量子磁力仪评说

作者在本文中全面扼要地论述了各种量子磁力仪的基本原理、研究和开发方面的进展以及应用情况。量子磁力仪包括核子旋进磁力仪(质子、He3)、欧弗豪泽-阿布拉姆质子磁力仪、光泵磁力仪(He4、K、Cs、Rb)、原子磁力仪和超导磁力仪。重点介绍了:1)法国和加拿大制造的欧弗豪泽-阿布拉姆质子磁力仪,这种磁力仪可能接替质子磁力仪;2)欧洲航天局考虑用作卫星磁测的新型He4光泵磁力仪,由法国J.M.Le-ger等研制(美国帕拉托密克公司的R.E.Slocm博士等也独立地作了类似的研究和开发工作),采用可调谐激光器作光源(利用D0线),灵敏度很高,各向同性良好;3)气态碱金属(K、Cs、Rb)光泵磁力仪(目前仍用元素灯作光源,利用D1线),应用广泛;4)美国普林斯顿大学物理系M.V.Romalis教授和华盛顿大学物理系的J.C.Allred等研制成的一种新型原子磁力仪,完全利用光学方法测量磁场,灵敏度达到0.54fT／Hz1/2(1fT=10-15T,fT,飞特),将来可能达到10-18T;5)超导量子干涉磁力仪,这种磁力仪在4°K条件下工作时,灵敏度最高,达到1fT／Hz1/2,而且测程大,频带很宽(0-n×106Hz),能够响应快速变化的磁场,最近出产的高温超导磁力仪(HTC SQUID),比较轻便,不仅可作磁测,而且可用于电磁法测量。

量子磁力仪研究和开发近况

介绍了核子旋进磁力仪、欧弗豪泽磁力仪、光泵磁力仪、超导磁力仪和原子磁力仪研究和开发近况,提出了开展研究工作的建议。

磁力调控驰振压电-电磁复合俘能器设计与研究

为避免驰振俘能器高流速下PZT损坏,使其能在复杂工作环境中具有稳定的输出特性,该文提出了一种利用磁力控制悬臂梁振动幅值的压电-电磁复合俘能器(GPEEH)。引入的非线性磁力可以调控钝体的振幅,提高驰振压电俘能器(PEH)的输出稳定性,改善其对高风速环境的适应性,且能够增加复合俘能器的输出电压。在搭建风洞实验平台和制作实验样机的基础上,研究不同负载电阻、风速、关键结构参数d 0和d 1对俘能器输出特性的影响规律。实验结果表明,当PEH钝体的振幅被磁力限制在一定区间时,钝体的振动频率和速度随着风速的升高而逐渐增加。风速为11.5 m/s时,PEH振动主频率(6.3 Hz)是风速为8.4 m/s时PEH振动主频率(4.3 Hz)的1.4倍。当风速为12 m/s,GPEEH的输出功率为6.18 mW,相较于单一驰振压电俘能器的输出功率提高了47%。其中当风速达到10.5 m/s时,PEH和电磁俘能器(EEH)的输出功率均趋于稳定。

大型发电机端部绕组电磁力物理数字孪生建模

为了在“智慧汽轮机”中更好地结合物理信息模型先验知识与数据驱动模型,并向真实机组模型迁移试验模型,进一步实现可靠的实验室数值仿真数据和真实运行数据互相印证与混和建模驱动,以600 MW大型汽轮发电机为研究对象,建立融合演进因素的汽轮发电机定子绕组本体模型,提出集成数字孪生智能绕组研究框架,并提出智能绕组内涵的形式化定义。基于镜像法、气隙回转电流应用叠加法、毕奥-萨伐尔定律和安培力定律建立定子端部绕组电磁力的数学机理物理信息模型。对有限元电磁力和数字化电磁力进行了分析对比,验证了所建立电磁力数字化物理信息模型的合理性。对比分析振动响应结果,进一步验证了数字化电磁力物理信息建模的正确性以及有限元电磁力对比验证的正确性。研究将对“智慧汽轮机”运维的振动动态基于物理机理与数据驱动混和建模的数字孪生故障诊断与预测提供有力的支撑。

子午工程二期感应式磁力仪

地球的感应磁场是空间电流体系在地球内部感应而成的电流所产生的磁场.通过地球感应磁场的观测,既可以了解空间电流体系的信息,也可以了解地球内部电性结构等信息,是研究空间天气事件和地震圈层耦合机理的重要物理参量.子午工程在我国大陆和南极地区东经120°、100°和北纬30°、40°线附近布设呈“#”字型分布的多台(套)感应式磁力仪,开展固定、长期、连续的地球感应磁场测量.子午工程一期配置有14台(套)由乌克兰生产的LEMI-30型感应式磁力仪,自2009年开始观测,至今一直正常运行,并将与子午工程二期并网融合运行.子午工程二期将布设13台(套)感应式磁力仪,计划于2023年投入运行,与子午工程一期已布设设备共形成27台(套)的感应式磁力仪观测网.子午工程二期感应式磁力仪由我国自主研制,磁芯采用高磁导率的新型合金材料,通过采用多片叠加技术,有效聚集磁场,增强感应输出信号,提高传感器对微弱信号的拾取能力.研制方出厂测试、中国计量科学院测试以及在高淳地震台较长时间的实际观测,结果表明,子午工程二期采用的感应式磁力仪的频带范围宽,可达0.001~30 Hz,灵敏度高,分辨力达10 pT,长期运行稳定好.

基于凸型线圈双向电磁力加载的管件电磁翻边成形

传统线圈电磁力单一导致管件翻边角度不佳。本文提出采用凸型线圈管件翻边的方法,通过设计新型线圈,同时为管件翻边提供双向电磁力。建立了两组模型,分别采用传统线圈和凸型线圈驱动管件发生电磁翻边成形,探讨分析了两组管件模型翻边成形过程中的电磁力矢量以及变形速率的变化。结果表明,凸型线圈加载管件翻边时提供的双向电磁力极大地提高了管件变形的流动性,从而提高了翻边角度。此外,相同放电参数下基于凸型线圈的管件翻边角度较传统线圈提高了1.25倍。显然,新型线圈能够在一定程度上改善管件电磁翻边的质量问题,为电磁翻边成形的工业化应用提供更多可能。

高温超导磁力传动的发展现状及前景

鉴于高温超导材料具有高载流、强捕获磁场特性与迈斯纳效应,将高温超导材料应用于磁力传动装置,可在实现无接触转矩传输的同时,显著提高转矩密度、传动效率等性能。国内外已开展高温超导磁力传动的理论与应用研究工作,并取得了相应的进展。以高温超导磁力耦合器和高温超导磁齿轮为研究对象,通过调研国内外相关文献,从结构及原理、建模与分析两方面综述高温超导材料在磁力传动领域的研究现状。在此研究基础上,进一步探讨高温超导磁力传动研究在创新拓扑结构设计、冷却与供电、超导磁体交流损耗、复杂传输特性的多目标优化所面临的问题及未来发展前景。

大气隙外笼型转子磁力耦合器设计及性能研究

采用Halbach单侧聚磁特性,设计出了一种大气隙外笼型转子磁力耦合器(Long Air Gap External-cage Rotor Magnetic Coupler,LAEMC),并分析了其运行特性、调速特性及散热特性,推导出LAEMC电磁转矩解析表达式,据此分析了结构参数对电磁转矩的影响,得出了不同磁化比的Halbach结构对LAEMC电磁转矩的影响规律;根据LAEMC的运行特性,分析了其在离心式负载、恒功率负载及恒转矩负载的调速特性,表明其仅适合离心式负载调速并具有良好的节能效果;在离心式负载转差率为33%处的最大功率损耗点对LAEMC进行热仿真计算,得到永磁体工作温度约为60℃,而通过气隙与之相隔的笼条温度约为360℃,两者温度差达300℃以上,表明所提出的大气隙外笼型转子磁力耦合器———LAEMC在离心式负载上既具有良好的运行特性也具有良好的隔热效果。

基于MEMS加速度计与磁力计的位移计设计

基坑水平位移监测是基坑安全的重要检测项目之一。针对现有的阵列式位移计在基坑水平位移监测中容易产生扭转误差的问题,设计了一种基于MEMS加速度计与磁力计的位移计,能够同时满足基坑水平位移与沉降位移监测的需求。介绍了位移计自动化实时监测系统组成。对位移计的结构以及监测节的硬件电路进行了设计,并制作完成了位移计样机。阐述了位移计通过对加速度计与磁力计的数据进行融合,计算位移坐标的测量原理和扭转误差校正的方法。最后通过模拟监测节间发生扭转时位移计水平位移监测的实验,以及位移计沉降位移监测试验。实验结果表明,该位移计能够精确测量水平与沉降位移,并能够有效校正位移计竖直安装时监测节扭转带来的扭转误差。

量子磁力仪再评说

在本文中再一次评述了四种量子磁力仪的基本原理、研究和开发方面的进展。四种量子磁力仪包括核子旋进磁力仪(质子磁力仪)、光泵磁力仪、超导磁力仪(SQUID)、SERF原子磁力仪。对于地球物理应用来说,德国、加拿大和其它国家的科学家研制成功的全张量航空磁力梯度仪JESSY STAR,是最重要的一项技术突破。美国Seltzer S J和Romalis M V研制的无屏蔽SERF原子磁力仪具有构制另一种类型的全张量航空磁力梯度仪的潜力,如果实现,它将是磁力勘探另一项重要的技术突破。

基于永磁体间磁力作用的不倒杆

利用永磁体间的同极相斥作用,构造一个磁力势阱,设计制作高度可调、底部防滑的不倒杆装置。该装置抗干扰能力强、稳定性好,结构简单、设计巧妙,永磁体间磁力约束不需要外界提供电源,具有无接触控制、节能低成本等优势。

温度影响下的开槽盘式磁力耦合器调速特性

针对温度影响下盘式磁力耦合器调速问题,以一台6对极16槽的开槽盘式磁力耦合器为研究对象,基于矢量磁位法,结合修正三维端部效应的卡特系数并考虑温度对永磁体剩磁的影响,依据磁力耦合器轴向介质不同与导体盘轭铁和铜导体交替排列的结构,推导出其整体的电磁转矩公式。再分别建立恒转矩负载、二次方率负载和恒功率负载工况下的调速关系解析模型。通过有限元模拟分析,确定了不同温度、不同气隙下的开槽盘式磁力耦合器在3种不同负载工况下的调速范围与调速特性。最后,搭建试验平台进行调速性能试验,将不同负载工况下磁力耦合器电磁转矩与输出转速的理论、仿真、实验值三者进行对比,结果表明理论模型有较高的准确性,为开槽型磁力耦合器在调速系统中的智能调控提供了理论依据。

基于SQUID传感器的超导单通道磁力仪研制

针对地球物理勘探中高精度磁场信号测量与靶目标大小方位检测难题,本文基于SQUID传感器研制了一种超导单通道磁力仪。首先,介绍了超导磁力仪工作原理,重点设计了其总体结构框架、控制单元、XYZ单元、无磁杜瓦瓶和供电模块;然后,提出了自适应滤波算法用于抑制运动磁场噪声干扰,静磁学逆向求解算法用于反演靶目标大小及方位;最后,采用半径0.2 m的圆铁球和边长5 m的地表立方空洞体进行检测实验,实验结果表明:本文超导磁力仪稳定可靠并满足地下勘探要求。

离心制管机永磁轴承磁力计算与拼接永磁体形状分析

针对传统离心制管机托轮支承结构磨损严重问题,提出了一种半定子环径向永磁轴承替代托轮的离心制管机永磁悬浮支承系统方案,根据等效磁荷法建立悬浮力数学模型,采用蒙特卡洛法近似求解,简化了悬浮力计算的数学推导和演算,并与有限元仿真比较,给出了误差修正系数,修正后蒙特卡洛法与有限元仿真结果基本一致,满足了工程应用的需要。将转子永磁体分别设计为扇形、梯形和矩形,通过仿真分别得出永磁轴承的悬浮力及扭矩,结果表明扇形永磁体各方面性能均优异,梯形永磁体次之。

水下井口磁力探测数据处理方法

当前水下井口多采用磁力探测的方式,然而磁力探测数据处理过程受到数据复杂性和噪声干扰的挑战,为消除搭载平台、测量仪器和地磁场对井口磁力探测数据的影响,以获取纯净的磁力探测数据,通过Maxwell软件进行有限元仿真,模拟真实场景下的井口磁力探测,随后分别采用磁通门补偿、交叉验证小波去噪以及梯度法地磁场补偿算法对仿真数据进行处理。结果表明,所提出的方法组合能够有效滤除测量仪器和地磁场对井口磁力探测数据的干扰,使得最终获得的磁力信号数据更加准确和可靠。

“五委一核心”的磁力体系构建在三级医院护理管理中的应用

目的探讨基于委员会共治“五委一核心”的磁力体系构建在三级医院护理管理中的应用效果。方法回顾性分析汉中某区域性三甲医院开展磁力体系建设前、2020年、实施磁性护理磁力体系建设1年后全院护士执业环境测评量表中相关条目及部分护理专业相关医疗质量指标的数据资料。结果实施磁力体系建设1年后,护士执业环境测评总分显著提高,差异有统计学意义(P<0.001)。护理专业相关医疗质量指标中,中心静脉导管相关血流感染发生率、导尿管相关尿路感染发生率均显著下降,差异有统计学意义(P<0.001);住院患者跌倒发生率下降明显,差异有统计学意义(P<0.05)。结论实施“五委一核心”磁力体系建设能显著提升护士执业环境测评量表总体得分和部分条目得分,从不同层面改善护士执业环境,且能有效降低护理专业相关医疗质量指标中中心静脉导管相关血流感染发生率、导尿管相关尿路感染发生率及住院患者跌倒发生率,增进患者的就医获得感,改善患者结局。

小儿误吞磁力珠致胃、空肠和回肠多发穿孔1例报告

儿童误吞磁力珠已有报道^([1,2]),偶有发生,但后果严重,通常就诊时已有消化道穿孔。报道多为一次误吞多个磁力珠并局限性聚集于消化道内,可导致局限范围内的多发穿孔^([3,4])。2024年1月1日,我们收治1例误吞磁力珠患儿,异物位于胃、空肠和回肠内,引起广泛多发穿孔,成功取出32粒磁力珠,报道如下。

磁力轴承——过去、现在和未来

磁力轴承是集电磁学、转子动力学、传感技术、控制工程等学科知识为一体的典型机电一体化产品,在高速、洁净、低功耗、低振动等应用场景具有机械轴承无法比拟的优势,但同样存在诸多技术难点。基于磁力轴承的发展历程,重点对磁力轴承的类型、工作原理、控制算法、控制硬件进行了综述和分析;介绍了磁力轴承功率放大器技术、控制技术、监测技术,以及设计、制造、系统集成等方面的关键技术;对磁力轴承目前在高速电动机、透平机械、人工心脏、储能飞轮、磁悬浮推进器、磁悬浮高速电主轴等方面的应用情况进行了梳理;提出了磁力轴承承载力、精度及可靠性、跌落保护、环境适应性、标准化、成本等面临的问题,并预测了磁力轴承的未来发展趋势。

五位姿参数下车载永磁体与永磁轨道之间的磁力特性研究

永磁磁浮交通系统利用车载永磁体和永磁轨道间的磁斥力实现悬浮,理解并掌握永磁体磁力与其空间位姿参数的关系对磁浮车辆走行部及轨道结构设计具有重要意义.参考兴国县永磁磁浮交通系统,建立车载永磁体和永磁轨道的三维磁场有限元模型;计算不同悬浮间隙、横向偏移、点头角、侧滚角和摇头角条件下车载永磁体受到的磁力,重点分析车载永磁体悬浮力和横向力随5个位姿参数的变化规律及其相关程度.结果表明:车载永磁体的磁力主要受悬浮间隙和横向偏移量的影响,受摇头角的影响较大,受点头角和侧滚角的影响很小;在设定的参数变化范围内,悬浮力最小值和最大值与额定悬浮力之比分别约为0.75和1.16,横向力最大值达到额定悬浮力的50.42%;车载永磁体横向力的方向与其横向偏移方向一致,摇头力矩与其摇头方向相同,需要为永磁悬浮系统设置导向装置,防止车载永磁体横向晃动和偏航运行.

开槽盘式磁力耦合器电磁转矩理论分析

对于开槽盘式磁力耦合器输出转矩的求解,提出了一种能够考虑磁路中各支路差异性以及相互作用的等效磁路法。导体转子采用的开槽形式,使得磁路中永磁体对应的气隙、导体和齿槽组成的支路并不相同,各支路的具体形式和内外转子相对位置有关;所提方法考虑各永磁体块所对应不同支路对电磁转矩的影响,并把整个磁路作为一个整体进行求解,考虑了各支路间的相互作用,提高了开槽盘式磁力耦合器输出转矩的计算精度。最后,利用所提方法对磁力耦合器不同滑差率、不同极弧系数和不同开槽比下的输出转矩进行了预测,并通过三维有限元分析和实验进行理论验证。经验证,所提方法能够满足工程应用的准确性要求。