Influence of Magnetic Field Inhomogeneity on a Magneto-Optical Current Sensor

The growth in the capacity of electric power system creates a demand for the protection of relaying systems. Optical current transducers—OCT that are mainly made up of single mode optical fibers which are subjected to Faraday rotation are used as a replacement for electromagnetic transducers due to their immunity to electromagnetic interference. However, the principal parameter in this system, the sensitivity to magnetic fields or current, depends on the Verdet constant, which is low in the case of optical fibers. However, the optical path length can be increased to compensate for it by winding the fiber around a current carrying element a large number of turns. In this work, we study a current sensor, which is made up of a conductor coil with a fiber inside, thus increasing sensitivity. We study the effect of the inhomogeneity of the magnetic field induced by the current on the sensitivity of the optical fiber sensor.

Roll angle measurement system based on triaxial magneto-resistive sensor

Aiming at large error when inertial devices measure the roll angle under high overload conditions,the article designs one kind of roll angle measurement system based on magneto-resistive sensor which calculates the roll angle by micro controller STM32.Experiment results of a triaxial turntable show that using magneto-resistive sensor to measure roll angle is feasible and of high accuracy,and it can calculate the roll angle of the conventional projectile with the error in 1°.

A New Micro-magnetism Sensor Based on Giant Magneto-impedance Effect and Multivibrator Bridge

A novel sensor for micro-magnetic field detection is proposed based on the physical characteristics and giant magneto-impedance (GMI) effect of Fe-Co-Si-B amorphous wires. The sensor circuit ensures high sensitivity,high detection precision,fast response and small power consumption. The signal processing circuit taking complex programmable logic device (CPLD) as core chip not only improves the identification ability for pseudo ferromagnetic objects,but also ensures the real-rime response. It is the foundation for the proposed sensor to serve widely in military and civil. By using its high sensitivity for geomagnetism variation,as an application example,the sensor is used to compare and analyze different cars.

Magneto-Optic Fiber Bragg Gratings with Application to High-Resolution Magnetic Field Sensors

Magneto-optic fiber Bragg gratings （MFBG） based on magneto-optic materials have a lot of potential applications for sensing and optical signal processing. The transmission and reflection spectra of guided optical waves in the MFBG are investigated. According to the sensitivity of MFBG spectral lines to the magneto-optic coupling intensity varying with applied magnetic field, a novel magnetic field sensor of high-resolution up to 0.01 nm/（kA/m） is predicted.

Bi-Directional Giant Magneto Impedance Sensor

A thin film giant magneto impedance (GMI) based on magnetic field sensor has been developed using electrodeposited Ni-Fe permalloy. Chemical composition, surface morphology, and magnetic properties of Ni-Fe permalloy were char-acterized as a function of plateup parameters, and process conditions were established to deposit a Ni-Fe thin film with a high permeability (~1000) and a low coercivity (0.6 Oersted). Conventional GMI sensors are uni-directional and are several millimeters long. In this work, a spiral-shaped sensor using electroplated Ni-Fe permalloy to detect bi-directional magnetic field is reported. Excellent bi-directional magnetic field sensing has been demonstrated using the 1 mm2 compact double-spiral structure.

磁电式低频振动传感器原位校准改进型系统的设计与实现

针对拾振器的原位校准在高频段的灵敏度误差大的问题,构建了改进校准电路后系统模型。通过实验,得到原位校准与激光干涉法的归一化灵敏度的相对误差,发现改进电路后的相对误差小于改进电路前的相对误差。此外,在实验过程中,水平向传感器对于安装角度有较高的要求,分别改变传感器与水平面的夹角,获得了激光干涉法与原位校准法的校准结果,发现当传感器与水平面有一定夹角时,使用改进后校准的方法后,低频灵敏度与高频灵敏度的误差变大。

高精度磁栅式隧道磁阻微位移传感器

利用隧道磁阻(TMR)效应设计了一种结构相对简单的磁栅式高精度微位移传感器。首先,介绍了磁栅式隧道磁阻位移传感器检测原理,凭借隧道磁阻传感器高灵敏度的特点检测磁栅敏感轴上方的空间磁场,接着利用COMSOL有限元仿真软件对磁栅结构进行仿真设计,验证了磁栅的磁场分布特性。通过搭建四桥路检测电路能够使TMR传感器有效抑制外部磁场干扰以及温度对TMR传感器的影响;得益于90°移相电路模块的加入,得到两路相位相差90°的标准正余弦信号,解决了传统的由于空间非正交引起的相位和幅值等误差问题,为超高倍数的细分插值技术奠定了基础,最后结合细分因子为9600的插值电路,理论上可实现208 nm的高分辨率位移检测,在20 mm量程范围内能达到0.15%的位移测量精度。

基于电磁弹式索力传感器的悬索桥短吊索索力检测

采用传统索力测试方法进行短吊索索力测试的精度难以满足工程需求。本文以棋盘洲长江公路大桥悬索桥荷载试验为工程依托,提出基于磁弹原理及磁电效应的电磁弹式索力传感器检测吊索索力的方法,并与有限元分析结果以及频率法、应变法测试结果进行对比。结果表明,试验标定误差小于±2%,在荷载试验中,传统索力测试方法对吊索的测量误差偏大,采用电磁弹式索力传感器更为准确地测量了短吊索索力,解决了短吊索索力的测量难题。荷载试验的吊索索力测试结果表明,索力增量的测试值与分析值偏差小于±5%,实际索力的测试值与分析值偏差小于±4%。

基于TMR传感器阵列与数值积分的电流测量技术研究

为满足智能电网对先进传感技术和复杂电磁环境下高精度电流测量的需求,提出一种基于TMR传感器阵列和Newton-Cotes数值求积算法的电流测量方法。通过建立复杂干扰磁场环境的仿真模型,验证了不同状况下求积算法的准确性;设计了电流传感器的系统结构和硬件电路;制作了测量装置样机,搭建了实验平台,并进行了性能测试。结果表明,文中提出的方案具有较高的测量精度和抗外磁场干扰能力,在无聚磁环的情况下,0~16 A电流测量范围内最大相对误差分别为直流0.31%和工频交流1.00%,在电流导线位置和传感器姿态发生变化时仍能保持较高精度。

高灵敏隧道磁阻传感器在铝合金材料检测中的应用

针对铝合金材料的电导率和厚度检测,基于隧道磁阻传感器的高灵敏特性设计了一种用隧道磁阻传感器替代涡流传感器中敏感线圈的装置,减小了激励线圈的体积和功耗。采用正交锁相放大器的信号处理电路降低了噪声,对铝合金材料引起的磁场变化灵敏度可达0.1μT。实验结果表明:电导率差值小于0.4×10^(7)S/m,厚度差为1 mm的3种被测铝合金材料可被准确区分。该装置与涡流传感器相比,体积更小,功耗更低,灵敏度更高。

光学电流传感层叠抗外磁干扰技术研究

直通光路型磁光式光学电流传感器(magneto-optical current sensor,MOCS)因具有体积小,测量准确度高等多种优点,在智能电网中有广阔应用前景。然而,由于无法构成闭合光路,外磁场干扰一直是制约直通光路型磁光式光学电流传感器实用化的重要因素。为解决此问题,该文提出光学电流传感层叠抗外磁干扰技术。首先通过定义非连续积分路径,积分张角等概念,推导出电流位于非连续闭合路径内外时对应的磁场积分表达式,进而建立适用于含任意数量磁光传感单元、按对称多边形方式布置的MOCS所受外磁干扰分析的数学模型,提出闭合路径中心偏转模型,并得出最佳中心偏转角。在此基础上提出一种新型的层叠式MOCS结构,基本抗御传感结构外任意位置电流给MOCS带来的磁场干扰。其次,提出通用的层叠式MOCS测量误差分析方法,从理论上证明层叠式MOCS满足工程需求及标准。分别建立层叠式MOCS数值仿真模型及COMSOL有限元仿真模型。仿真结果表明,在不同干扰条件下,层叠式MOCS的测量误差均低于0.2%,证明此结构能够有效降低存在外磁干扰时MOCS的测量误差。最后,设计并搭建相应的层叠式MOCS实验平台并进行相应实验。实验结果表明,新型层叠式MOCS在多种干扰情况下其测量误差均小于0.2%,证明了所提数学模型正确性及层叠式结构应用于提高MOCS抗外磁干扰能力时的有效性。

磁通量索力传感器的研究进展

磁通量索力传感器(Elasto-Magnetic force sensor,EM sensor)作为一种非接触式测量的传感器,与其他索力传感器相比,具有长期稳定性与可靠性好、耐久性高、使用寿命长的突出优势,在预应力拉索的索力监测上应用广泛。本文对磁通量索力传感器的工作原理、发展脉络及研究热点进行阐述,对该技术工程应用的状况与面临的难题进行总结,并对传感器的技术发展趋势进行讨论与展望,以期为相关领域的研究人员在磁通量索力传感器应用及技术上的研究提供参考。

磁性MEMS传感器制备技术及生物传感应用研究进展

对磁性传感器件的微电子机械系统(MEMS)加工技术以及在生物医学检测方面的应用进行了简单阐述,分析了磁性生物传感技术的工作原理,重点介绍了巨磁阻抗(GMI)、巨磁阻(GMR)和微磁通门传感器的MEMS制备工艺,其中详述了磁性传感器的材料、几何尺寸、结构以及基底对其性能的影响,总结了磁性生物传感器在生物检测中的研究进展,重点阐述了磁性生物传感器在磁性标签、癌症标志物、食源性细菌、病毒以及细胞检测方面的应用。最后,对当前磁性生物传感器在生物医学检测领域面临的问题进行了简要分析,并对磁性生物传感器未来的应用前景进行了展望,以期为研发新一代可用于临床检测磁性生物检测系统打下良好的基础。

不拆包覆层的金属管道全周检测技术

为解决带包覆层金属管道全周向检测问题,提出一种不拆包覆层的旋转激励磁场检测方法。在管道表面沿周向布置3组励磁线圈并通入三相电流产生磁场,使管体产生的感应涡流中心沿着激励磁场矢量方向进行迁移,从而检测管体全周向的缺陷信息。基于有限元法研究了探头的工作原理,通过将隧道磁阻(TMR)传感器沿管体周向布置,测量管道径向的磁场强度以识别缺陷特征。实验研究表明:该方法可穿透管道包覆层,有效识别管道上的缺陷。

焊接缺陷磁光成像噪声特征分析及处理算法

为了解决焊接缺陷磁光图像轮廓信息难以提取的问题,提出一种图像去噪及轮廓检测方法。通过激光点焊获取裂纹缺陷样本,利用有限元模拟仿真并获取缺陷漏磁场,对比分析磁光图像灰度连续性、集中性及噪声特性;利用快速非局部均值滤波算法去除噪声,并与传统滤波器进行对比分析;根据磁光图像缺陷信息与背景信息梯度值相异的特性,在1阶梯度图的基础上进行Otsu法阈值分割与边缘检测。结果表明,经该方法处理后的磁光图像标准差及图像熵分别达到30.0465及6.0395,图像聚集程度更好,更贴近仿真磁场曲线,并能较好地提取缺陷轮廓信息。这一结果对后续缺陷识别及目标检测是有帮助的。

基于TMR传感器阵列的微电网过载电流检测方法

过载电流状态检测是微电网安全稳定运行的重要内容,针对单个传感器的测试误差问题以及测试过程中外界磁场的干扰问题,采用高灵敏度的TMR传感器构成传感阵列,减小微电网过载电流检测的测试误差.通过Ansoft Maxwell分析TMR传感器的安装位置,然后对TMR传感器阵列的模型进行了分析;最后通过测试实验,验证了所提测试方案的可行性.实验结果表明:TMR传感器阵列可以完成过载电流的检测,相比于单个TMR传感器,使用TMR传感器阵列可以将过载电流的峰值误差减少到0.12%.这对于微电网运行的状态监测提供了强有力的数据支撑.

内燃机凸轮滚轮转速测量系统及滑差特性研究

搭建了基于某型号内燃机凸轮–滚轮机构的滚轮转速测量系统,初步研究了滚轮打滑特性。该系统采用巨磁阻(giant magneto resistance,GMR)传感器测量滚轮转速,得到实际运动下凸轮与滚轮间的平均滑差值。试验结果表明:真实工况下凸轮与滚轮间确实存在打滑,而且打滑受到工况条件的影响。试验发现,随凸轮转速增大,滚轮打滑总体增加,增大凸轮-滚轮接触副压力可以抑制凸轮与滚轮间打滑,低黏度润滑油也能够削弱打滑。

磁光型光纤电流传感器中的磁畴效应及非线性响应研究

限制磁光晶体型光纤电流传感器实用化的主要因素为磁光响应的非线性问题。其中包括维尔德系数随温度变化导致的磁场与温度交叉串扰问题。为进一步提高传感器精度,对磁光晶体非线性响应的来源进行了理论和实验研究。研究结果表明,在恒温条件下,磁光响应符合磁畴衍射模型,通过理论推导证明了非线性误差与磁光晶体的衍射无关,而与两路光电探测器的电压转换系数失配和起偏器与偏振分束器光轴夹角的装配误差有关。采用二次多项式拟合可以有效减小解调误差,提高传感器的精度。本文对高精度磁光型光纤电流传感器的研究及其实用化具有重要意义。

面向新型电力系统的微磁场光学感知技术

随着新型电力系统的加速建设以及电力设备智能化程度的不断提升,电力设备的低碳化和数字化成为重要发展方向。其中,准确测量电力系统电工装备磁场分布是评估其健康状况、计算能量损耗、优化结构设计的关键。针对目前电工装备磁场的测量需求和环保型电力设备的监测瓶颈,本文设计了一种无源全光纤磁场传感器。该传感器将磁–机换能电介质与法布里–珀罗(fabry–pérot, F–P)光学干涉腔相耦合,实现了外磁场的高精度无源测量。首先,根据F–P干涉原理设计了非本征型F–P干涉结构。其次,测试并分析了不同封装材料对传感器磁传感特性的影响。随后,测试传感器在直流磁场下的传感性能,研究了传感器直流磁场测量范围的影响因素,实现了更宽范围的磁场测量。最后,根据电力系统下交流磁场的测试需求,对传感器在交流磁场下的动态跟随性能进行测试。结果表明:该传感器可实现交直流磁场的实时测量,测量范围为0~120 mT,灵敏度为447 pm/mT,分辨率为17μT。对50 Hz以下的交流磁场具有良好的动态跟踪性能。证明了将其应用于新型电力系统无源磁场测量的可行性。本文所提出的光纤磁场传感器具有测量范围广的优点,具有无源测量特性,无需更换传感器电池,且无需感应取电,满足低碳电力系统的发展要求。

磁电式速度传感器监测系统校准方法的研究应用

传统磁电式速度传感器等单个计量器具校准只是对某单个计量器具的误差校准,不能代表对磁电式速度传感器监测系统的误差校准。针对此局限性,该文以量值溯源方法为基础,研究了磁电式速度传感器监测系统校准方法,采用直接比较法。通过校准数据有效判断高速旋转设备运行监测装置及高速旋转设备的运行状态,提高了校准效率。