基于Overhauser传感器的近地表UXO磁梯度法探测技术

实现对UXO的有效探测对保障战时己方人员安全与装备机动,以及战后人民生命财产安全和地区经济发展都具有重要的意义。目前,我国在UXO探测领域,方法理论研究方面,存在基础相对较薄弱、相关文献很少的问题;探测仪器方面,存在传感器灵敏度低(不能分辨小型航弹产生的微弱异常场)、信号提取手段落后的问题。针对这些问题,通过采用磁梯度探测方法、高精度Overhauser传感器来提高UXO探测灵敏度。首先,建立了适合航弹磁法探测的三度体的圆柱体模型,并对航弹的ΔT磁异常和垂直磁梯度异常进行了数值模拟和比较;然后,进行了背景磁场干扰和物理模型实验,验证了磁梯度法的可行性和优势;在此基础上,研究了动态核极化效应、自由基物质、Larmor信号的处理和抗干扰设计,并最终研制了基于动态核极化效应的Overhauser传感器及样机,在人工磁场发生空间中的测试结果表明其不确定度和国外主流传感器一致,均为0.3 nT。最后,在野外进行了对25 kg航弹的探测实验,测试结果表明其极限探测距离可以达到2.5 m,优于国产现役的探测器。     

基于磁场梯度测量的磁记忆试验

金属磁记忆检测是无损检测领域的新技术。为探索以磁场梯度为判据的磁记忆检测方法,采用自制的专用磁场梯度检测仪,在地磁场环境对棒状低碳钢进行拉伸试验。结果显示磁场梯度与应力的关系随测量方法不同有很大差异。当将试件原位放置在拉伸机上测量时,磁场梯度与应力之间没有确定的关系;当将试件从拉伸机上取下测量时,磁场梯度与近期曾经受到的最大应力成线性关系。通过测量铁磁性构件表面的磁场梯度,为非破坏性测量应力提供新途径。另外,磁记忆信号会随试件取下后搁置时间而逐渐减弱的事实,表明用金属磁记忆技术检测应力集中具有时效性。     

基于磁场梯度测量的脉冲涡流检测关键技术研究

提出一种新型脉冲涡流检测技术,将广泛应用于医学核磁共振成像、超导量子干涉仪的磁场梯度测量技术引入到脉冲涡流检测技术中,以提高脉冲涡流检测金属构件表面缺陷灵敏度。通过仿真和试验,着重分析了脉冲涡流检测表面裂纹的扫描结果。研究发现,磁场梯度信号较磁场差分信号具有更高的检测灵敏度,验证了所提出技术的有效性。     

Overhauser磁力仪初步设计

针对国产仪器功耗大、测量精度差、不稳定的问题,初步设计了基于overhauser效应的核子旋进磁力仪.该仪器将核的overhauser效应用到测磁中来,采用超低功耗单片机作为主控CPU,运用新型CPLD器件实现高精度频率测量.给出了overhauser磁力仪的工作原理、系统硬件框图及探头的配谐,设计了等精度测量频率方法,分析了测频精度误差,说明了程序设计内容及要点.结果表明:该磁力仪精度高、功耗低、稳定性强、功能丰富.     

基于高梯度磁场结构电感式油液污染物检测传感器研究

机械设备油液中不可避免会引入一些污染物,这些污染物会对设备的正常运行造成影响,尤其金属磨粒。在一定程度上,磨粒的属性反映着设备的磨损状态。目前检测磨粒的方法有很多,而电感检测法因结构简单而被广泛应用。传统的电感检测法精度不高,此研究在检测线圈的两侧贴上开有矩形槽的高导磁坡莫合金,可以使磁场向感应区域聚集。先通过仿真对比分析了不同坡莫合金结构的磁场强度,结果表明三角形槽的结构磁场集中但不均匀,矩形开口槽有更高的磁场强度,磁场分布均匀且集中。然后根据仿真结果进行相关实验,结果表明加入矩形槽的坡莫合金后,铁磁性金属颗粒检测信噪比提升20%,检测下限提升至30μm;非铁磁性金颗粒检测信噪比提升70%以上,检测下线提升至100μm,传感器检测精度明显提高。此研究提供了一种高精度电感检测方法来检测油液中的污染物,这对于油系统的寿命诊断和健康监控具有重要意义。     

非晶丝GMI效应频率谱和锁相环电路磁场传感器

采用HP4191A型阻抗分析仪和专门为测量非晶丝GMI效应而设计的专用装置,研究了测量电流频率钴-铁-硅-硼(Co-Fe-si-B)非晶丝GMI效应的影响.对于经冷拔、真空退火和张应力退火制成的非晶丝,当测量频率由1MHz、5 MHz、10 MHz、20 MHz、30 MHz、40 MIz…,改变到400 MHz时,GMI比值、[Z-Z0)/Z0]、对外加磁场(Hex)的关系曲线都呈现正GMI效应的特征,其峰值和曲线的最大斜率先是不断增加,直到极大值,然后下降,极大值约为60～100MHz.据此,设计了测量电流频率可变的压控振荡器电路GMI磁场传感器,在75 MHz下,传感器的磁场测量灵敏度达到0.4 mV/nT.     

考虑磁场的磁流变效应Bingham建模

作为可控智能材料,磁流变体在车辆减振器、发动机悬置等减振领域应用日趋广泛。磁流变效应表现为在磁场作用下,磁流变体的剪切屈服应力将显著增长,从液态转变为半固态。通过考虑磁场条件下的磁流变效应 Bingham建模,研究了不同激励电流和剪切速率条件下磁流变体的轴对称环状间隙流动。同时,研究不同间隙宽度、不同粘度和不同剪切速率条件下,阻尼力随激励电流的变化关系。     

基于非晶带GMI效应新型弱磁场传感器

利用退火处理后的Co66.3Fe3.7Si12B18非晶带作为敏感元件,研制出一种基于非晶带GMI效应的弱磁场传感器。分析了传感器的工作原理,设计了该传感器的信号处理电路,并对传感器的测量范围、线性度等性能进行了标定。传感器可应用于地球磁场、环境磁场等微弱磁场检测领域。     

均匀梯度磁场作用下的磁性流体摩擦性能试验研究

采用激光微加工技术制作不同孔径与密度的表面织构的摩擦副试样,设计制造一对可产生均匀梯度磁场的亥姆霍兹线圈,将其安置于改造后的UMT3摩擦试验机中,使摩擦副能在均匀梯度磁场内进行摩擦试验。以磁性流体为润滑油,考察不同载荷、运动频率下,不同表面织构的摩擦副试样在均匀梯度磁场作用下的摩擦性能。结果表明:适当孔径与密度的表面织构能提高磁性流体的摩擦性能;摩擦副表面织构在均匀梯度磁场作用下抗磨性能和极压性能明显提高;摩擦因数随均匀梯度磁场强度的增大而显著减小。     

基于圆环磁体阵列的线型零磁场系统研究

磁性粒子成像是一种新型示踪剂成像技术,该技术利用磁性粒子在零磁场中的非线性磁化特性对被测物进行成像,其中零磁场的精细度决定其空间分辨率,而零磁场的精细度由空间磁场梯度决定。为了提高空间分辨率,设计了能产生大磁场梯度的静磁场结构,将其与驱动结构组合成线型零磁场系统。首先设计了基于圆环磁体阵列的静磁场结构,利用大梯度的静磁场构造精细线型零磁场;其次设计了基于亥姆霍兹线圈的驱动结构及其驱动方式,确定线型零磁场扫描范围与驱动电流之间的关系;最后计算线型零磁场系统的空间分辨率,研究磁场梯度、粒子粒径与空间分辨率之间的规律性。实验结果表明:基于圆环磁体阵列的静磁场结构产生的磁场梯度为4.804 T/m,当使用30 nm磁性粒子作为示踪剂时,系统的空间分辨率为0.540 mm,此时线型零磁场能在30 mm的范围内对被测物进行平移扫描。证明了基于圆环磁体阵列的线型零磁场系统用于提高磁性粒子成像分辨率的可行性。     

基于隧道磁阻传感器的车辆探测器研究

设计了一款基于隧道磁电阻传感器(TMR)的车辆探测器。通过理论分析与仿真,确定了车辆探测器的关键指标。对车辆所产生的磁异常信号进行了测量与分析,并根据磁异常信号的特征设计了专用检测电路。在此基础上,对车辆探测器的线性度、噪声、带宽、检测距离、有效探测率等性能指标进行了标定和测试。测试结果表明,该车辆探测器的最远探测距离可达4 m,在3.5 m的探测距离内有效探测率达100%。该车辆探测器拥有精度高、线性度好、体积小、功耗低等优势,适用于高灵敏度的运动车辆目标检测和探测。     

Magnetic field effect on strain wave localization

Strain wave localization processes in constructional elements are considered. The effect of a magnetic field on the wave localization is studied.     

基于梯度强化的微机器人磁场驱动建模研究

磁场驱动技术在微机器人操作领域已成为当前的研究热点.设计了一种梯度增强型磁场驱动系统,首先建立铁芯末端模型并设计末端形状,利用有限元法优化铁芯线圈参数以达到磁感应强度、磁场梯度、磁场均匀性和工作空间等系统指标要求;其次对所设计的磁驱系统进行ANSYS仿真和实验测试,得出该磁驱系统工作空间中心的最大磁感应强度为73.93...     

Motion analysis on the particles in a magnetic field detector

This paper, as the title indicates, deals with the depositing mechanism of the particles under the magnetic field in the lubricant for on-line ferrograph or oil analysis. Lubricant, containing ferromagnetic particles, is taken as the multiphasic ferromagnetic fluid in ferrograph detecting. By measuring and regressing, the distribution formulas of magnetic density and magnetic density gradient of an electromagnet are gained. The variance law of viscosity of lubricant in the non-uniform magnetic field is studied and a viscosity formula is put forward. The motion law of ferromagnetic particles in the non-uniform magnetic field is studied and a standpoint is put forward, which is that the ferromagnetic particles cannot achieve a constant sinking velocity in a non-uniform magnetic field. The factors influencing particles motion, such as particle diameter, ratio of particles volume and air bubbles, are also studied. Some results are obtained and discussed, which are of practical significance in the research and design of on-line ferrograph and other methods of on-line oil monitoring.     

A detector for the pulsed nuclear quadrupole resonance spectrometer

An increase in the sensitivity of a pulse-type detector for the nuclear quadrupole resonance spectrometer has been attained by optimizing the delay time for switching on the receiver after termination of an excitation pulse and by using an original circuit of the synchronous detector with a high dynamic range of 100 dB. The sensitivity of the nuclear quadrupole resonance spectrometer improved by using the developed detector is about twice as great as the spectrometer sensitivity before its upgrading. The spectrometer is capable of detecting 0.5 g of sodium nitrite.     

Magnetic field effect on fluid flow characteristics in a pipe for laminar flow

The influence of a magnetic field on the skin friction factor of steady fully-developed laminar flow through a pipe was studied experimentally. A mathematical model was introduced and a finite difference scheme used to solve the governing equations in terms of vorticity-stream function. The model predictions agree favourably with experimental results. It is observed that the pressure drop varies in proportion to the square of the product of the magnetic field and the sine of the magnetic field angle. Also, the pressure drop is proportional to the flow rate. This situation is similar to what applies in the absence of a magnetic field. It is found that a transverse magnetic field changes the axial velocity profile from the parabolic to a relatively flat shape. At first, the radial velocity rises more rapidly and then gradually decreases along the pipe until falling to zero. A numerical correlation can be written for the considerable distance required for the new axial velocity profile to establish. Owing to the changes taking place in the axial velocity profile, it exhibits a higher skin friction factor. The new axial velocity profile asymptotically approaches its limit as the Hartmann number becomes large.     

基于FPGA的固定频率车辆检测器

频率固定车辆检测技术可以显著降低因相邻车遭干扰而导致的检测错误。利用精密模拟调理器、DDS，FPGA等技术实现了频率、灵敏度可调的高灵敏度．高可靠性车辆检测系统。实际测试表明，系统可以在10ms内对线圈电感量0．02％的变化作出响应，从而为检测线圈感抗变化提供了一个有效的手段。     

基于ARM的浅层气检测仪

针对地质勘察和地下建筑施工中存在的浅层气泄漏与喷发等安全问题,对浅层气的危害及其特性进行了研究,对目前在用的的浅层气检测的方法进行了归纳,提出了一种基于ARM-Linux技术的便携式浅层气检测仪用于检测以甲烷与二氧化碳为主要成分的浅层气。采用非色散红外吸收(NDIR)原理的气体传感器检测浅层气中CH4与CO2的浓度。利用微处理器S3C2440集成的ADC单元进行了数据采集,设计了一种双通道ADC单元Linux驱动程序以实现两路模/数转换,采用防脉冲干扰平均滤波算法实现了测量数据的软件滤波。将采集到的浅层气浓度数据存入了SQLite数据库。使用Linux操作系统中集成开发环境Qt Creator设计了仪器界面,可分别显示实时浓度、历史数据及数据曲线。最后,根据流量比混合法在浅层气测量实验台配置出不同标准浓度的气体并进行了测量实验。研究结果表明,该检测仪运行稳定可靠、重复性较好,具有较好的实用性。     

基于二象限探测器的离焦探测

为同时获取离焦方向和离焦量,二象限探测器是最简探测器。在由二象限探测器构成的离焦探测系统中,当光斑移动方向与探测器分界线有一固定或变动夹角时,将引起离焦曲线变化或不稳定。此外,实际的探测器所具有的死区也会影响离焦曲线,同时还限制离焦动态范围。由除法构建的离焦算法,已被用于激光直写中离焦探测部分的设计。