电磁层析成像系统敏感场激励特性仿真研究

电磁层析成像(electromagnetic tomography,EMT)技术在过程检测中具有潜在的价值.电磁传感器阵列是电磁层析成像系统的前端,由于激励信号直接作用于电磁传感器阵列,因此激励模式、激励信号的频率和幅值特性直接影响检测线圈获取物场信息的质量,进而影响后续物场信息特征提取的精度.为了提高传感器阵列对物场信息分布变化的敏感程度,提高系统的敏感性和精确度,保证实验数据的高精度与高稳定性,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics对电磁层析成像系统的激励模式和激励频率特性进行仿真分析,并获得激励模式及激励频率与传感器输出之间的关系,为电磁传感器阵列的优化使用奠定基础.     

电磁层析成像技术在刹车盘缺陷检测中的应用

针对列车刹车盘缺陷检测的实际需求,提出采用电磁层析成像技术(electromagnetic tomography,EMT)对刹车盘进行缺陷检测,检测得到的数据经过图像重建后对缺陷的位置、形状和大小等分布信息进行显示。根据列车刹车盘的结构特点,设计平板型传感器线圈阵列,通过电磁场仿真软件对不同缺陷的刹车盘模型进行仿真,并使用不同算法进行缺陷成像。通过评价指标对比了不同算法的图像重建质量,仿真结果验证了电磁层析成像技术用于列车刹车盘缺陷检测的可行性;搭建了刹车盘缺陷检测的EMT实验系统,对刹车盘缺陷进行数据采集与成像实验。实验结果表明,电磁层析成像技术在高速列车刹车盘缺陷检测中具有很好的应用前景。     

EMT用于金属结构裂纹图像重建的仿真研究

针对港口企业对港机探伤可视化的需求,进行了电磁层析成像(EMT)技术用于港机金属结构裂纹成像的仿真研究。Landweber迭代算法是一种常用的经典图像重建算法,但用于EMT金属结构探伤成像中则多有不足。为了提高图像重建质量,首先对经典Landweber算法进行了改进,根据传感结构的特点定义了图像重建的"感兴趣区域",通过裂纹定位、移位等过程使其位于"感兴趣区域",然后再进行Landweber图像重建;这种改进后的Landweber图像重建效果较好,但缺点是不能一次成像。然后,基于金属结构裂纹稀疏分布的特性,采用一种稀疏重建方法,即子空间追踪(SP)算法对裂纹进行图像重建,仿真结果表明,SP算法在图像重建质量、算法鲁棒性等方面明显优于经典Landweber算法,且重建过程耗时短,可以一次成像。     

一种利用暂态响应分析提高电磁层析成像测量信号信噪比的新方法

本文提出了一种提高电磁层析成像测量信号信噪比的新方法。在电磁层析成像的前端测量电路中,最重要的一环是一个含有低通滤波器的相敏解调电路,当激励源从一个线圈切换到另一个线圈时,接收电压值发生变化,从而引起一个暂态响应过程。通常,测量和数模转换要等暂态响应过程完成、电压信号稳定后进行。本文提出了一种利用分析暂态相应过程中所含的信息而提高电磁层析成像测量信号信噪比的新方法。仿真和实验结果肯定了这种方法的有效性,测量到的电感值的标准方差下降多于50%。     

EMT 系统在磁性催化物分布检测中的应用

研究了电磁层析成像技术(EMT)在生物柴油制备过程中磁性催化物的分布检测上的应用。为了能够有效应用磁性催化物的导磁特性,在一种8线圈TMR-线圈结构的传感器阵列的基础上设计了仿真实验,比较了不同粒径大小的催化剂分布的成像结果,研究表明,该线圈结构适用于磁性催化物的分布检测。为了改进传统成像算法成像质量差、成像速度慢的缺点,研究了匹配追踪算法(CoSaMP)在图像重建上的应用,并与传统的Tikhonov算法和Landweber算法进行比较,结果表明CoSaMP算法有更好的边缘处理能力和更快的成像速度,与其他两种算法相比,图像误差平均降低了30.4%,成像速度提高了46%,有效提高了重建图像质量与速度。     

基于改进遗传算法的电磁制动器线圈优化设计

本文在标准遗传算法的基础上,提出基于稳定裕度的搜索空间收缩方法,提高了遗传算法的计算精度和收敛速度,定义个体拥挤度的概念,在搜索空间收缩前使种群按特定规律分布,最大程度地保证最优解包含在强解空间内。本文分析了电磁制动器电磁系统的结构及吸力计算方法,给出了电磁线圈参数优化的数学模型,并采用本文改进的遗传算法对其进行了优化,算例仿真表明,本文对遗传算法的改进有效、可行,对线圈优化后,其工作时的温升明显降低,制动器性能得到提高,和采用标准遗传算法进行优化获得的结果进行比较可见,改进遗传算法对于电磁线圈参数的优化问题具有寻优精度高,收敛速度快等优点。     

多级重接式电磁发射的电磁分析与有限元仿真

为了对多级发射达到高速时的电磁问题进行研究,以使用板状发射体和箱形线圈的多级重接式电磁发射为研究对象,推导了多级线圈电磁场和发射体涡流场的综合作用方程,利用ANSOFT电磁场有限元分析软件建立了三维有限元仿真模型并进行仿真计算。结果表明,多级线圈电流的同时存在,既改变了单级线圈的磁场分布和磁感应强度大小,也改变了发射体中局部涡流密度的大小和发射体受力的大小。这种改变与线圈电流的频率和相位差异相关,并且线圈间距越小,这种综合作用的影响越大。     

VSC-HVDC输电系统的电磁暂态建模与仿真

基于电压源换流器(VSC)的新型直流输电(VSC-HVDC)系统技术优点很多,建立能够准确描述VSC-HVDC动态特性的详细模型及仿真算法对该项输电技术的深入研究具有重要意义,还可为含有VSC-HVDC的电力系统机电、电磁混合仿真奠定基础。为此首先分析了VSC-HVDC的工作原理;利用隐式梯形积分法建立了双端VSC-HVDC的详细电磁暂态仿真模型,并利用一阶惯性环节模拟锁相环测量了VSC交流母线电压相位的动态特性;鉴于对应VSC-HVDC电磁暂态模型的差分方程为右端项含有待求变量的隐式方程,提出了相应的迭代求解数值计算算法。在VSC交流母线电压幅值和相位突变的条件下,通过与PSCAD/EMTDC中所建VSC-HVDC仿真电路电磁暂态响应的对比,验证了VSC-HVDC电磁暂态模型及其数值计算算法的正确性。     

基于ANSYS的电磁铁仿真分析及其实验验证

在保证电磁铁安装及外形尺寸不发生改变的情况下,对电磁铁内部的铁心结构进行修改优化,以增强电磁铁铁心表面的磁感应强度;通过利用大型通用有限元软件ANSYS对电磁铁各部分进行二维建模,输入相关参数及设定约束后进行有限元静态磁场仿真分析,经计算分析得到电磁铁铁心的磁力线分布、表面的磁感应强度、表面磁感应矢量等电磁性能参数,然后对该电磁铁结构进行优化修改,结构修改后对修改模型在相同的条件下再一次进行建模分析,把得到的电磁性能参数与原结构的进行对比,发现经过结构优化后的电磁铁铁心的表面磁感应强度有一定程度的提高;为了更加明确电磁仿真分析的可行性,最后把所制作出来的电磁铁样品的实验结果与仿真结果进行对比,验证仿真分析的有效性,为电磁铁的结构设计提供理论依据。     

基于Ansys的电磁系统温度场仿真技术研究

电磁系统的发热是带来控制与保护开关电器温升的主要因素,对其电磁系统进行了温度场仿真。对电磁系统各部分的发热做了分析计算,同时试验测量了在主回路不通电情况下电磁系统各部分的温度,与仿真结果进行比较,验证理论和仿真分析的正确性。     

直线感应电磁发射器分析与优化

本文对一个两段直线感应电磁发射器进行了分析与优化设计。首先建立了电容驱动的直线感应电磁发射器的数学模型。通过MATLAB编写了系统暂态仿真的仿真程序,给出了系统仿真的流程图。其次比较了直线感应电磁发射器三相电源不同的触发相序对发射性能的影响,得到了最优的触发相序。分析了不同抛体初始位置对出口速度和动能转换效率的影响。最后比较了两段直线感应电磁发射器在第一段电源电压改变时对系统的影响,以及第二段电源电压改变时对系统的影响。从而为下一步的实验提供了理论依据。     

适用于高频超声内窥的非接触式电磁滑环

高频超声内窥多采用机械旋转扫描成像,因此,滑环成为系统重要的组成部件。但传统滑环利用滑动接触来传递信号及能量,存在较大磨损问题,且不适合高频信号传输。为解决高频信号有效传输问题,本文设计出一款新式非接触式电磁滑环,利用电磁耦合原理进行信号传递,采用两种不同材质磁芯进行电磁滑环的参数分析,并利用仿真软件对设计的电磁滑环进行了电磁仿真,重点研究了磁芯材质、气隙等对其性能的影响。研究结果表明该种电磁滑环能够有效实现高频信号传输,适用于高频超声内窥成像。     

非接触牵引供电系统电磁耦合机构优化设计研究

针对非接触牵引供电系统的电磁辐射问题，提出一种分段式导轨供电的日字形线圈和双重结构电磁耦合机构。根据优化后的电磁耦合机构模型，搭建非接触牵引供电系统实验台，测量其周围空间的电磁辐射。试验结果与仿真分析基本一致，验证了电磁耦合机构优化措施的有效性。     

电容层析成像系统传感器优化设计及仿真

本文以8电极油水两相流电容层析成像系统为研究对象,针对图像重建的质量依赖于电容敏感场分布这一特性, 采用有限元的方法建立敏感场的数学模型,采用不等间距的方法完成了传感器场域的自动剖分和敏感场的数值计算。对决定传感器性能的结构参数进行选取,通过仿真分析确定了传感器的优化参数,从而使设计的传感器能够在缩小测量电容值的动态变化范围,减轻数据采集电路设计难度的同时,提高电容响应的灵敏度,改善传感器敏感场的分布,提高电容层析成像系统的性能。根据此优化参数设计和研制的电容传感器获得了较为理想的重建图像。     

管道电磁超声传感器阵列检测技术研究

采用电磁超声传感器阵列对管道进行缺陷检测,不仅能够提高电磁超声检测信号的信噪比、灵敏度与分辨能力,同时也能增强电磁超声检测的直观性与灵活性。本文详细阐述了基于洛伦兹力的周期永磁铁阵列式电磁超声传感器(PPM-EMAT)激励超声导波的工作原理,及利用全聚焦算法结合极性一致性算法对缺陷进行定位与成像的工作机理。建立了有限元仿真模型,验证了准T(0,1)模态导波在管道结构中的传播过程。利用研制的多通道电磁超声检测系统,对含缺陷的不锈钢管道进行了检测实验,实验结果表明,研制的系统能够检测出管道试样中的多个通孔缺陷,纵向定位误差可控制在1.5%以下,实现了基于阵列电磁超声传感器的管道缺陷成像与定位。     

电容层析成像系统径向电极对传感器性能及敏感场分布的影响

电容层析成像系统传感器的敏感场分布受多相流介质分布的影响,软场特性给图像重建带来很大困难.该文以8电极油水两相流电容层析成像为研究对象,采用有限元仿真的方法,分析了径向电极及其嵌入尺寸对电容层析成像系统电容值及敏感场分布的影响.通过仿真分析,确定了径向电极的嵌入尺寸,从而能够在缩小测量电容值的动态变化范围,减轻数据采集电路设计难度的同时,提高电容响应的灵敏度,改善传感器敏感场的分布,提高电容层析成像系统的性能.     

基于AnsoftMaxwell软件的直流继电器电磁系统设计

基于AnsoftMaxwell3D分析软件,建立了直流继电器电磁系统的仿真模型,分析了电磁系统的静态磁场分布和吸力特性曲线。利用仿真结果指导继电器电磁系统设计,制作了实物样品,验证了优化结果。     

基于粒子群算法的核屏蔽感应电机多目标优化设计

屏蔽感应电机是核反应堆冷却回路的动力源,提高该电机的效率和降低电磁噪声具有重要的意义。将有限元法和磁路法相结合,设计了1台20 kW核屏蔽感应电机。利用有限元软件对其进行额定工况运行状态下噪声和损耗仿真分析,确定影响电机效率和电磁噪声的主要参数;选取影响电机效率和噪声的主要参数为优化变量,电机电磁噪声和效率为优化目标,输出功率为约束条件;采用正交试验表获得样本空间;通过响应面法建立优化目标及约束条件的优化模型,最后利用粒子群算法对优化模型进行求解。有限元仿真结果表明:优化后电机效率提高了2.6%,电磁噪声降低了5.2 dB。     

一维距离像的仿真研究

本文对目标一维距离像进行电磁散射仿真研究。通过图形电磁计算,在计算机仿真环境下,利用OpenGL图形处理技术实现。仿真结果能够真实反映出高分辨率下的目标一维散射中心分布。本文所用方法可以进一步用于目标的二、三维成像及目标识别研究。     

电扫描实现旋转磁场跟踪仿真研究

在电磁跟踪系统中,磁场源的优化设计不仅可简化系统结构,还可提高系统性能。设计了一种电控旋转磁场源,并对该磁场源实现电磁跟踪的可行性进行了仿真研究。首先提出了一种立方体磁芯缠绕三轴正交方形线圈,通过控制3个正交线圈激励电流强度,实现合成磁感应强度矢量旋转的磁场源方案;之后,采用有限元分析法,通过仿真软件ANSYS对其空间磁场分布情况及激励电流对磁场分布的影响进行了仿真研究。仿真结果表明:可以通过控制三轴线圈的电流强度,控制立方体三轴正交线圈合成的总磁感应强度最大值的方向,实现磁场的"旋转"。该磁场源方案符合电扫描实现旋转磁场跟踪的要求,为下一步的实际系统设计提供了依据。