用于小口径5 T磁共振成像系统的梯度线圈和^(1)H/^(13)C双共振射频线圈研制

基于自主研制的5 T磁共振成像系统和^(13)C代谢磁共振成像研究需求,设计了一种小口径磁共振成像梯度线圈和^(1)H/^(13)C双共振射频线圈系统.其中梯度线圈设计采用有限差分流函数方法,射频线圈设计为马鞍线圈结合表面线圈的双共振方案.采用有限元方法对磁场分布进行了数值模拟分析,成功研制出一套用于小口径5 T^(13)C磁共振成像的梯度与射频线圈,并利用自主研制的5 T磁共振成像系统平台验证了设计方案的可行性,经过实验测试采集到^(13)C标记的尿素水模磁共振图像和小鼠头部^(1)H磁共振图像,为后续开展基于动态核极化的^(13)C磁共振代谢成像奠定了基础.

一种核磁共振陀螺横向磁场线圈耦合标定方法

磁场线圈是核磁共振陀螺磁场系统的核心部件,是惰性气体磁共振激励维持、主动磁补偿的核心部件。横向磁场线圈的耦合对磁补偿精度与磁共振激励都有较大影响。因此,横向磁场线圈的耦合标定尤为重要。为解决上述问题,提出了一种基于核磁共振陀螺内置磁力仪的横向磁场线圈耦合标定方法,通过理论仿真和实验设计,验证了其正确性与可行性。实验结果表明,采用所提出的耦合标定方法对X轴对Y轴耦合和Y轴对X轴耦合进行标定,分别为1.86%和3.11%。通过旋转线圈改变装配角度,表明此方法在较小旋转角度时,测量结果不受装配误差的影响。通过标定同一批次的5只线圈,根据结果从中选取耦合较小的线圈进行装配,为核磁共振陀螺线圈的筛选奠定了基础。

磁聚焦式扭矩传感器激励线圈控制策略研究

为测量旋转轴不同工况下的扭矩,提出了一种基于磁聚焦式扭矩传感器的激励线圈控制策略。该控制策略以控制传感器稳定输出幅值为2 mV电信号为目标,将感应电压数学模型和正交试验法相结合,对各个工况下的激励线圈控制策略进行设计,并利用MATLAB和COMSOL软件对各控制策略进行理论计算和有限元仿真验证。为模拟传感器在台架实验中得到的带噪声信号,对仿真得到的输出电信号添加高斯白噪声,利用MATLAB仿真软件对带噪声信号进行滤波优化。仿真结果表明:该控制策略能够使传感器在旋转轴的不同工况下,稳定输出幅值为2 mV的类正弦电压信号,验证了其可行性。

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。

钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法

利用掘进巷道超前探水钻孔进行钻孔瞬变电磁法探测钻孔孔壁外围远距离含水体,避免了常规测井方法仅能探测钻孔孔壁岩层的“一孔之见”。目前钻孔瞬变电磁法受全空间效应的影响,接收到的单分量响应不能判别异常体方位;多分量响应可以近似判断异常体的大致方位,但难以通过成像等直观有效的方法对其进行精确定位。基于钻孔瞬变电磁法和方位电磁波测井相关理论,提出了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法,采用方位线圈作为探测装置,减小线圈互感,增强钻孔瞬变电磁法的探测效果。同时,通过改变线圈旋转角,对钻孔孔壁进行360°扫描,形成钻孔径向全方位探测,旨在对钻孔孔壁外围岩体中的低阻体进行精确定位。首先推导方位线圈的互感解析表达式,探讨方位角对方位线圈互感的影响,通过数值计算确定最佳方位角取值。分别建立均匀介质和含低阻异常体的钻孔全空间三维地质-地球物理模型进行瞬变电磁场数值模拟,分析方位线圈的瞬变电磁法扫描探测多分量响应特征,总结方位线圈扫描探测瞬变电磁响应规律,确定了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法,即通过钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征判别钻孔孔壁外围岩体中低阻异常体的位置。最后建立含2个低阻体的地质-地球物理模型,采用最佳方位角的方位线圈进行数值实验,验证了该方法能有效地判别低阻异常体的方位。研究表明:钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测结果可以较好地反映钻孔径向外围岩体中低阻异常体引起的瞬变电磁场异常,全空间视电阻率成像结果分辨率较高。依据钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征,钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法对钻孔孔壁外围岩体中的低阻异常体具有较高的分辨率及定位精度。研究结果可以为钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法的实际应用提供理论依据。

H1型经颅磁刺激线圈结构设计对刺激效果的影响

经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)是一种无创、无痛、低成本实现大脑刺激的工具,在治疗许多精神疾病方面有效。H1型线圈是一种TMS线圈。为实现深部脑组织刺激,基于现有的H1型线圈,本研究提出一种由四匝线圈组成的一种简化的H形线圈,使用有限元分析计算球形头部模型内电场分布,并利用大脑内深度20 mm处最大的电场强度E_(max)(20)与大脑表面最大电场强度E_(max)(0)的比值P(20)和E_(max)(0)研究H形线圈结构设计对刺激深度的影响。分析结果表明,H形线圈的刺激效果由线圈中两组线圈的结构、位置共同决定,通过调整线圈结构,最优的H1线圈对应的P(20)和E max(0)分别为75.54%和32.97 V/m。通过合理的结构设计,可实现在大脑表面最大电场强度较小的同时,刺激颅内深部组织。

自主研发高分辨盆腔专用线圈在3.0 T磁共振设备成像价值的评估

目的探讨自主研发的16通道高分辨盆腔专用线圈(16C)在3.0 T盆腔MRI中的应用价值。材料和方法前瞻性招募35例行盆腔MRI的患者,分别用16C线圈和32通道的体部线圈(32C)采集相同的轴位和矢状位T2WI序列。比较相同序列图像中第三骶椎、子宫肌层、前列腺外周带、直肠壁和闭孔内肌的信噪比(signal to noise ratio,SNR)及对比噪声比(contrast to noise ratio,CNR)。由两位诊断医师各自对两组图像质量和直肠轴位图像直肠壁分层结构的显示度进行主观评分。结果两组线圈相同序列的T2WI矢状位第三骶椎、子宫肌层、前列腺外周带和轴位闭孔内肌的SNR差异具有统计学意义(P<0.05),矢状位第三骶椎、子宫肌层和轴位直肠壁对肌肉的CNR差异具有统计学意义(P<0.05),16C组高于32C组。两组线圈相同序列的T2WI图像质量主观评价差异具有统计学意义(P<0.05),16C组图像质量更优。在轴位T2WI直肠壁分层结构的显示度评价方面两组图像差异具有统计学意义(P<0.05),16C组更优。结论16C线圈在3.0 T磁共振设备上成像质量更好,更有利于盆腔疾病的诊断。

高纯度横波蝶形线圈电磁超声换能器优化设计

蝶形线圈电磁超声换能器(EMAT)能够在铝块中同时激发出超声横波和纵波,接收信号中存在横波反射回波和纵波反射回波,纵波回波会影响缺陷检测的准确性。该文设计了一种变尺寸蝶形线圈EMAT,通过改变线圈不同位置导线的宽度与间距,改变不同位置的换能效率,以实现横波的增强和纵波的抑制。首先,考虑永磁体的空间磁场分布,分析蝶形线圈EMAT不同位置导线所受洛伦兹力与激发超声波类型的关系,结合有限元声场云图,得到EMAT接收信号中存在多个回波的原因;其次,研究线圈参数对换能效率和横波纵波幅值比的影响规律,利用有限元仿真确定变尺寸EMAT的设计参数;最后,制备常规与变尺寸蝶形线圈EMAT,采集无缺陷铝合金试块的回波,结果表明,当永磁体直径与线圈中心宽度比为1.92时,纵波幅值削弱了66.1%,横波幅值增大了36.3%,横纵波幅值比从5.8升至23.1。该文设计的变尺寸蝶形线圈EMAT实现了对纵波的削弱和横波的增强,提升了横波电磁超声内部缺陷检测的可靠性。

基于自谐振线圈参数优化的多中继无线供电系统效率提升研究

印刷电路板(printed circuitboard,PCB)自谐振线圈可以避免绕线引起的偏差,且不受分立补偿电容的影响,应用在多中继无线供电系统中极具前景。针对PCB自谐振线圈结构参数优化不完全所导致的多中继无线供电系统传输效率低下的问题,该文给出了一种用以提升系统传输效率的PCB自谐振线圈结构参数优化设计方法。首先,建立了多中继无线供电系统的传输效率模型,并分析了线圈的电参数对传输效率的影响机理;其次,详细推导了线圈电参数与线圈的匝数、介质厚度、线宽、铜箔厚度、介质损耗角正切值以及介电常数之间的关系;然后,基于上述关系,以传输效率最高为目标,优化了线圈参数;最后,利用优化后的PCB自谐振线圈搭建了一套五线圈无线供电系统实验样机。实验结果表明,采用优化后的PCB自谐振线圈传输效率最高可达76.5%,相比优化前33.1%的传输效率,提高了43.4%。

基于自激振荡原理的双线圈磨粒检测技术研究

为满足实际工业应用的需要,基于LC自激振荡,提出双线圈式磨粒检测技术。首先建立了等效电路模型,其次引入磁场均匀度系数的概念并利用COMSOL Multiphysics仿真软件研究了管道域中的磁场分布及金属颗粒通过线圈时的输出响应,最后制作传感器进行试验。结果显示,该传感器管道域的磁场均匀度系数达0.91以上,可通过检测电压、频率的变化获取磨粒信息。研究结果为电感式磨损传感器研发提供一种新思路。

基于电容吸收拓扑电路的新型磁阻线圈发射器

磁阻线圈发射器具有出口速度一致性好、可靠性高和能源清洁等优点。但是现有磁阻线圈发射器普遍效率较低,限制了其工程应用。为提高发射效率,提出一种基于电容吸收拓扑电路的新型磁阻线圈发射器方案。首先建立了传统二级磁阻式发射器的模型,采用有限元软件进行了仿真计算。结果显示,在电枢经过线圈中心后,驱动线圈中剩余电流产生的磁场会使电枢受到反向电枢拖拽力而减速。针对上述问题,提出一种新型的基于电容吸收拓扑电路的能量回收方案,分析了各阶段的放电特性。计算结果表明:与传统放电电路相比,新型放电电路可以使驱动线圈的剩余电流被电容器吸收实现快速衰减,电枢出口速度由21.46 m/s提高至26.19 m/s,效率由14.50%提高至21.59%。新型放电电路能够对电枢加速后的剩余能量进行回收,明显减小电枢拖拽力,提高了发射速度与能量回收效率。

特斯拉线圈电网络模型的宽频等值化简

针对特斯拉线圈复杂的电网络模型,提出了利用求解非线性方程和优化目标函数建立等值网络的方法。该等值网络在宽频范围内,在阻抗参数、有载增益、输入阻抗、传输功率与传输效率方面,均与原网络近似等值。该方法应用电压、电流之积计算灵敏度,可方便地获得雅可比矩阵和目标函数梯度。该方法对“网络分析与综合”课程或“电路理论”课程的师生,以及科研人员,具有切实的启发作用。

基于电磁铁复合线圈的磁浮车悬浮间隙检测方法

针对传统电涡流传感器体积大、无法直接测量真实电磁间隙等问题,提出了一种基于电磁铁复合线圈的磁浮车悬浮间隙检测方法。首先,分析了悬浮系统等效电磁间隙检测原理,针对电磁铁和F轨表面高频涡流对复合线圈磁场耦合作用建立了复合线圈等效阻抗模型。其次,通过有限元仿真优化了复合线圈激励频率和复合线圈间隙检测系统结构以提高检测灵敏度,设计了谐振检测电路和信号解调电路有效抑制了悬浮系统与间隙检测系统之间的串扰。最后,进行了静态性能测试和悬浮实验,校正后的线性度为0.4%,恒定间隙时静态输出最大波动峰峰值为89μm,悬浮系统能够在给定间隙、阶跃扰动和偏移扰动的不同工况下稳定悬浮。实验结果表明,间隙检测的响应速度和检测误差均满足系统要求。

基于磁心与线圈参数优化的非侵入式磁场取能系统功率密度提升方法

非侵入式磁场取能系统具有结构简单、供电稳定等优点,是解决变电站母排环境中状态监测传感器电池供电寿命有限的有效手段,但因功率密度较低制约了其应用。对于非侵入式磁场取能系统,磁心与线圈参数对其功率密度的影响非常显著。然而,现有方法对磁心与线圈参数的分析相对独立,优化磁心时仅以互感为指标,忽略了该过程线圈参数变化对功率密度的影响。对此,该文考虑磁心尺寸对线圈参数的影响,以功率密度为指标,详细分析线圈匝数、线圈线径、磁柱侧面边长与叠片厚度对系统功率密度的影响。并在此基础上,提出一种优化磁心与线圈参数的功率密度提升方法,即设计线圈匝数、线圈线径、磁柱侧面边长与叠片厚度的最优值,以获取更高的功率密度。最后,基于所提出的方法制作了系统样机并进行测试。实验结果表明,对于限定磁心尺寸为30 mm×30 mm×40 mm的系统,在100 A母排电流下,系统经磁心与线圈优化后功率密度可达4.18 mW/cm~3,提升至系统优化前功率密度的35倍,验证了所提出方法提升功率密度的有效性。

电磁脉冲强化中螺线管线圈缠绕的对比研究

为探索更好的螺线管线圈缠绕方式,从热力学、空间占有率和绕制角度考虑,分析得到矩形截面铜导线更适合绕制电磁脉冲螺线管线圈,运用有限元软件仿真模拟了5种缠绕形式的螺线管线圈在6 kV电压的电磁脉冲情况,对线圈及棒件受到的电磁力进行了对比分析。发现在单根导线中,平式缠绕导线的受力更小;在双根导线情况下,单层并联缠绕整体优于双层并联缠绕。在实验中采用棒件电磁脉冲表面强化技术,结果表明,在电磁力作用下导线的变形与电流热效应产生的温升是使螺线管线圈损坏的主要原因,双根导线单层并联缠绕的螺线管线圈性能更好且具有较长的使用寿命。电磁脉冲可以使钛棒的维氏硬度提升约15%,但过度加工会使硬度下降。

超磁致伸缩换能器磁场强度建模与线圈优化分析

磁场强度是决定换能器性能的关键变量,为了提高超磁致伸缩换能器(GMA)的磁场强度和输出位移,本文提出了一种新型的弓张式发音振子结构,用COMSOL软件建立二维模型,得到超磁致伸缩材料(GMM)棒内部磁场分布情况。由于弓结构内部空间受限,对激励线圈进行优化,讨论了导线经验模型、静态电阻和电感模型的适用性,建立了线圈的平均磁场模型,以线径为决策变量,计算了正弦响应下不同线径的振幅比和相位滞后。结果表明:该模型在计算电阻和电感时的相对误差分别小于5.3%和4.1%。在预测正弦响应时,计算振幅比的误差低于6.6%(在大多数条件下低于1.8%),计算滞后相位的误差低于3.4%。较宽的导线直径对提高磁场振幅有较大的帮助,但对磁场的相位滞后性影响很小。

颅脑专用线圈在0~6月龄婴儿颅脑MRI中的图像质量对比分析

目的:探讨16通道婴幼儿颅脑专用线圈对0~6月龄婴儿颅脑MRI图像质量的影响。方法:选取32名0~6月龄患儿使用16通道婴幼儿颅脑专用线圈行颅脑MRI检查(专用线圈组),另选取同时期使用常规头颈联合线圈行颅脑MRI检查的32名0~6月龄患儿作为常规线圈组,扫描序列均包含横断位T1加权像(T1WI)、T2加权像(T2WI)、T2液体衰减反转恢复序列(FLAIR)以及横断位弥散加权像(DWI),分别对扫描图像进行主观和客观评价。结果:主观评分中:T1WI、T2WI、FLAIR序列评分均达到4分以上,DWI序列均达到3分以上;在T1WI、T2WI和FLAIR序列中两名评分者评分一致性程度较强(Kappa值分别为0.717、0.652、0.784),在DWI序列中,一致性程度一般(Kappa值为0.321),均具有统计学意义(P<0.05)。客观评价中,专用线圈组各序列的SNR和CNR在颅脑左右叶上均表现出高度的一致性,且颅脑左右叶SNR和CNR差异无统计学意义(P>0.05);相较于常规线圈组,专用线圈组在各个序列SNR、CNR均有所增加,其中在T1WI序列SNR、CNR和DWI序列SNR,两组差异有统计学意义(P<0.05)。结论:使用颅脑专用线圈扫描0~6月龄婴儿颅脑图像可以满足临床需求;专用线圈组图像质量在主、客观评价中均优于常规线圈组。

基于抽真空系统的继电器线圈BMC热固性塑料模具结构设计

对于原有BMC继电器线圈模具的外观较差、线圈断线丝、生产效率及合格率较低等问题,设计了一种1模16腔布局的上、下双顶出系统的压注模具,通过抽真空系统结构的设计将注塑压力从原充填压力19~42 MPa降低至22~25 MPa,成型件采用电加热及电阻测温方法,上模镶件的温度控制在148~151℃之间,下模镶件的温度控制在148~151℃之间,通过实际生产验证抽真空系统的效果。该改进方案使不合格品率从0.08%降低至0.015%,生产效率提高了20%。结果表明,该模具通过抽真空系统的应用提高了模具的可靠性及稳定性,满足自动化数字化生产线的要求,并且,提高了生产效率与产品的合格率。

LCL-S补偿的IPT系统线圈耦合状态检测方法

为了使感应无线电能传输系统能够自主判断二次侧电能接收线圈与二次侧电能发送线圈之间的耦合距离是否满足正常工作的条件,从而避免可能的过电压或过电流故障,保障系统的安全可靠运行,设计了一种仅通过动态检测一次侧电压幅值来判断一次侧线圈和副边线圈耦合状态的方法,可以有效简化系统的设计,硬件实验结果表明所设计的方案是可行的。

基于GNSGA-Ⅱ算法的线圈优化设计

在电动汽车无线充电技术中,充电线圈的性能直接影响系统的整体传输性能。在分析常用线圈形状的基础上,引入拉梅曲线方程,设计了一种新型超圆角方形线圈;对耦合电路进行理论分析,得到优化目标传输效率和功率密度与待优化参数之间的关系;利用改进的多目标优化算法(GNSGA-Ⅱ)进行线圈的参数优化,得到一组最优的参数解用于工程设计。该方法相比于传统有限元仿真计算法,具有节省时间的优点,优化设计结果表明该方法具有有效性。