脉冲光抽运铷原子钟C场电流源分析设计

脉冲光抽运铷原子钟的稳定度会受到多种因素的影响,其中磁场就是重要的影响因素之一。分析了C场电流对脉冲光抽运铷原子钟稳定度的影响,利用差动放大器为核心设计研制了新型C场电流源。测试表明,电流源1 Hz和10 Hz处的噪声分别为3nA/Hz1/2和1.5nA/Hz1/2,电流相对起伏为2×10-5,温度漂移为5ppm/℃。它产生的C场对脉冲光抽运铷原子钟1s处稳定度的影响小于7×10-16,1ks处的影响小于1×10-16,10ks处的影响小于5.3×10-17。结果表明,该电流源的噪声、相对起伏和温度漂移等性能满足脉冲光抽运铷原子钟要求。

基于CompactRIO的HL-2A环向场电流控制

基于LabVIEW图形化编程语言,以NI公司PAC产品系列中的CompactRIO为硬件平台,研制出一套适用于脉冲工作模式的励磁调节器。该调节器以工业PC作为上位机,由嵌入式系统构成下位机,实时监测和控制每一次等离子体放电期间的工作状态。利用数字式增量PID算法对环向场电流进行反馈控制,控制周期为1ms。实际运行结果表明:研制的调节器具有控制精度高、稳定可靠等优点。

编组场电流监测系统的一种设计方案

1.系统构成考虑到编组场中轨道电路和道岔电动转辙机的控制电路可能分散于若干个信号楼内。

极低频电流场透地通信路径损耗建模与分析

针对水平方向地电极电流场无线强穿透信息传输需求,研究了基于极低频水平双电极电流场信道传输特性。考虑到电极半径、电极入土深度、电极间距、发射信号频率和信号传输距离等参数对透地(Through-The-Earth,TTE)通信传输性能的影响,建立了地电极电流场TTE通信路径损耗模型,分析了各参数对路径损耗的影响,确定了信号传输最佳工作参数。根据选定参数搭建了极低频电流场TTE通信系统,在200 m和400 m通信距离下测试了3~10 Hz信号的路径损耗,通过试验数据与仿真结果对比分析验证了模型的准确性。

无单元Galerkin法的电流场与渗流场耦合正演

联合求解渗流场与电流场是确定土石坝渗流精确分布及评价渗流严重程度的重要途径.为解决水文-地球物理方法中存在的渗-电拟合度差及分辨率损失严重等问题,针对电性参数对水文状态变量的敏感性,本文开发一种基于无单元Galerkin法(Element-Free Galerkin Method,EFGM)的渗流场与电流场耦合正演算法.一方面,通过引入岩石物理关系经验公式及水文状态变量构建耦合模型;另一方面,通过滑动最小二乘法构造形函数,利用罚函数计算边界条件,以解决耦合模型的构建过程中对网格单元过度依赖问题来提高渗-电拟合精度.数值模拟的渗-电关联响应及耦合正演中,分析了土石坝内电流场及渗流路径,探索了各分量对土石坝不同附属结构体的异常响应特征.关联响应结果显示,饱和区内渗-电关联响应吻合较好.但由于非饱和渗流的特殊性,非饱和区介质岩石的物理特性会随着饱和度、孔隙度等因素的变化而发生改变,从而导致土石坝内非饱和区物性参数的分布与饱和区不同,从而造成非饱和区内渗-电场关联响应存在差异.在非饱和区域,耦合电位及电流密度分布与渗流分布吻合度高.渗-电耦合结果对实施模型约束的水文-地球物理耦合反演具有重要理论和实际意义.

电磁轨道发射器高速下电流密度场预测

通过有限元方法计算发射过程中电流密度场,是实现电磁轨道发射器结构精细化设计的必要条件之一,但存在计算时间长、高速计算困难甚至无法计算的问题。该文首先以激励电流、电枢电导率、轨道结构参数和时间t为输入,建立了基于条件生成对抗网络(CGAN)的电流密度场预测模型;然后,为提高对复杂场分布的预测能力,构建ResUnet-Trans网络作为CGAN的特征生成器;最后进行计算验证。以低速电磁轨道发射器实例验证模型内插预测精度,结果表明,模型在测试集上的平均绝对百分比误差(MAPE)小于1.5%;以高速电磁轨道发射器实例验证模型外推预测能力,结果表明,使用由低电导率向高电导率的迁移学习训练策略可以提高模型外推预测精度和泛化能力,在测试集上外推预测MAPE小于2.5%。该文提出的预测方法可实现电流密度场的秒级计算,为高速电磁轨道发射器的优化设计和数字化提供了一种新的思路。

基于电流场的阵列极板水下通信系统仿真分析

电流场通信是一种无线通信技术,通过传导电流在水体中传播。传统的水下电磁波通信存在信号衰减大、天线复杂、架设困难等问题。因此,结合电流场水下传播理论,提出了一种基于阵列极板的水下通信系统。使用有限元软件Comsol建立了阵列极板电场模型,并通过频域分析模拟了1×4阵列切面的电场和电势分布。同时,在1×4阵列和1×2阵列之间进行了信号接收效果的对比。在此基础上,分析了6组正负极接线方式对信号接收强度的影响。瞬态时域分析则用于模拟输入输出波形的变化。实验证明,在不增加发射功率的条件下,通过增加阵列排布数量,可以有效提高通信效果。同时,传输过程中信号波形基本保持不变,无相位偏移,从而证明了阵列极板水下通信的可行性。研究结果为新型电流场水下通信系统的建立提供了理论基础。

坑道聚焦直流激电法电流场分布特性及探测影响因素分析

为探究坑道聚焦直流激电法电流场分布特性及其探测影响因素,利用有限单元法对空间场正常电位和异常电位进行求解,基于Comsol软件构建均质三维地电探测模型,采用四面体网格自适应算法进行剖分,对比分析数值求解精度。研究聚焦电流场分布变化规律,确定聚焦效应电流比系数取值范围。沿掘进断面的正前方构造异常地质的三维地电模型,利用等效电阻率法正演模拟掘进断面面积、干扰体、聚焦效应电流比系数等因素对激电效应参量的影响。结果表明:聚焦直流激电法对掘进断面前方不良地质体的探测具有较好的敏感性,坑道腔体内干扰体对目标异常体探测的影响可以忽略,旁侧干扰异常体距坑道底板距离越远,对目标异常体探测影响越小;增大掘进断面面积和聚焦效应电流比系数,可有效增加勘探距离。此研究可为聚焦直流激电法反演提供依据和参考,对推动聚焦电法勘探理论的发展具有重要意义。

面向渗漏探测的堤防磁场分布特性分析

快速确定堤防渗漏隐患的位置信息,对堤防的治理具有重要意义。然而在渗漏通道弱磁数据处理过程中,堤防正常场计算往往需要花费较长时间,严重制约着渗漏隐患的定位效率。为解决上述问题,本文基于有限单元法开展了磁电阻率法探测堤防渗漏的建模仿真工作,探究了不同尺寸堤防内稳定电流场及其外部磁场的分布特性,并构建了一定数量的模型数据库。研究结果表明,磁感应强度y分量在测域中部的整体波动相较于x分量和z分量更大,其值随堤防上宽的增加呈下降趋势,而随斜坡角度的增大或堤防主体高度的增加呈上升趋势。依据本文总结的分布特性,可以预测数据库中缺失的堤防正常场,堤防模型的预测平均相对误差为9.63%。

利用低轨道卫星地磁观测反演电离层电流概述

随着现代卫星技术的发展,携带高精度磁力计的低轨道卫星成为地磁场观测的重要手段,可以提供全球持续的磁场观测,而不受地面和低空天气条件的影响.空间电流,特别是电离层电流,是引起地表和低轨道卫星高度处磁场扰动的主要来源.本文简要介绍了低轨磁测卫星的发展历史和在轨定标流程与方法,回顾了电离层电流的起源、研究历史及产生机制,并详细介绍了利用卫星磁测数据反演电离层不同电流的方法.基于地基和卫星磁测对同一电流的分析结果并不总是一致的,有时会出现明显的差异.造成这些差异的原因可能与采用不同的数据源(比如地基与卫星、卫星与卫星之间)及反演算法中的假设有关.基于有限的观测,在反演中通常要对电流的几何形状和所在位置进行一定的假设,而这些假设可能并不完全满足实际电流的分布.因此,将地基台站和卫星磁测结合起来,通过对比和交叉验证,是检验和改进电离层电流反演算法中假设的合理性的一种有效手段.利用融合后的磁场观测数据,建立更准确的电离层电流反演算法,全面分析电流的形态学和气候学特征,建立以地球磁场信号为媒介的空间天气监测理论与方法,将有助于提升人们对电离层发电机理论、磁层状态以及电离层与磁层之间能量耦合途径等科学问题的理解.

对流电场、场向电流和极光区电集流变化的地磁响应

对流电场、场向电流和极光区电集流是磁层一电离层耦合的主要物理过程．它们的演化发展时间分别为几分钟至半小时的量级．本文用１００°Ｅ和３００°Ｅ的两个地磁经度链附近各１１个台站的１ｍｉｎ均值地磁Ｈ和Ｚ分量资料，分析了１９９４年４月１６—１７日磁暴期间磁层耦合过程对极光区和中低纬区电离层扰动的地磁特征．强磁暴开始时，台站所处的地方时位置不同，则观测到的电离层和地磁响应也完全不同．这是磁层对流和一、二区场向电流共同作用的结果．一般说，扰时极光区的西向电集流变化更为强烈．随着耦合的发展，极光区范围会向南北扩展，电集流中心带则向低纬侧移动．在中低纬区，二区场向电流的建立能屏蔽一区场向电流所产生的扰动，并引起反向的电流及地磁变化．由此，中低纬区夜间有可能出现短时间的东向电场，又可通过ＥＸＢ的垂直向上漂移作用抬升Ｆ层等离子体，并发生同一经度链附近的多站电离层ｈ＇Ｆ同时突增现象．另一方面，磁赤道附近的台站则更多地受内磁层赤道环电流和电离层赤道电集流的影响．

圆环形直流输电接地极电流场分析

详细分析了单圆环、三圆环直流输电接地极的电流场分布，深入探讨了接地极埋深、土壤参数等因素对电流场的影响，得出了若干重要的结论．

穿透岩层地下电流场通信信道分析

考虑到传统的有线及无线地下通信方式的弱点,提出了利用电流场实现穿透地层的地下通信方式,并根据甚低频电磁波在地层中的传播特点,提出了利用恒流场模型作为电流场通信的电磁波传播模型,同时对电流场地下通信方式的性能进行了分析,并得到一些重要结论。

直线形直流输电接地极电流场分析

在用点匹配法计算直线形直流输电接地极表面溢流密度的基础上，全面计算分析了其周围电流场分布．附带地，还对三直线直流接地极作了简要的分析．

基于地磁台站数据对磁暴期间环电流和场向电流的分布特征研究

磁暴的发生与环电流的变化密切相关.除了对称环电流外,部分环电流在磁暴的发展过程中也起到了重要的作用,同时部分环电流通过场向电流与极区电离层中的电流形成回路.本文应用INTERMAGNET地磁台网北半球中低纬区域地磁台站数据,对不同强度4个磁暴事件主相和恢复相期间部分环电流和场向电流的磁地方时分布进行了分析和讨论.对于每一个磁暴事件,在低纬地区(地磁纬度约0°-40°N)选用地磁经度上大致均匀的8个台站,通过坐标转换计算平行于磁偶极轴的地磁场水平分量H来分析磁暴期间环电流所引起的磁场扰动;在低纬地区8个台站的基础上增加中纬地区(地磁纬度约40°N-60°N)地磁经度上大致均匀的6个台站,计算地磁坐标系下地磁场东西分量Y来分析磁暴期间场向电流在中低纬地区引起的磁场扰动.结果表明,磁暴主相期间的部分环电流主要作用于磁地方时昏侧和夜侧扇区,并且主相和恢复相期间部分环电流引起的磁场变化随着磁暴级别的增大而增大;磁暴主相期间向下的场向电流多出现在夜侧至晨侧扇区,向上的场向电流多出现在昏侧至午后扇区,且中纬地区向下和向上场向电流的展布范围明显大于低纬地区;恢复相期间弱、中磁暴事件的场向电流呈现与部分环电流相同的减弱趋势,而强、大磁暴事件在恢复相末期场向电流引起的磁场变化明显不同于恢复相的其他时刻,这可能与高纬较强的亚暴活动有关.

行星际磁场B_y分量对地球磁层顶场向电流调制

采用三维可压缩MHD数值模拟研究了行星际磁场By 分量的变化对磁层顶重联区场向电流大小和分布的影响 .行星际磁场通过模拟区x =-Lx 处左边界条件Bby来影响重联过程 ,从而改变重联区的场向电流 .研究结果表明边界条件Bby的突然改变 ,能使重联区场向电流迅速增加 ,甚至达到增大一个量级的水平 .Bby本身的存在(即不为零 )也会使场向电流维持在一个较高的水平 .由于行星际磁场By 分量不为零 ,而形成模拟区磁场By 不对称分布 ,这种不对称分布是场向电流不对称分布产生的主要原因 .这些结果是与Orsted卫星最新观测结果和地面观测结果相符合的 ,它表明行星际磁场By 分量对地球空间场向电流有较大的调制作用 .

特高压直流输电圆环型接地极电流场计算

在特高压直流(UHVDC)输电接地极设计过程中,需要对接地极附近的电流场进行计算。为此,介绍了基于电阻网络模型的高压直流输电圆环型接地极电流场的计算方法。首先将接地极场域在三维空间内分割为若干单元,每个单元等效为系统中的1个节点,通过6个等值电阻与相邻单元节点连接;然后将所有单元节点相互连接,构成1个电阻网络,从而将电流场计算问题转化为对电阻网络的求解问题;最后求解电阻网络,得到节点电压,并根据节点电压计算跨步电压、溢流密度等电流场相关参数。在同等条件下,将该算法与ANSYS仿真得到的电流场计算结果进行对比,结果偏差较小,验证了该算法的正确性。

±800kV圆环接地极电流场温度场耦合计算

电流场与温度场作为一对因果场量,其求解相对复杂。文章首先基于场路耦合法在考虑电极自阻的情况下对±800kV圆环接地极电流场进行计算,然后将电流场计算结果作为温度场的计算条件,采用三维有限元法对温度场进行求解,并对计算结果给出了工程实例验证。以此耦合算法为基础,在相同电极长度和截面尺寸下对不同圆环电极型式的接地特性进行了计算比较,得出对实际工程具有参考意义的结论。同时分析了土壤电阻率、电极埋深等参数对接地性能的影响,并根据相应的影响规律给出了切合实际的工程建议。

地铁杂散电流场的有限元模拟

为了研究地铁杂散电流场的分布规律及其影响范围,建立二维地铁杂散电流场数学模型,采用伽辽金有限单元法进行求解,根据有限元控制方程编制求解程序。对存在解析解的圆环域恒定电位场的模拟计算结果表明,该数学模型和计算程序是合理的可行的。对均匀介质、成层介质的地铁杂散电流场模拟计算结果表明:从地铁隧道到周围地下环境的电位都是非线性衰减的;距离地铁隧道越远,杂散电流强度越小;加大地铁隧道附近区域的电阻可以减小地铁杂散电流的影响范围。本文有限元模拟计算结果可作为确定杂散电流防护范围、定量评价地铁杂散电流对周围地下环境影响程度的依据。

分层土壤中点电流源电流场计算的递推算法

提出了一种适用于具有任意分层的水平或垂直土壤结构的计算点电流源电流场的递推算法。详细地分析了利用递推法获得水平或垂直多层土壤中的电流场的过程。与以往的方法相比,该方法的优点在于无需将每层土壤中的电位表达式具体写出,避免了极为复杂的公式表达,非常便于开发任意分层土壤结构的接地网接地性能数值分析软件。为了验证其有效性和正确性,对任意一段线电流进行了分析计算,并将分析结果与已有的计算结果进行比较,相对偏差很小。