MEMS中永磁材料的微细加工技术研究进展

概述了永磁材料在微机电系统(MEMS)中集成制造方法的研究进展,总结了当前用于制造永磁薄膜的电沉积、溅射、脉冲激光沉积(PLD)和粘结磁体微图形化等4种主要加工技术的优缺点和研究现状,并对未来的发展方向提出了一些观点.     

基于永磁薄膜的MEMS磁传感器设计与制作

提出了一种基于永磁薄膜的新型MEMS磁传感器,磁传感器由MEMS扭摆、CoNiMnP永磁薄膜和差分检测电容等部分组成。分析了磁传感器的磁敏感原理和电容检测原理,提出了器件的结构参数并对器件进行了模态仿真。利用MEMS加工技术成功制作了MEMS磁传感器样品,并进行了测试。测试结果表明:得到的MEMS磁传感器的电容灵敏度可达到27.7 fF/mT,且具有良好的线性度。根据现有的微小电容检测技术,传感器的磁场分辨率可达到36 nT。     

超声相控阵用于无损检测的一种新方法

基于超声相控阵技术的无损检测在工业上已经得到广泛应用,相控阵技术的最大优点就是能快速控制和聚焦阵列换能器发射的辐射声束,根据换能器参数设置的不同,辐射声束也会随之改变。所研究的超声相控阵检测系统,对实时信号进行高速采集,将全部22个晶片发射和接收的信号进行存储,并通过检测系统数据处理软件将所存储数据处理,改善了信噪比,提高了横向和纵向分辨率,完成了被检测处的B扫描成像。实验证明：检测系统在工业无损检测方面有较好的应用前景。     

Improving data perturbation testing techniques for Web services

The widespread use of service-oriented architectures (SOAs) and Web services in commercial software requires the adoption of development techniques to ensure the quality of Web services. Testing techniques and tools concern quality and play a critical role in accomplishing quality of SOA based systems. Existing techniques and tools for traditional systems are not appropriate to these new systems, making the development of Web services testing techniques and tools required. This article presents new testing techniques to automatically generate a set of test cases and data for Web services. The techniques presented here explore data perturbation of Web services messages upon data types, integrity and consistency. To support these techniques, a tool (GenAutoWS) was developed and applied to real problems.     

A blackboard system approach to electromagnetic sensor data interpretation

Abstract: A prototype system for automated defect classification and characterisation of automotive or other components involving two separate inspection sensors, vision and electromagnetic, was developed. This paper concentrates on the development work and issues related to the electromagnetic sensor. In particular, the issues relating to knowledge acquisition and knowledge representation are discussed. For instance, one of the problems which arose during the development work was that it appeared that the reasoning carried out unconsciously by a human was more complex than had been realised and not easily encapsulated as high level knowledge. A blackboard architecture was used to integrate the different areas of expertise required for each sensor to interpret the results of the inspections. The main issue here was in the effective use of the blackboard architecture for intelligent data fusion at all levels to improve interpretation.     

基于扰动观测器的永磁同步发电机最大功率跟踪滑模控制

本文设计了一款基于扰动观测器的滑模控制(perturbation observer based sliding-mode control, POSMC)来实现永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator, PMSG)的最大功率跟踪(maximum power point tracking, MPPT).首先,将发电机非线性、参数不确定、以及随机风速聚合成一个扰动,并通过扰动观测器对其进行在线估计.随后,采用滑模控制(sliding-mode control, SMC)对该扰动估计进行实时完全补偿,从而实现不同工况下的控制全局一致性以及各类不确定环境下的鲁棒控制.同时, POSMC采用扰动实时估计值进行补偿来代替传统SMC中所使用的扰动上限值进行补偿,因此可有效解决传统SMC过于保守的缺点,使得控制成本更为合理.最后, POSMC无需精确的PMSG模型,仅需测量d轴电流和机械转速,易于实现.本文进行了3个算例研究,即阶跃风速、随机风速和发电机参数不确定.仿真结果表明,与矢量控制(vector control, VC)和SMC相比, POSMC在各类工况下均可捕获最大风能并具有较强的鲁棒性.基于d Space的硬件在环实验(hardware-in-loop, HIL)验证了所提算法的可行性.     

Arc perturbation theory of magnetic deflection

A perturbation theory is presented for deflection angles larger than 45°. Several parameters that previously had to be treated perturbatively are handled exactly. The theory can be used for a systematic study of front‐of‐screen errors in slim CRTs. First‐order results are presented and applied to a field configuration with a strongly varying dipole strength.     

基于MSP430磁记忆检测多路信号处理

金属磁记忆检测方法是通过检测铁磁构件的磁场分布情况来诊断和预防设备缺陷的一种新方法。本文设计了一种新的磁记忆检测系统。该系统基于金属磁记忆检测原理,采用MSP430F4794单片机检测铁磁构件的裂纹、诊断评估其应力状态及应力集中区域,为及时处理检测结果提供了新的途径。     

煤气管道壁厚检测传感器

提出了一种基于电磁式漏磁检测原理的传感器,用于煤气管道壁厚检测。介绍了漏磁法壁厚检测原理、传感器结构和工作原理,并通过实验进行了分析、验证。结果表明:传感器的工作原理是正确的,具有较高的检测准确度。     

电工钢片磁化曲线无损检测传感器研究

针对一种电工钢片磁化曲线无损检测传感器进行研究,该传感器利用磁通测量线圈和磁位计分别检测电工钢片特定区域的磁通和磁势,实现钢片磁化曲线的无损检测.为了实现传感器的优化设计,利用ANSYS软件对传感器进行二维和三维仿真实验.同时,通过仿真实验获得不同励磁载荷情况下磁通测 量线圈和磁位计的仿真测量值;对检测到的信号进行曲线拟合,求得被测电工钢片的基本磁化曲线.仿真实验验证了该传感器检测方案的正确性和优化设计的可行性,并为实际应用提供了根据.     

基于远场涡流法的管道缺陷识别的有限元仿真研究

远场涡流(RFEC)法是无损检测的重要方法之一,相对于其他无损检测技术而言更具优势。在基于远场涡流原理的基础上,利用有限元方法对远场涡流现象和二维轴对称缺陷进行了仿真和分析。首先,从麦克斯韦方程出发,对远场涡流进行数学建模,为有限元分析提供理论指导;其次,利用有限元法建立仿真环境,并对远场涡流现象进行二维仿真,借此设计出实验装置并确定了激励参数;最后,对轴向上不同位置、宽度和深度的缺陷进行分类对比仿真,研究了缺陷信号间的相互作用,确定了缺陷量化特征量,优化了缺陷信号。为以后的三维仿真和缺陷位置、尺寸及管道耗损的定量识别提供了理论依据。     

射线管道爬行器用磁传感器

介绍一种用于射线管道爬行器定位和控制的管道爬行器电磁传感器,利用低频交变磁场能穿透钢制管道壁的原理。它由位于管道外部的磁发射器和管道内部的磁接收传感器组成,磁发射器由电池、稳压电路、直流电动机和钕铁硼永磁旋转体组成,由电池经稳压供电的直流电动机带动钕铁硼永磁旋转体旋转;磁发射器在管道外表局部空间产生交变磁场,在管道内部形成漏磁场,磁接收传感器由感应线圈、限幅器、仪表放大器、检波电路、积分电路、比较电路和防抖电路组成,输出一个开关量信号供爬行器使用,经过长期大范围使用,达到了代替原来放射性物质控制的作用,定位精度满足射线透照要求。     

钢丝绳磁检测中漏磁场的有限元分析

为了考察钢丝绳断丝产生的漏磁感应强度大小,为磁检测系统中传感器的设计提供依据,采用有限元法计算了钢丝绳断丝产生的漏磁感应强度。结果表明:钢丝绳断丝产生的漏磁感应强度是沿着远离钢丝绳表面的方向减小的,利用有限元分析可为传感器的设计提供理论依据和参考。     

基于JFET的低噪声感应式磁传感器设计

在航空瞬变电磁（TEM）大深度测量时,由于飞行过程中共模噪声和天电噪声的引入,致使传统感应式磁传感器（IMS）探测灵敏度降低,无法满足地质探测深度的需要。为了增加IMS探测微弱磁场信号的能力,通过理论分析IMS的物理结构和前置放大电路的机理,研究了噪声引入的主要来源,建立了基于结型场效应晶体管（JFET）的IMS等效模型,设计了一种低噪声IMS。通过在屏蔽室内对所研制的IMS性能进行测试,结果表明：其输入噪声为2nV/Hz1/2@10 kHz,3 dB响应带宽达到42 kHz,较3D—3磁传感器信噪比提高了10.04dB,为其在实际项目应用提供了可靠的性能保障。     

A microfluidic sensor based on ferromagnetic resonance induced in magnetic bead labels

This report details preliminary studies towards the development of a microfluidic sensor that exploits ferromagnetic resonance, excited in magnetic bead labels, for signal transduction. The device consists of a microwave circuit in which a slotline and a coplanar waveguide are integrated with a biochemically activated sensor area. The magnetic beads are immobilized in the sensor area by bio-specific reactions. A microwave signal applied to the slotline is coupled to the coplanar waveguide only in the presence of magnetic beads at the functionalized sensor area. Ferromagnetic resonance in the beads further enhances the coupling. This inductive detection technique lends itself to miniaturization, is inexpensive to fabricate and can be adapted for the detection of a wide range of molecules for which bio-specific ligands are available.Experimentally, the variation of the output signal as a function of the location of magnetic beads was studied for the proposed technique. Subsequently, a prototype device was constructed by biotinylation of the sensor area and integration with a microfluidic chip fabricated in polydimethyl siloxane (PDMS). Preliminary experiments were conducted on this prototype using streptavidin-functionalized magnetic beads as labels. It was shown that the magnetic beads, immobilized at the sensor area by streptavidin-biotin linkage, produced a distinct ferromagnetic resonance response easily discernable from the background signal.     

基于超声衍射时差法的缺陷检测技术仿真分析

采用有限元方法对超声衍射时差(TOFD)检测技术进行分析.首先使用COMSOL有限元分析软件对超声TOFD检测技术建模;而后基于该模型分析超声波的产生、传播和接收过程;最后通过改变模型参数,研究缺陷几何尺寸对超声TOFD检测信号的影响.研究结果表明:超声TOFD信号中直通波、上端衍射波、下端衍射波、底面反射波信号的相位依次变化180°;当缺陷位于工件上表面或下表面时,探头只能接收到四种基本超声信号中的一部分.     

脉冲漏磁检测技术中新型传感器设计及实验验证

漏磁检测法广泛应用于铁磁性材料的缺陷检测.应用有限元法对一新型脉冲漏磁传感装置下钢管缺陷产生的漏磁场进行了仿真分析,仿真结果表明提取缺陷漏磁场三维分量进行缺陷识别,相比较传统的提取一维或二维缺陷漏磁场分量而言,可获取更多有关缺陷尺寸、位置等信息,提高对缺陷的识别能力.采用所设计的新型脉冲漏磁传感器,对脉冲漏磁三维检测分量信号进行了分析,由三维检测信号峰值扫描波形可有效识别缺陷,并评估缺陷长度、深度等信息;实验结果与仿真分析有较好的一致性.     

基于平面阵列电极传感器的ECT系统设计

设计了基于平面阵列电极传感器的电容层析成像(ECT)系统.由平面阵列电极传感器ECT系统和计算机成像界面组成,采用电容的边缘效应测量原理,对复合材料的损伤、缺陷进行检测.结果表明:在介电常数ε=3.5的玻璃块材料为被测对象的条件下,得到的ECT图像分辨率高、伪影少.由此表明:该系统是一种简单有效、图像重建效果优良的无损检测(NDT)系统.     

飞机复合材料的现场电子剪切散斑检测技术

分析了电子剪切散斑干涉检测技术的光学和数学原理,剖析了渥拉斯顿棱镜的构造,推导出了剪切散 斑条纹图的数学表达式．在此基础上,设计了适于现场使用的便携式剪切散斑检测系统,编制了检测软件,对蜂窝 结构复合材料进行了大量检测实验,分析了加载量和条纹级数的关系,最终,取得了满意的使用效果．     

高灵敏巨磁阻抗小型磁传感器研制

利用单辊快淬法制备了CoFeNiSiB非晶薄带,经过400 A/mm2电流密度、20 ms脉冲间隔条件下的脉冲退火后具有较好的弱磁场灵敏性能.以该带材为磁敏材料,基于纵向驱动方式研制了一种巨磁阻抗(GMI)磁传感器,该磁传感器尺寸小、灵敏度高、频率响应好,±0.05 mT弱磁场范围内灵敏度可达到44.15 V/mT,在高灵敏度小型磁传感器领域具有较大的应用潜力.