线性测微电感的精化

为提高测微电感传感器的测量精度,提出了基于赫姆霍兹线圈理论设计螺线管线圈的方法,改善了螺线管线圈内轴向上磁场的分布均匀性。首先,分析了螺线管线圈模型,建立了螺线管线圈参数与轴向磁场强度分布相互关系的广义函数模型。然后,通过线圈与磁芯的尺寸确定了系统轴向磁场强度分布函数模型,结合磁芯移动区间范围设置磁场均匀度最小误差目标函数,通过对目标函数寻优得到各螺线管线圈的各项参数。最后,搭建了测微电感传感器的测试系统,测试了传感器性能。实验结果表明:与传统线圈相比,改进型螺线管线圈在100μm测量范围内的线性度由0.46%提高到0.30%。实验显示通过对不同规格的螺线管线圈进行组合,可使得螺线管内轴向上磁场强度分布均匀,从而提高了测量精度。     

对置螺线管线圈的多功能检测模型及灵敏度研究

为丰富螺线管型传感器对液压油污染物的检测内容,提出并制作一种基于微流体芯片的对置螺线管型多功能检测传感器。理论推导了对置螺线管线圈的金属颗粒电感检测模型和非金属颗粒电容检测模型。为进一步提高检测灵敏度,试验对比分析了硅钢片对对置螺线管线圈的电感检测和电容检测的灵敏度。试验结果表明,硅钢片能够显著提升对置螺线管线圈的金属颗粒检测灵敏度,60～70μm铁颗粒和160～170μm铜颗粒的检测信噪比分别提升127.44%、222.07%,也能提高对置螺线管线圈的非金属颗粒检测灵敏度,但不显著,140～150μm水滴和240～250μm气泡的检测信噪比分别提升21.92%、7.95%。该研究对提高螺线管型传感器的液压油污染物检测能力提供了技术支撑,对液压系统健康状态监测以及故障诊断具有重要意义。     

基于内部级数法的高均匀度磁传感器标定装置设计

在对磁传感器进行标定时,Maxwell线圈在磁梯度场均匀度要求高且对线圈空间尺寸有严格限制时并不适用,针对这个问题设计了一种具有高均匀度的磁梯度线圈作为磁传感器标定装置。应用内部级数法对单个轴对称线圈产生的磁场进行数理分析,进而得到其磁场梯度分布的一般特性,在此基础上计算出高均匀度磁梯度线圈的结构参数与均匀度。对线圈模型进行仿真分析并完成了磁梯度线圈装置的设计和制作。最后,根据仿真结果与实际测量得到的数据,验证了设计的正确性。     

双螺线管套管结构的液压油金属颗粒检测传感器

提出一种双螺线管套管结构的液压油液金属颗粒检测传感器。理论分析表明,套管结构传感器能够耦合外部螺线管线圈磁场强度和利用双螺线管线圈之间的互感,有效增加金属颗粒通过检测区域的电感变化量。选择电感变化量、平均噪声、信噪比作为传感器检测效果评价指标,对比实验的统计结果表明,检测相同粒径的金属颗粒,套管结构传感器不但未增加检测噪声,而且在电感变化量、信噪比方面都要优于单管结构传感器,随着铁颗粒粒径的增加,其检测效果的优越性越明显。检测直径为110～120μm铁颗粒和铜颗粒时,电感变化量分别提升2. 4和1. 7倍,其检测信噪比均提升1. 8倍。颗粒检测下限实验表明,套管结构传感器能够检测直径大于30μm的铁颗粒和直径大于90μm的铜颗粒。研究对提高螺线管型电感检测传感器的检测灵敏度具有参考价值。     

我国铁基超导材料向高磁场应用迈进

中国科学院电工研究所研究员马衍伟研究团队基于百米铁基超导带材研制的长尺度跑道型线圈,在10T二极磁场下,实现超过零场环境80%的高载流性能,首次验证了大尺寸铁基超导线圈在高磁场领域应用的可行性,及其载流性能对背景场强相对不敏感的高场应用优越性。这是继2016年研制出首根百米级铁基超导带材、2019年完成小尺寸铁基超导螺线管线圈24T性能验证后,该团队取得的又一重要进展。     

应用磁性纳米材料的电感式油液金属磨粒检测传感器

为了增加电感式油液污染物检测传感器的稳定性,提升对铁磁性和非铁磁性污染物的检测精度,设计了一种内置磁性纳米材料的电感式油液污染物检测传感器,螺线管线圈内部填充的磁性纳米粒子层可以提升检测区域磁场强度,增强磁化涡流效应。模型材料制作300μm的微通道穿过螺线管线圈和磁性纳米材料组成的传感单元,当污染物通过传感单元时,利用电感检测原理可以区分铁磁性和非铁磁性污染物。同时采用有无磁性纳米粒子层的两种传感器进行多组对比实验。实验结果表明,磁性纳米粒材料的电感式油液检测传感器具有更高的检测信噪比以及更低的检测下限,对于20～70μm的铁磁性颗粒检测信噪比提升了20%～25%,对于80～130μm的非铁磁性颗粒的检测信噪比提升了16%～20%。该方法基于微流控检测技术,具有体积小、检测信噪比高等优点,同时为液压油污染物快速检测提供了技术支持,对液压系统的故障诊断与寿命预测具有重要意义。     

铝合金管件电磁胀形中螺线管线圈的受力研究

针对管件电磁胀形中螺线管线圈的使用寿命短、易损坏的问题，运用ANSYS Maxwell对电磁胀形过程中螺线管线圈所受到轴向与径向电磁力进行有限元仿真。研究了螺线管线圈在高于被胀形管件的情况下，随着螺线管线圈内径的不同，其所受到的电磁力的大小与方向的变化情况。并通过有限元仿真与实验结果对比发现：在螺线管线圈高于管件的电磁胀形中，当螺线管线圈内半径r=11mm时其所受到的力主要来自于管件；当螺线管线圈内半径r=8.5mm时其所受到的力主要来自于自身产生的电磁力。同时螺线管线圈所受到的轴向力是导致其失效的主要原因。     

兆赫兹纵向模态磁致伸缩传感器的设计及其在钢绞线中的试验研究

传统的磁致伸缩传感器采用套筒式螺线管线圈,线圈的绕制非常耗时,且需要通过7芯钢绞线自由端进行安装,难以适用于实际工程检测.当中心频率达到兆赫兹时,磁致伸缩传感器具有更高的缺陷检测灵敏度,但套筒式螺线管线圈难以用于兆赫兹磁致伸缩传感器的设计.在分析多段式线圈工作原理的基础上,设计出具有优化结构参数的柔性印刷线圈.该柔性印...     

用于胃肠道微型机器人的组合螺线管式无线能量发射系统研究

为保障胃肠道微型机器人在体内稳定、可靠工作,以扩大无线能量传输系统的工作范围、提高接收能量及其稳定性为目标,研究了新型组合螺线管式无线能量发射系统.通过有限元仿真分析,确定发射线圈的最佳结构及结构参数.基于最小传输能量要求及所提出的发射线圈性能评估指标,优化确定发射线圈的匝数.研制的发射线圈尺寸为50 cm×50 cm...     

弯曲螺线管超导线圈的线型研究

利用微分几何知识对弯曲螺线管超导线圈线型进行研究。结合弯曲螺线管超导线圈的几何模型,给出其稳定缠绕条件,研究其绕线架空情况。针对弯曲螺线管的几何特性,研究弯曲螺线管超导线圈的线型设计方法,提出了最小缠绕角的确定方法。最后利用软件对绕线线型实例进行分析计算,验证了稳定缠绕线型设计方法的可行性。     

ESP液压单元电磁阀电磁场动态特性分析

汽车ESP液压单元的电磁阀动态特性对ESP的性能起着至关重要的作用。采用有限元法,以ANSYS软件为平台建立电磁阀电磁场有限元模型,在此基础上分析了在不同工作气隙与线圈电流时电磁阀动铁的电磁力和线圈的自感系数动态响应特性。     

高温磁悬浮轴承定子电磁线圈封装技术研究

高温电磁线圈是高温磁悬浮轴承系统的关键元件,为了延长高温电磁线圈的可靠性及使用寿命,提高磁悬浮轴承系统的性能,需要对高温电磁线圈进行封装。主要介绍了高温磁悬浮轴承系统,设计了高温磁悬浮轴承定子线圈的封装结构以及线圈陶瓷骨架结构,探讨了电磁线圈的封装材料及线圈封装工艺。     

Dynamic performance of high speed solenoid valve with parallel coils

The methods of improving the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve include increasing the magnetic force of armature and the slew rate of coil current, decreasing the mass and stroke of moving parts. The increase of magnetic force usually leads to the decrease of current slew rate, which could increase the delay time of the dynamic response of solenoid valve. Using a high voltage to drive coil can solve this contradiction, but a high driving voltage can also lead to more cost and a decrease of safety and reliability. In this paper, a new scheme of parallel coils is investigated, in which the single coil of solenoid is replaced by parallel coils with same ampere turns. Based on the mathematic model of high speed solenoid valve, the theoretical formula for the delay time of solenoid valve is deduced. Both the theoretical analysis and the dynamic simulation show that the effect of dividing a single coil into N parallel sub-coils is close to that of driving the single coil with N times of the original driving voltage as far as the delay time of solenoid valve is concerned. A specific test bench is designed to measure the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve. The experimental results also prove that both the delay time and switching time of the solenoid valves can be decreased greatly by adopting the parallel coil scheme. This research presents a simple and practical method to improve the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve.     

外加磁场对磁流体润滑油膜轴承的影响

为了研究磁流体润滑油膜轴承内磁场的分布情况,分别通过永磁铁、螺线管及亥姆赫兹线圈对其施加3种不同形式的外磁场。通过磁场二维实体有限元模型的数值仿真,分析在3种模型下磁流体润滑油膜轴承的磁场分布特性,并比较磁场在油膜区的分布情况。结果表明,永磁铁模型的磁场主要分布在永磁铁、油膜、轴承座以及靠近磁铁的轧辊部分,螺线管模型的磁场主要分布在油膜、轴承座以及靠近磁铁的轧辊部分,亥姆霍兹线圈模型的磁场主要分布在线圈以及油膜的端部;3种模型在油膜区磁场分布沿轴向均呈现中间小、两端大的不均匀现象,且具有端部效应;永磁铁模型和螺线管模型在油膜区磁场沿径向分布均匀,亥姆霍兹线圈模型沿径向分布不均匀。     

Development of a solenoid RF coil for animal imaging in 3 T high-magnetic-field MRI

The purpose of this study was to develop a solenoid coil for use with small animals in a 3 Tesla horizontal magnetic resonance imaging (MRI) system, and to investigate image quality by examination of parameters such as signal-to-noise ratio (SNR) and Q-factor. A receiver solenoid coil was formed by winding three separate coils of copper tape around an acryl cylinder. The cylinder was supported at each end. A euthanized rat weighing 240 g was used as a subject animal for imaging. A cylindrical plastic tube containing a solution of 0.7 g/L CuSO(4) was used as a phantom. Measured SNRs were 985 in the phantom image 995 in the rat. The Q-factor was 89 in the phantom and 84 in the rat, in the loaded condition. The homogeneity of the radiofrequency (RF) field was good and the resolution of the image was sufficient to distinguish internal organs from one another in the abdomen of a rat. This study has demonstrated that a solenoid coil may be used to produce good quality images of small animals.     

Self-powered wireless thermoelectric sensors

Sensors capable of measuring various performance parameters of an operational power generation unit could help improve system performance and overall efficiencies. For example, measurement of temperatures, temperature differences, or exhaust gas concentrations could provide both a quick quantitative and qualitative assessment of system health and allow for operation of power units with smaller safety margins and therefore higher efficiencies. For this study a technique is presented that can transmit data about an operational system wirelessly in real-time to an external location. For these experiments thermoelectric element leads were connected to a solenoid coil. When the thermoelectric was exposed to a temperature difference a current was generated in the thermoelectric and solenoid coil resulting in a magnetic field. A receiver was then used to measure the changes in magnetic field of the system. Two primary configurations were developed to test this wireless sensor configuration: dynamic and static. For dynamic measurements a pendulum and pneumatic air cylinder were used to simulate a moving component that may pass the external Hall sensor such as a fan or turbine blade. For dynamic measurements it was determined that for accurate results it is very important to maintain the distance constant between the Hall sensor and solenoid coil. For stationary measurements the temperature difference across the thermoelectric was related to output measurements from the Hall sensor. Overall, results show that data can be wirelessly transmitted to an external location using this method.     

磁致伸缩微小驱动器驱动电磁线圈的设计研究

激励磁场强度对磁致伸缩驱动器驱动位移的大小具有决定作用。对于微小磁致伸缩驱动器 ,如何进行驱动线圈的整体设计 ,使小尺寸线圈产生较大磁场强度是本研究的主要目标。通过优选电磁线圈参数Gcoil确定线圈几何结构尺寸 ,并通过建立磁场强度Hcoil与电磁线圈的电流密度Jcoil进而与电磁线圈线径 之间的关系模型计算和优选电磁线圈线径来提高线圈电磁转化率 ,从而增大激励磁场强度是研究的具体方法。针对 7mm× 2 0mm的Terfenol D试样确定驱动线圈几何参数Gcoil=0 .17,线圈电流密度为最大时的线径 =1mm。 1mm线径的电磁线圈 ,经ANSYS计算 ,比线径为 0 .5mm线圈产生的磁化强度提高了 2 5 %     

管坯电磁胀形磁场特性及磁压力分布

电磁成形理论涉及电磁学与塑性动力学,磁压力研究是其理论研究的基本问题之一。采用有限元法是提高磁压力求解精度的有效途径,而确定求解区域及其边界上的磁场特性又是有限元方法的关键问题。采用解析方法求解管坯与线圈同轴放置时的磁场,确定了有限元的求解区域及该求解区域边界上的磁场特性。在此基础上通过有限元计算得到了螺线管线圈和阶梯形线圈胀形时的磁场场景和磁压力分布,并通过管坯自由胀形试验验证了磁压力分布。     

气动电磁阀开启过程的动态响应特性

以二位三通气动电磁阀为研究对象,详细介绍了其工作机理并对磁路进行理论分析。通过ANSYS Maxwell软件建立其二维电磁场分析有限元模型,并进行瞬态运动仿真计算,分析多电磁参数(主气隙宽度、铁磁材料、动铁芯直径、弹簧预紧力、刚度以及线圈加载方式)对电磁阀瞬态响应特性的影响。搭建实验平台,测试线圈加载方式对电磁阀瞬态响应特性的影响,进一步验证了仿真分析的准确性。为类似电磁类产品的设计研发提供了充实的理论依据。