一种新型的混合平面结构电导率传感器的设计与实现

基于水体-电极系统的机理分析,设计并实现了一种新型的电导率传感器。传感器采用平面矩形线圈与叉指电极混合结构。通过搭建自动化实验平台,采用交流阻抗技术,对研制的传感器进行实测,以获得传感器在不同溶液、不同频率信号激励下的阻抗数据。经过与商用电导率传感器进行数据拟合,找出了阻抗数据与电导率之间的函数关系。实验证明,该电导率传感器是一种灵敏度高、稳定性强的测量工具,其测量精度达到了商用传感器标准,为水溶液电导率的测量提供了一个低成本的解决方案。

螺旋管紧凑式换热器传热性能分析

数值模拟研究了紧凑式小管螺旋管换热器的流动换热特性。螺旋管换热器由35个单管(直管和弯管)构成,管外为空气冷却,管内流过不同温度的液体工质R141B。模拟结果表明,各单根螺旋管内外对流传热系数、温度分布和传热性能,主要受内外流体温度梯度、回流条件、外部空气流速和单根管的传热表面积等因素的影响。

瞬变电磁法矩形线圈自感的精确表达式

在瞬变电磁法(TEM)中,矩形线圈的自感参数主要用于局部导体晚期瞬变电磁场的等效计算和接收线圈固有过渡过程计算以及瞬变电磁仪器研制。目前,在瞬变电磁法教科书中,单匝矩形线圈自感计算公式都是近似的。本文通过积分方法,推导出了长方形及正方形单匝线圈自感的精确表达式以及正方形单匝线圈自感的近似计算公式。经计算,目前使用的近似公式与精确公式相比误差很大,当回线边长为5m时,误差最小为-39.2%,最大为238.85%;当回线边长为200m时,误差最小为-58.87%,最大为219.33%。本文推导的单匝正方形线圈自感近似公式与精确公式相比误差很小,当回线边长为5m时,误差为0.4%;当回线边长200m时,误差为0.26%。

脉冲涡流矩形传感器的多维信号特征分析与缺陷识别

脉冲涡流是一种可以对飞机结构中缺陷进行有效检测的电磁无损检测技术。本文设计了三维检测传感器,并对矩形激励传感器中的多维检测信号进行了研究。分别在传感器不同扫描方向下,对三维检测传感器的Bx、By与Bz曲线进行了特征分析。实验证明取其中任意两路信号都可构成蝶形图,可以有效地实现缺陷的判别。对检测信号进行特征分析后,不仅可以判断缺陷的有无,还可以评估缺陷的长度,深度等信息,为进一步实现飞机机身缺陷的定量检测提供了有价值的参考。脉冲涡流技术将会在航空无损检测领域发挥重大的作用。

基于霍尔效应弱磁场测量装置的研制与应用

为了解决弱磁场强度测量困难的问题,基于霍尔效应开发了以线性霍尔元件为探头弱磁场测量装置。对磁场测量装置各部分电路模块进行了详细设计,并结合矩形线圈磁场分布特征进行了实测值与仿真理论值的对比分析。结果表明,测量结果与理论值具有较好的拟合程度,该装置测量精度为0.01 m T,测量范围为±10 m T,最大测量误差为0.29 m T,具有测量精度高、操作简单方便、设计成本低等优点,可应用于各类线圈弱磁场强度的检测及逐点测量实验中。

缺陷方向对基于GMR的电涡流缺陷检测的影响

由于电涡流缺陷检测多采用单方向激励方式,而实际检测中缺陷的方向是未知的,从而造成检测灵敏度不确定。针对此情况设计以巨磁电阻(GMR)传感器为检测元件的矩形线圈激励的检测探头,以矩形缺陷为研究对象,从定性和定量两个角度仿真对比了在同一激励方向下,不同方向缺陷引起的磁感应强度变化,发现缺陷方向平行于激励线圈轴线时能更好地体现缺陷,在此基础上,对不同方向缺陷进行扫描实验,将测量数据扫描曲线进行对比发现,当缺陷方向平行于激励线圈轴线时曲线峰值较大且峰值位置明显,能更清晰地反映缺陷信息。

金属管道外放置式偏心弯曲矩形线圈涡流场的解析解

本文得到了偏心弯曲矩形线圈在非铁磁性金属管道侧面放置时涡流场的解析解。求解过程是:用二阶磁矢位建立了涡流问题的数学模型,得到了含待定偏心线圈系数的二阶位函数表达式;根据毕奥-萨伐尔定律和用修正贝塞尔函数表示的距离倒数得到了线圈未偏移时的线圈系数;利用修正贝塞尔函数的加法定理计算出线圈偏移后的偏心线圈系数。在涡流场解析解的基础上,本文计算了偏心弯曲矩形检测线圈上的感应电压。实验表明,理论分析结果与实验结果吻合。

基于有限元仿真电涡流传感器的结构优化

传感器性能受线圈形状及其几何参数影响。为优化传感器性能,运用COMSOL Multiphysics建立了有限元仿真模型。通过有限元数值仿真分析,研究了传感器的结构,优化并实验验证了有限元模型的合理性。通过有限元仿真分析发现双正交矩形柱型传感器比单正交矩形柱型传感器具有更高的检测灵敏度。此外,进一步研究分析了在线圈匝数密度不变情况下,双正交矩形柱型传感器辅助线圈厚度、外形状系数、内形状系数、激励电流、外形状比例系数对其检测灵敏度的影响,为合理选择线圈参数提高传感器性能提供参考。

矩形线圈自感的精确表达式

矩形线圈的自感公式在电气工程、电工电子技术,以及应用地球物理学等领域均有普遍的应用。由于自感计算的复杂性,目前使用的矩形线圈自感公式均为近似计算公式。这里推导了圆截面单匝矩形线圈自感的精确表达式,以及正方形单匝线圈自感的近似公式。目前使用的单匝矩形线圈自感近似公式与这里推导的精确公式相比,均存在很大误差:当正方形线圈边长从1 m到5 m时,电气工程工具书和电工电子工具书中的自感公式误差为3.06%到2.38%。使用瞬变电磁法勘探中常用的自感公式,当正方形回线边长为5 m时,误差最小为-41.17%,最大为228.25%;当回线边长为200 m时,误差最小为-59.75%,最大为212.49%。

基于交变电磁场的钢板表面裂纹检测方法

针对钢板表面裂纹检测的问题,提出了交变电磁场的检测方法。研究了交变电磁场检测原理,建立了交变电磁场仿真模型,通过改变钢板表面裂纹深度等条件,分析计算了裂纹处磁场强度分布。对不同深度钢板裂纹的实验数据进行分析,实验结果表明,在相同实验条件下,随检测深度的增加,检测信号峰值增长正比于裂纹深度,检测最大深度为5 mm。

亥姆霍兹线圈为矩形时两线圈之间磁场分布的分析

利用Matlab软件数值模拟了亥姆霍兹线圈为矩形时两线圈之间的磁场分布.该方法具有直观、形象、物理图像清晰的特点.利用Matlab数值模拟能有效地进行数值实验的教学活动.

大面积二极管束流诊断

本文叙述了新研制的用于测量大面积相对论性电子束流强的方形罗可夫斯基线圈、薄膜回流器及法拉第筒等三种装置的结构、特性及试验结果。

矩形截面螺旋通道内气液两相流局部含气率分布实验研究

应用电导探针测量技术,对矩形截面螺旋通道内气液两相流局部含气率进行实验研究。在不同的气相折算速度下,应用电导探针测量了弹状流弹单元的长度,并与可视化方法进行对比,验证了电导探针的可靠性,并为信号处理选择合适的阈值。分别在泡状流、弹状流及环状流三种流型的条件下,分析了气相与液相折算速度对局部含气率分布的影响。实验结果发现,螺旋通道气液两相局部含气率呈非对称的抛物线形分布,这种非对称性受流型和液相折算速度的影响。

矩形体充磁线圈有限元分析

提出五金工具充磁线圈结构及参数的设计方法,基于有限元方法与Ansoft Maxwell 3D工具,建立了矩形体充磁线圈的仿真模型,实现对线圈内部Z轴线、XOY0端面、XOY1中心平面,以及纵向中心剖面XOZ0、YOZ0上各点的磁场强度的仿真,详细分析了仿真结果,并与实际测试数据进行对比分析。研究结果表明,所设计的仿真方案可较为全面地描述线圈内部各点的磁场强度,获得的各相关点的仿真数据与实际测试结果具有一致性。仿真研究对实际线圈结构与参数的设计具有指导意义,设计所获得的结果达到充磁工艺预期要求。

均匀带电矩形线框的空间电场

从熟知的均匀带电直线的电势表达式出发,导出均匀带电矩形线框的空间电势表达式.然后利用电场强度与电势梯度的关系,采取分段计算然后叠加的方法,得到了均匀带电矩形线框的空间电场表达式.最后讨论了均匀带电正方形线框及其中心轴线上电场的特殊情况.所得到的电场分布是空间坐标的函数,具体、明确,便于在工程技术应用.采用的方法简单、基础,贴近大学物理教学.利用这一方法,原则上还可以计算任意多边形均匀带电线框的电场.

生物组织电导率CMIT平面螺旋激励线圈的分析

计算了平面矩形螺旋线圈的电感值,结果与近似公式计算得出的电感值吻合。另外,通过理论计算发现,矩形平面螺旋线圈产生的磁场具有聚焦的特性,并计算和讨论了分层生物组织的电导率对电感的影响,认为用矩形平面螺旋线圈来做生物组织非接触的电导率成像的激励线圈是可行的。

一种带有误差补偿项的折线线圈阻抗解析建模新方法

提出一种包含误差补偿项的任意折线线圈阻抗解析新模型。首先,在前人研究的基础上,通过定义外形位置因子,简化单矩形折线线圈的阻抗计算。其次,对多个单矩形折线线圈之间的相交耦合作用进行研究,建立串联等效电感模型。再次,讨论任意形状折线线圈的拆解和重构过程,研究重构过程的误差分布,并推导出误差补偿的数学表达;进而得到任意形状折线线圈的入射场阻抗及散射场阻抗的完整解析模型。最后,对螺线形折线线圈这一典型特例进行计算,绘制阻抗平面图,并利用高精度阻抗测试仪进行物理验证实验。结果表明,所提方法能有效补偿线宽因素带来的误差,可对置于导体上方的具有不同激励频率和提离的任意形状折线线圈的阻抗进行解析计算。

矩形激励线圈的磁场分析

本文由毕奥莎伐定律出发,首先讨论了由一定长度的线电流源和矩形环流源的磁感应强度分布,然后在此基础上,详尽的论述了基于体电流源的矩形线圈产生的磁场分布。

矩形截面线圈稳恒磁场的积分算法

从Biot-Savart定律和矢量叠加原理出发,发展了一种计算矩形截面不规则线圈稳恒磁场的积分算法.根据线圈的形状,将直流电流分割成直线段电流元和曲线段电流元,采用多个直线段电流元来拟合曲线段电流元,并将所有直线段电流元的磁场三重积分形式分别转化为一重积分;最后进行数值求解.为了快速求解这些积分,分别推导了梯形棱柱体电流元、三角形棱柱体电流元和梯形面电流元的磁场积分方程.模型验证表明,计算值与理论值符合良好.

一种盘式罗可夫斯基线圈标定装置

为获得精确的罗可夫斯基线圈的响应时间和灵敏度，研制了标定罗可夫斯基线圈的盘式TEM小室。在给出了该标定装置的设计方法后利用Pspice软件和方波脉冲发生器对装置进行了模拟分析和实验验证。结果表明该标定装置对快前沿（〈2ns）的方波脉冲不产生畸变，可标定直径1～50cm的罗氏线圈。