用于主动控制胶囊内窥镜的磁驱动导航仪的设计

为克服传统推拉式内窥镜和被动式无线胶囊内窥镜的缺点,提出了一种用于主动控制胶囊内窥镜的磁驱动导航仪,该系统包括可动病床和磁源支架两部分,采用稀土永磁体产生外磁场,通过机械结构控制外磁场与胶囊磁壳的相互作用实现对胶囊的主动控制。在模拟肠道环境下对磁驱动导航仪进行了体外试验。试验结果表明磁驱动导航系统不仅能实时控制胶囊在模拟肠道中的位置,并能实时调节胶囊的姿态,极大地提高了无线胶囊内窥镜的检测效率。     

应用磁传感器阵列定位跟踪消化道诊疗胶囊

为实现对消化道微型诊疗装置在人体内的实时定位与跟踪,建立了一种基于三轴磁传感器阵列的磁目标实时定位跟踪系统.该系统使用磁偶极子模型作为永磁体的磁场分布模型,用4×4的三轴磁传感器阵列检测固定在电子胶囊中的永磁体产生的磁场,通过控制电路和USB接口适配器,将检测出的磁场信号传入计算机,使用非线性最优化方法由磁场信号解出电子胶囊的位置和姿态信息,最后由定位软件实时显示定位结果并保存数据.实验结果表明,该系统对于距离传感器阵列平面150 mm的电子胶囊,平均定位精度＜7 mm,平均定向精度＜6°;同时,该系统能够对距离传感器阵列平面60～220 mm的模拟肠道内运动的电子胶囊实现实时跟踪;并且该系统对人体、织物、塑料等非磁性介质不敏感,基本上能够满足消化道微型诊疗装置在人体内的实时定位与连续跟踪的要求.     

高背景磁场下的差分磁定位算法及应用

为了有效去除高背景磁场对永磁体定位的磁干扰,本文提出了一种高背景磁场下的差分磁定位算法.在背景磁场大小和方向均相等的两位置点处布置一组磁传感器,每组传感器均采用差分放大电路,共八组通路.在高背景磁场下,运用差分磁定位算法反演永磁体的位置和姿态.并将该算法应用于外磁场导向的仿生微型机器人,设计了定位硬件系统.通过实验验证了此差分磁定位算法可以较好地反演该仿生微型机器人位置和姿态.     

漏磁探伤机励磁元件分析仿真与优化

针对目前常见的漏磁探伤机能耗高、发热大、结构复杂笨重等缺点,设计一种用稀土永磁体代替励磁线圈的新型漏磁探伤机.对磁场学基本公式进行推导与分析,得出提高永磁体的利用率以及改善磁场均匀性的一般性规律,利用Maxwell有限元分析软件对新型漏磁探伤机的励磁回路进行分析仿真与优化,设计出五种参考模型并进行对比.生产出新型漏磁探伤机励磁部件实物样品,利用磁力计验证仿真与优化的正确性,为漏磁探伤机的升级换代提供全新的思路.     

基于磁传感器阵列的消化道微型诊疗装置定位跟踪方法

实时定位与跟踪是消化道微型诊疗装置实际应用中必须解决的关键问题。提出了一种基于三轴磁感传感器阵列的实时定位跟踪方法,使用磁偶极子模型作为永磁体的磁场分布模型,用4×4的三轴磁感传感器阵列检测永磁体的空间磁场,通过控制电路和USB接口适配器将检测出的信号传入计算机,最后由定位程序使用非线性最优化方法由磁场信号解出永磁体的位置和姿态信息。设计了磁定位系统,建立了三维实验平台,并开展了定位,模拟肠道轨迹跟踪和介质材料影响等实验。实验结果表明该系统能够对内置小型永磁体的电子胶囊的位置和姿态进行非接触测量,对于距离传感器阵列平面150mm的电子胶囊,平均定位精度小于7mm,平均定向精度小于6度,该系统能够对在距离传感器阵列平面80mm至250mm的模拟肠道内运动的电子胶囊实现轨迹跟踪,并且定位精度对人体、织物、塑料等非磁性介质不敏感。该系统基本能够满足消化道微型诊疗装置在体内的实时定位与连续跟踪的要求。     

永磁型磁流变液联轴器的磁路设计及性能研究

采用永磁体作为磁流变液联轴器的磁源,设计出一种新型的永磁型磁流变液极限联轴器。磁流变液的工作间隙尺寸远小于永磁体的轴向尺寸,可忽略端部效应,将磁流变液联轴器的磁场求解简化为二维平面磁场。基于磁路设计的基本原理,采用有限元分析软件,对永磁型磁流变液联轴器的磁场分布进行模拟,并研究了不同工作间隙对磁场分布及磁流变液剪切应力的影响,推导出永磁型磁流变液联轴器传递的极限力矩与相关设计参数的关系。     

基于有限元分析法的静磁场磁路优化设计

文中采用磁欧姆定律法对永磁体磁路进行粗略估算,设计了一个内屏蔽式静态磁路,运用基于有限元数值分析的仿真软件Multiphysics,对优化的设计方案进行仿真计算分析.对模拟出的磁场分布进行分析得出,此设计方案可以将磁场很好地集中在特定区域,有望充分发挥磁性材料的性能.     

基于TRIZ的药物释放胶囊驱动机构的创新设计

分析了药物释放胶囊驱动机构存在的问题,并采用TRIZ技术对胶囊的驱动机构进行了创新,用电磁线圈与永磁体组成的驱动机构代替原来低效、复杂的电动机螺杆驱动机构,通过创新前后性能之间的对比,肯定了新方案的价值.     

磁流体动力学陀螺磁场均匀性分析及优化设计

为了改善磁流体动力学陀螺的低频响应,提出了将磁流体动力泵技术应用于磁流体动力学陀螺研制的方法,并用ANSYS对其磁路结构进行三维仿真。仿真结果表明,磁感应强度不均匀度远大于10%,严重影响传感器的精度。通过有限元仿真方法分析不同永磁体对工作间隙磁场的不同影响,并在结构设计中去除对磁场不均匀度影响较大的永磁体,最后通过合理的磁路设计方法,在实现工作间隙所需磁场的同时降低磁场的不均匀度。仿真结果表明:磁感应强度不均匀度小于10%。     

空间磁信标定位系统的信源结构设计

磁信标导航定位系统的信源主要有永磁体磁信标和通电螺线管磁信标两种,基于毕奥-萨伐尔定理提出了锥形组合结构和平面交叉组合结构的永磁体磁信标设计方案,通过与现有的单永磁体信标及正交永磁体信标进行对比,得出锥形组合结构磁信标在与平面夹角为70°时产生的磁场信号性能最佳,在二维平面内能够明显提高信号的指向性;设计磁体夹角为60°的平面交叉组合信标,改善了现有信标存在信号盲区的问题并且提高了信号的传输距离。针对平面交叉组合旋转磁信标分析一元组合信标与二元阵列组合信标产生的磁场性能,仿真结果表明,在不同属性的传播介质中阵列布设信标产生的磁场信号鲁棒性更好。利用NdFeB永磁体材料搭建信号检测分析系统,在基线为5 m,信标旋转角度差值为0时,两种信标布设方法产生的最大误差分别为3.55 nT和5.80 nT,证明了所设计的磁信标结构的实用性,为磁导航定位系统的信号传输距离有限、信号提取困难等问题提供了有效地解决方案。