磁致伸缩导波传感器弱小信号接收方法研究

针对磁致伸缩导波检测信号相对较弱,信噪比较低的问题,研究了磁致伸缩导波弱小信号的接收方法。首先确定了双接收线圈差分放大的技术方案,然后研究了接收电路谐振匹配方法和谐振电路的选频特性,最后进行了实验验证。结果表明,双线圈接收并经谐振匹配后的电路接收信号幅值和信噪比有了明显提高,增加电路电感量再进行谐振匹配效果更为明显。该研究结果可为提高磁致伸缩导波仪器检测性能提供一种有效思路。     

地面核磁共振(NMR)找水仪发射机的研制

地面核磁共振找水方法是目前世界上唯一直接找水的地球物理方法。本文介绍一种基于谐振原理的大功率，高精度地面核磁共振发射机。该发射机采用DDS产生当地拉莫尔频率，通过大功率开关电路产生功率方波，由发射线圈和谐振电容产生谐振，实现大功率发射。本设计具有输出功率大，频率精度高，重量轻等优点，已成功用于地面核磁共振找水仪样机中。     

面向超高场核磁共振应用的微型接收线圈制作与实验研究

为实现纳升级微量样品检测,结合商业常规核磁共振3.2毫米探头,本文研究了两种类型的自谐振微型接收线圈。当无线传输能量时,探头螺旋管形成射频脉冲激励能量。而微型接收线圈对该能量进行接收后以样品为作用目标,并采集信号回传,把感应获取的磁共振信号传输到探头螺线管。与现有磁共振探头不同,本文提出Pigtail型和Stripline型微接收线圈结构。实测结果显示,线圈谐振频率达128MHz和935.7MHz,应用于3T超导核磁共振设备初步完成了蔗糖波谱的测试分析实验,表明微型接收线圈对提高谱线分辨率有重要作用。     

一种小型磁谐振式无线电能传输系统的实验研究

针对基于电磁感应的无线充电的Qi标准实现充电的前提是两线圈必须相靠极近且位置相对固定的问题,对磁谐振式无线电能传输技术的原理及模型进行了研究,并分析了几个影响电能传输效率的因素。设计并制作了一种小型磁谐振式无线电能传输系统的发射端线圈,以增加无线电能传输的距离及产生较大范围的磁场,从而使接收端可以在更大范围内移动,接收端线圈则采用了通用的接收线圈以增加系统的实用性。实验结果表明,该系统能正常工作并且发现系统的谐振点,同时发现在该工作状态下传输的电能也最多,同时传输距离也变长。     

新型谐振式传感器研究

讨论了一种新型声波测距系统的机理。由赫姆霍茨谐振器的原理知，容器体积V与其谐振频率ω0之间存在着数学关系；当传感器探头向料仓扫描式发射频率段时，探头同时接收回波并由单片机检测出谐振频率ω0。依据谐振频率ω0值求出料仓体积V，从而求出料位H。谐振式传感器探头由动圈式高频电动扬声器、电容传声器及单片机控制板组成；声波由电动扬声器发射，声波接收采用电容传声器。该传感器可应用在精度要求不高的固态料位、粉状料位和液位的检测。     

低频正弦波形发生器仿真与设计

利用核磁共振方法勘查地下水就是利用一个铺在地面上的线圈发射并接受NMR信号，线圈中需通入某一谐振频率(拉莫尔频率即氢质子在地磁场中的旋进频率)的正弦波作为激发源。欲获得合适的正弦波，分析了谐振电路的频率特性，对低频正弦波形发生器进行仿真，得到相应的仿真结果，从而设计了实际发射电路，并通过室内实验获得与仿真电路一致的结果，解决了将直流电源能量转化为交流能量发射的实际需要。该正弦波形发生器优点在于发射波形没有衰减，且发射电流持续时间可调节。     

高温200℃测井仪器微弱电压信号放大电路设计

针对高温(200℃)测井仪器中的微弱电压信号检测问题,设计一种测量放大电路,包括由并联仪用放大器组成的主放大器、带通滤波器和差分输出电路。实验表明:该电路输入信号幅度范围为40 n V~10μV,频带为500 k Hz~1 MHz,接收电路增益为92 d B,可在环境温度为200℃时可靠工作,信号频带内增益随温度变化小于0.5 d B,满足实际测量要求。实验结果与理论分析和数值计算相符合,可以为高温(200℃)测井仪器中的微弱电压信号测量技术领域的研究工作提供参考。     

空气阻尼对横向振动微谐振器的影响

在一维动力学模型的基础上,对横向振动微谐振器的振动性能进行了研究,并对计入空气阻尼和未计入空气阻尼两种情况进行了比较,在对空气阻尼的计算中,计入了稀薄气体效应.研究发现在低频驱动下,两种计算模型振动幅度非常接近,但是在驱动电压频率与横向振动微谐振器的固有频率接近时,两种模型振幅差别大大增加,振幅差增大的主要影响因素是空气阻尼的作用.同时发现空气阻尼对横向振动微谐振器的谐振频率影响很小.     

用于感应式磁传感器低噪声前置放大器的研制

感应式磁传感器是频率域电磁法(FEM)中使用最广泛的磁传感器,通常由感应线圈和前置放大器组成,其中前置放大电路是影响磁感应式磁传感器性能指标的核心因素。为了增加感应式磁传感器探测深度和微弱磁场信号的能力,要求前置放大电路具有宽频带和低噪声等性能。基于磁通负反馈的原理设计并研制了斩波前置放大器,有效抑制了感应线圈的输出噪声,使感应线圈谐振频率两侧具有平坦的幅频特性曲线,拓宽了感应式传感器的响应频带。在屏蔽室内对斩波前置放大器的性能指标进行了测试,其频带范围为0.001Hz~10 k Hz,输入噪声为槡3.75 n V/Hz,为感应式磁传感器在实际中的应用提供了性能保障。     

谐振式无线电能传输系统频率跟踪技术的研究

针对SP补偿结构的磁耦合谐振式WPT系统在失谐时造成传输效率降低的问题,通过建立串联-并联等效电路模型,分析SP补偿结构的磁耦合谐振式WPT系统的传输效率,得出当负载电阻较大时发射线圈与接收线圈近似工作于同一谐振点,此时可以通过检测发射线圈逆变器输出电压与一次侧电流相位差或检测逆变器输出电压与接收线圈线圈电流来跟踪系统的谐振状态。采用跟踪逆变器输出电压与一次侧电流相位差的方法,用鉴相器将相位差转化为直流电压信号,采用单片机内置ADC对直流信号进行采样,采用PID算法跟踪系统谐振频率。实验表明:采用的谐振频率跟踪方法取得了很好的跟踪效果。     

Analysis of damping resistor’s effects on pulse response of self-integrating Rogowski coil with magnetic core

A self-integrating Rogowski coil with magnetic core is investigated for accurate measurement of high-impulse current in this paper. Usually, the distributed parameters of Rogowski coil generate deleterious high-frequency resonant signal parasitizing in the useful signal of the coil circuit. Damping resistors can be used to eliminate the parasitic resonant component of the signal. In this paper, damping effects of the damping resistors on the output signal of Rogowski coil are studied in detail. According to circuit theory, approximate circuit equations of Rogowski coil with lumped parameters in simplification are put forward. Response signal of coil is analyzed and a reasonable method for choosing damping resistance is also presented. When the 50 Ω damping resistance is used, the amplitude of parasitic resonant signal has been damped by 5.7 times in contrast to the situation without any damping resistance. Result of Pspice circuit simulation corresponds to the theoretical calculation result. A standard 10 ns square pulse has been used to calibrate the coil signal before and after the damping resistors soldering on the coil, respectively. Experimental results show that the response time of the coil with magnetic core is 1.1 ns and the parasitic resonance in the coil signal is almost eliminated. The coil can accurately detect high-pulse current at kA range.     

管道平衡电磁内检测技术串联谐振激励电路研究

针对平衡电磁技术对管道内表面周向、轴向裂纹缺陷检测的灵敏度问题,提出采用串联谐振激励电路增大激励电流,提升检测灵敏度的方法.利用电磁场理论分析了平衡电磁技术激励电流对检测信号的影响,以有限元仿真的方式计算了不同激励电流下检测信号的曲线与幅值,研究了串联谐振电路减小激励线圈阻抗,增加激励电流的机理,设计了基于串联谐振的激...     

核磁共振测井仪AD转换电路设计

本文首先介绍了核磁共振测井回波信号的特殊性及其对电路设计的较高要求,然后,重点通过对AD转换电路分辨率性能的计算与评估,确定了使用外部高性能低TC电压基准源的设计方案,并就AD转换电路的设计原则进行了阐述,最终形成电路设计原理图。     

基于多稳态随机共振的轴承微弱故障信号检测

针对双稳态随机共振模型无法有效处理调制信号的缺点,提出了一种以包络信号为输入信号的自适应多稳态级联随机共振(adaptive multi-stable cascaded stochastic resonance,简称AMCSR)信号强化方法。首先,对振动信号进行包络解调,依据包络信号分布特点,选用与信号分布相匹配的多稳态随机共振模型;然后,以故障特征频率的频谱幅值为指标,采用蚁群算法自适应地优化随机共振模型参数;最后,以噪声为强化源和驱动信号,通过级联随机共振方法对包络信号中的故障特征频率进行逐级强化,获得故障特征成分的强化信号。对实测轴承振动信号的验证结果表明,该方法能够增强故障特征频率成分,有效地提取被其他频率成分淹没的微弱故障信号。     

自振射流频率特性的试验研究

淹没条件下自振射流的频率特性决定着射流的打击效果,而获取射流的压力脉动信号对研究自振射流频率特性至关重要。射流的压力信号通常借助于冲蚀试验和标靶打击试验来间接获得,这里采用喷嘴腔内压力信号提取方法对自振射流频率特性进行试验研究。通过比对分析证明,直接采集腔内压力信号可以有效获取自振射流的频谱特征。与标靶打击试验相比,该方法受随机扰动少,频谱清晰,更有利于自振射流特征频率的提取。在此基础上,通过频谱分析得到自振射流的共振频率,并研究来流参数对自振射流频率特性的影响。试验结果显示,自振射流的共振频率并非是对来流扰动频率的直接放大,且受来流扰动的影响很小。来流速度对自振射流共振频率的影响较大,随着来流速度的增加,自振射流的共振频率及其对应的幅值均显著增加。这表明适当加大来流速度可以有效地改善自振射流的振荡特性。     

低场磁共振信号无源放大电路的分析

文章阐述了磁共振技术的分类及应用 ,重点分析了低场磁共振的技术特点 ,在对磁共振回波信号无源放大电路的功能和结构进行分析之后 ,建立了无源放大电路的简化模型 ,据此简化模型对无源放大电路的放大倍数和带宽等参数作了计算 ,计算结论与实验结果基本一致 ,从而验证了文章的分析结论和电路简化模型 ,给出了同类问题的分析和解决方法     

地面磁共振探水系统的实时抗饱和方法研究

地面磁共振(SNMR)技术是一种非侵入式可直接探测地下水的地球物理方法,具有高分辨率和解唯一性等优点。然而,磁共振信号通常为nV级,需要经过数万倍放大才能被检测到,在强电磁干扰的环境下,放大器极易饱和。为了获取有效的地面磁共振信号,详细分析了放大器易饱和的原因,提出了基于分段放大技术的实时抗饱和方法。硬件系统设计采用FPGA实时调控程控放大器的方式实现系统的增益自适应调节,调节速率达到50 kS/s,后级使用24位高速ADC模块采集信号,全局检测电路实测动态范围达到了132.44 dB。最后,通过室内测试和野外实验验证了该方法在复杂电磁环境下不仅具有抑制放大器易饱和的功能,而且进一步提高了信噪比。提出的实时抗饱和方法,将为有效数据采集的最大化以及地下含水层的高精度反演解释奠定坚实的基础。     

Parametric noise squeezing and parametric resonance of microcantilevers in air and liquid environments

In this work, parametric noise squeezing and parametric resonance are realized through the use of an electronic feedback circuit to excite a microcantilever with a signal proportional to the product of the microcantilever's displacement and a harmonic signal. The cantilever's displacement is monitored using an optical lever technique. By adjusting the gain of an amplifier in the feedback circuit, regimes of parametric noise squeezing/amplification and the principal and secondary parametric resonances of fundamental and higher order eigenmodes can be easily accessed. The exceptionally symmetric amplitude response of the microcantilever in the narrow frequency bandwidth is traced to a nonlinear parametric excitation term that arises due to the cubic nonlinearity in the output of the position-sensitive photodiode. The feedback circuit, working in both the regimes of parametric resonance and noise squeezing, allows an enhancement of the microcantilever's effective quality-factor (Q-factor) by two orders of magnitude under ambient conditions, extending the mass sensing capabilities of a conventional microcantilever into the sub-picogram regime. Likewise, experiments designed to parametrically oscillate a microcantilever in water using electronic feedback also show an increase in the microcantilever's effective Q-factor by two orders of magnitude, opening the field to high-sensitivity mass sensing in liquid environments.