板上进行了功能性验证和测试.     

基于COMSOL的磁共振成像双平面梯度线圈的仿真研究

目的：采用COMSOL有限元软件对磁共振成像横向双平面梯度线圈进行仿真分析,为高性能梯度线圈的设计及制作提供技术支持。方法：首先采用改进的目标场方法设计得到梯度线圈绕线的点数据,然后利用AUTOCAD建立三维模型,最后将模型导入COMSOL中,进行电-磁多场耦合模型仿真和结果分析。并且提出结合3D打印技术为复杂梯度线圈的制作提供技术支持。结果：根据设计的不同参数建立不同的梯度线圈模型进行仿真比较,所设计梯度线圈的梯度磁场可以满足非线性度小于5%的应用要求。结论：通过横向双平面梯度线圈三维模型的有限元仿真,可以为梯度线圈的设计和制作提供一定的参考,对优化设计和制作性能更优的梯度线圈具有重要意义。     

巴音河流域高时空分辨率叶面积指数数据集

叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）是表征地表特征变化的重要指标之一,也是陆表、水文等模型的重要参数。本数据集是基于增强型时空自适应反射率融合模型（ESTARFM）,将全球陆地表层卫星（GLASS）LAI(8d/500m)、中分辨率成像光谱仪（MODIS）MOD13A1和MYD13A1、陆地卫星Landsat-7 ETM+和Landsat-8 OLI数据,进行融合,得到8 d/30 m分辨率的LAI,通过分段线性内插最终得到巴音河流域高时空分辨率LAI(1 d/30 m)。对比高时空分辨率LAI(1 d/30 m)与GLASS LAI产品的时空特征,验证数据集精度。结果表明：与原始GLASS LAI相比,本数据集在空间上具有与GLASS LAI一致的分布特征,且轮廓与纹理更为清晰。在时间上,二者具有相同的月际变化特征,且由1 d/30 m LAI估算的区域月平均LAI和区域8日平均LAI与原始GLASS LAI存在显著正相关性,R2分别为0.95、0.94,Pearson积矩相关系数均为0.97,P值均小于0.01。此数据集可为陆表过程、水文循环等模拟提供重要的数据支持...