瞬变电磁接收线圈响应过程分析: 以阻尼比与谐振频率为例

以电磁感应为原理的接收线圈是测量瞬变电磁信号的核心器件, 研究其响应特性对于瞬变电磁装备研发与校准具有重要意义.本文基于空心线圈的传感器方程与瞬变电磁的理论信号, 分析了阻尼比与谐振频率这两个关键参数对瞬变电磁感应线圈响应过程的影响规律, 并给出了选取建议.在讨论阻尼比选取的过程中提出了两种定量计算方法, 首先计算了纯二次场接收时间中不同阻尼比的累计积分误差, 发现在阻尼比取0.6411时整体积分误差最小;但考虑到瞬变电磁方法观测信号应尽早摆脱震荡达到稳定输出的特点, 又引入了线圈响应值与理论值的比值η曲线以及稳定截止时间参数tc, 比较不同阻尼比下进入稳定输出的时间点, 发现能够最早达到稳定输出的阻尼比为0.9118, 并将其作为本文的阻尼比选取建议.针对线圈谐振频率, 通过对比不同谐振频率下的线圈输出曲线发现随着线圈谐振频率增加, 输出曲线的响应速度与完成震荡过程的速度均会提升, 可以提前到达稳定截止时间, 能够提前观测瞬变电磁有效信号.还发现随着谐振频率的增加, 曲线的响应速度不断加快, 且线圈中接收到的能量随之增加, 但通过提高线圈谐振频率来提升响应速度或者增加接收能量都存在明显的边际递减效应, 因此建议线圈谐振频率设置在增速拐点之上以保证线圈的综合性能.本文研究对瞬变电磁接收线圈传感器设计具有参考价值.

一种基于锁相放大的谐振式密度传感器谐振频率测量系统设计

谐振式密度传感器测量密度的关键在于谐振频率的测量。现有的测频法、测周期法、FFT法等谐振频率测量方法因噪声、脉冲误差等因素限制了其精度。为了解决该问题,设计了一种以锁相放大器为核心的谐振频率测量系统,其检测电路将交流振动信号的测量转换为直流恒定电压的测量。利用实验中发现的谐振区域内该直流电压与激励频率呈近似线性关系,基于扫频思想提出并实现了一种谐振频率自动测量算法。在(20±0.05)℃环境下进行了密度标定实验,对密度传感器进行了温度补偿。实验结果表明,在密度为700 kg/m^(3)~1000 kg/m^(3)的测量范围内,测得谐振频率稳定性可达到0.002%,传感器的密度测量最大误差为0.48 kg/m^(3),最大综合测量误差为0.069%,验证了所提谐振频率测量方法的有效性、精确性。

电磁损耗介质对谐振腔TM_(0)模谐振频率和品质因数的影响研究

微波谐振腔作为现代工业微波器件的基本组成部分,在决定器件性能方面起着重要作用。在实际应用中,通常在谐振腔壁涂敷电磁损耗介质以满足设计需求,因此分析这类谐振腔的电磁特性具有一定的理论意义和应用价值。本文基于一个加载电磁损耗介质谐振腔的基本模型,依据模式匹配方法在介质不连续处建立起的匹配关系,得到了计算TM_(0)模谐振频率和品质因数的一般表达式,通过计算第一个谐振模式TM_(01)模分析了损耗介质厚度、种类对其电磁特性的影响规律。计算结果与电磁场仿真软件微波工作室(Computer Simulation Technology Microwave Studio,CST-MWS)仿真结果吻合良好,证明了该算法对于电磁损耗介质加载的谐振腔特性计算与分析是有效的。

基于等效电路模型的超声波电机串联谐振频率识别方法

在超声波电机运行过程中,由于负载、温升等因素的影响,电机的串联谐振频率会发生漂移。为了对电机进行精确控制,需要准确识别并跟踪电机的串联谐振频率。基于超声波电机的Butterworth-Van Dyke(BVD)等效电路模型,提出电机的串联谐振频率识别方法。利用电机端电压和端电流作为反馈信号,对反馈信号进行处理得到差分电压,进而得到电机端电压与差分电压的相位差,并分析了该相位差与串联谐振频率的关系。在此基础上,设计了相应的电路实现方案,制作了电路实物,采用所提出的方法对样机的串联谐振频率进行识别,并用阻抗分析仪测量了样机的串联谐振频率。结果表明:利用所提出的方法识别得到的串联谐振频率与试验测量得到的串联谐振频率相吻合,证明所提出的超声波电机串联谐振频率识别方法的准确性。

具有电或磁耦合关系谐振电路的谐振频率

采用本征值理论分析与电路仿真两种独立的方法,定量计算了具有电耦合或磁耦合关系谐振电路的谐振频率随耦合电容或耦合系数大小的变化关系,两种耦合电路的谐振频率表现出不同的变化规律。这种耦合谐振电路的分析为实际电路设计过程中利用耦合类型及耦合强度对谐振频率进行调谐开辟了新的途径,扩展了现有教学中无耦合谐振电路的教学内容。

Janus-Helmholtz换能器的振动模态谐振频率理论分析研究

Janus-Helmholtz换能器利用驱动振子纵向谐振与Helmholtz谐振腔的液腔谐振耦合,具有大功率、宽带声发射特性.传统观点认为导纳曲线中低频谐振峰对应液腔谐振频率,而高频谐振峰对应纵振动谐振频率,然而大量的实验研究发现该结论存疑.本文结合一只Janus-Helmholtz换能器实验样机的实验结果,运用等效电路法结合有限元法分析并求解了驱动振子纵向模态的谐振频率,使用有限元法分析并求解了Helmholtz谐振腔的液腔谐振频率.研究结果表明,与传统观点相反,导纳曲线中第1个谐振峰为驱动振子的纵向谐振,第2个谐振峰为Helmholtz谐振腔的液腔谐振;Janus换能器4个大尺寸辐射面带来的可观辐射质量是造成纵向振动谐振频率在水中大幅度下降的原因;Janus-Helmholtz换能器中存在两个等体积的Helmholtz共振腔而非传统认为的仅存在一个共振腔.这些结论对于正确认识Janus-Helmholtz换能器的结构及性能特性起到了正本清源的作用,也为优化创新该换能器的结构、改善换能器的声发射特性提供了技术支撑.

基于积分滑模观测器的直线振荡电机谐振频率跟踪控制

现有直线振荡电机(LOM)无位置传感器谐振频率跟踪控制方法存在行程观测精度低、抗干扰能力差等问题,容易导致谐振频率跟踪精度低、频率振荡严重。为提高谐振频率跟踪控制性能,该文研究了一种基于积分滑模观测器(ISMO)的新型谐振频率跟踪控制方法。首先,基于LOM工作在系统谐振频率点时行程-电流相位差为90°的特点,提出一种双互相关函数比值方法,消除了行程变化对谐振频率跟踪控制的影响。其次,采用积分滑模面及新型趋近律设计ISMO,并利用二阶广义积分器获取行程估算信号,大大提高了行程估算精度。最后,对比实验结果表明,所提方法能够有效提高谐振频率跟踪精度、稳定时间及抗干扰能力。

2.5 MHz谐振频率GaN基LLC谐振变换器设计

直流-直流变换器是航天二次电源的核心部件之一,体积小、重量轻、高功率的变换器是航天电源未来发展的趋势。提高变换器开关频率是缩减整机体积与重量、提升变换器性能的重要手段,所以,“高频化”是未来直流-直流变换器的重要发展趋势。使用GaN高电子迁移率晶体管作为开关器件,研究了在电路实现软开关的情况下,特定GaN器件对LLC谐振变换器可实现的最大工作频率的影响。研究发现,在保持软开关特性的情况下,GaN器件的输出电容越小,作为LLC谐振变换器的开关器件时可以使变换器实现的最高频率越大,但是GaN器件本身的损耗也会随之增加。针对损耗与高频的折衷关系,建立了精确的GaN器件损耗模型,为效率最优方案提供参考。并针对270 V输入、28 V输出、200 W额定功率的GaN基LLC谐振变换器做出了详细分析,通过使用GaN器件实现了2.5 MHz的高频变换器,整机功重比达到3.1 kW/kg,转换效率峰值为92.8%。原理样机验证了该设计方法可以实现更高频的LLC变换器,为未来制作高频变换器提供了设计参考。

基于陷波器的构网型换流器同步频率谐振抑制策略

随着电力系统中新能源占比的增加,传统电网的强度越来越弱,短路比降低,导致基于电压定向的跟网型电压源型换流器(VSC)的稳定性变弱。为了解决跟网型VSC连接弱网时的稳定性问题和功率传输极限问题,基于功率定向的构网型VSC得到广泛关注,尤其是采用功率同步控制(PSC)和虚拟同步机(VSG)控制的并网VSC,因结构简单而迅速发展。然而,考虑电网和线路等值电感动态时,构网型换流器在感性网络的等效电阻较小时易发生一种同步频率谐振(SFR),导致系统失稳。该文主要以PSC-VSC为研究对象,通过建立小信号模型分析其发生SFR的机理,发现除了线路电阻小之外,非最小相位效应是引发SFR的另一个原因。为了抑制这种同步频率谐振,该文提出采用陷波器的谐振抑制方法,与采用低通滤波器方法(等效VSG控制)相比,该文所提方法对控制参数更具有鲁棒性,同时能提高系统的带宽。最后,建立实验平台,通过物理实验验证该文所提出控制策略的有效性。

构网型逆变器同步频率谐振抑制研究

对于高电力电子渗透率的未来,构网型逆变器在电力系统中的稳定运行至关重要。由于不同于传统同步机本身存在的机械转子和阻尼绕组产生的高惯性高阻尼,构网型逆变器可能由于惯性以及阻尼的不足以及耦合引入的负阻尼导致在并网后输出功率存在较为明显的同步频率谐振问题,不仅影响波形质量,严重时甚至导致暂态不稳定。针对该问题举出四种方法并结合伯德图进行分析,最后通过Matlab/Simulink进行仿真验证。

基于零偏差型准比例谐振控制的高速永磁电机电流谐波抑制策略

随着高开关频率的碳化硅功率器件在高速永磁同步电机驱动领域的广泛应用,凸显的死区效应导致高速域下5次、7次高频谐波电流含量增加。传统的基于准比例谐振控制器的谐波抑制策略存在较大谐振频率偏差,并随着基波频率的升高而变大,电流谐波抑制效果不理想。针对上述问题,提出一种基于零偏差型准比例谐振控制的高速永磁同步电机的电流谐振抑制策略,通过对不同离散化方法下的准比例谐振控制的频率偏差进行分析,构建零频率偏差的离散变换表达式,并给出控制参数的设定依据,有效地抑制了谐振频率偏差。仿真与实验结果表明,新提出的控制策略可以实现零偏差谐振频率控制,有效地抑制高速永磁同步电机的相电流谐波。

地震频率谐振技术在内蒙古额尔古纳东珺银铅锌矿区勘查中的应用

内蒙古自治区额尔古纳市东珺银铅锌矿床属于浅成低温热液型矿床,浅部已控制的陡脉状与缓倾斜银、铅、锌矿体资源储量已达到大型规模。对浅部数据的处理解译并结合成矿地质条件分析认为,缓倾斜矿体赋存于一套波阻抗值相对较低的层间破碎带内,在其下部存在含矿构造带。为探获与成矿相关的热液上升通道,在矿区内应用地震频率谐振技术进行剖面性勘查工作,探测陡倾角断裂的结构和位置信息,以实现深部更大的资源量突破。通过地震频率谐振勘探所获得的波阻抗特征和已有钻孔及新钻孔等地质资料,证实了矿区深部的确存在与构造有关的厚大矿体的认识。地震频率谐振勘探的高精度视波阻抗勘查成果为本区深部探测提供了明确的目标和靶点。

基于主谐振频率的配电网单相接地故障测距新方法

对小电流接地系统单相接地故障暂态零序电流主谐振特征做了理论分析,给出了区内故障和区外故障暂态主谐振特征的区别,通过精确测距的理论推导,提出了一种基于主谐振频率的配电网单相接地故障测距定位测距方法。利用故障点上游装置测量到的主谐振频率即可实现小电流接地故障的故障测距功能,降低了实现测距功能的成本,解决了以往测距采用大量的录波数据进行故障测距对主站的压力和终端功耗的问题。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性,该方法具有较高的故障定位精确度。

降低谐振频率偏差和电网阻抗影响的单逆变器电流反馈谐振抑制方法

对于LCL型并网发电系统,引入高通滤波器的单并网电流反馈有源阻尼方法因难以在谐振频率偏移较小的工况下抑制谐振尖峰,不利于系统可靠运行。为此,该文将单电流反馈点变换成逆变器侧电流,提出一种无额外传感器的单逆变器电流反馈谐振抑制（inverter current feedback resonance suppression,ICFRS）方法,降低了控制所导致的谐振频率偏差对谐振抑制的影响。另一方面,考虑到数字控制下控制延时和电网阻抗的影响,推导出该方法所等效的虚拟阻性的正负分界频率范围为[fs/6,fs/3）是系统鲁棒性差的根本原因,提出鲁棒ICFRS方法。该情况下,无论弱电网下电网阻抗如何变化,所等效的虚拟电阻均呈正阻性,进而提高了系统的稳定性。同时,详细分析系统的控制性能,选取合适的控制参数,避免了参数的反复试凑。最后,通过仿真和实验结果验证所提控制方法的有效性。

基于LabVIEW超声马达谐振频率的实验研究

该文对超声马达谐振频率的时效性及不同预压力、电压激励下谐振频率特性的理论分析,采用基于LabVIEW开发平台的阻抗测试系统,自动测量超声马达阻抗特性、谐振频率及其相位,得出超声马达的谐振频率一般会随着预压力的增大而变高,谐振频率和品质因数随着激励的增加而减小,随测试时间而略有变化,并在RTWUM60样机上得到了实验验证,其输出曲线和数据对于超声马达谐振频率的获取、等效电路的导出、马达参数的识别及相应的控制策略均有重要指导意义。

耦合谐振式无线电能传输的传输效率最佳频率

应用集总参数和耦合模理论,研究了电磁耦合式无线电能传输系统的传输效率问题,提出了使无线电能传输系统传输效率最大的传输效率最佳频率概念,分析了传输系统参数和负载对传输效率最佳频率和传输效率的影响。制作了两线圈无线电能传输实验电路,并进行了谐振频率与传输效率的关系,负载与传输效率最佳频率及传输效率的关系,距离与传输效率最佳频率及传输效率的关系实验和仿真分析。实验和仿真分析证明了:无线电能传输系统有一个传输效率最佳频率;传输效率最佳频率近似与负载成正比,与线圈的互感成反比;传输效率最佳频率随距离增加而增大;当系统工作在传输效率最佳频率且负载电阻远大于线圈电阻时,无线电能传输系统的传输效率最大。

基于ANSYS的埋入混凝土中压电陶瓷谐振频率分析

基于ANSYS研究压电陶瓷(PZT-5H)的振动模态,结合谐响应算法得出压电陶瓷3个不同区域的应变-频率曲线,并将压电陶瓷和混凝土单元耦合,实现了压电埋入式混凝土机敏模块的电-声系统声压云图仿真,得到了不同激励频率下的最大声压和声场分布。结果表明压电陶瓷在20 kHz^100 kHz频段内有4个振幅极大值频率点,随着谐振频率的增加,振幅逐渐增加,而振动分布呈先集中后分散的变化趋势;通过谐响应分析发现压电陶瓷声辐射面不同区域最大应变频率均在80kHz附近;由电-声系统的声场分析发现压电陶瓷的激励频率为79.666 kHz时声压最大、声场分布最优、声指向性集中。

弱电网下抑制谐振频率偏移的并网逆变器谐波谐振控制策略

弱电网下LCL滤波并网逆变器可能因系统开环截止频率附近的稳定裕度太低而引发入网电流谐波谐振等稳定性问题。基于上述考虑,以单相并网逆变器双闭环控制模型为例,揭示了弱电网下系统谐波谐振产生机理以及稳定裕度与滤波器谐振频率偏移之间的关系,推导了最小谐振频率偏移条件以及最小谐振频率偏移对电流控制器的影响。鉴于此,提出了一种弱电网下抑制谐振频率偏移的并网逆变器谐波谐振控制策略,并给出了该策略的详细实现方案和参数设计方法。相较于传统控制策略,所提控制策略可以有效抑制滤波器谐振频率偏移对系统中低频段动态性能的影响,而且不论是否考虑电网电压比例前馈环节,并网逆变器的等效输出阻抗增益均无明显变化,且高于传统控制策略的阻抗增益,系统鲁棒性得到保证。最后,仿真与实验结果验证了所提控制策略的有效性。

粗细端截面比对阶梯形变幅杆谐振频率的影响

文章研究了粗细端截面比对阶梯形变幅杆谐振频率的影响.通过对粗细端等长和不等长阶梯形变幅杆谐振 频率的测量,找出了两组变幅杆谐振频率的降低系数β随粗细端面积比N2的对数lnN2的变化规律,分析了不同 阶数振动的频率变化特点,为阶梯形变幅杆的研究和具体设计提供了一定依据。

谐振管谐振频率计算方法的研究

为了准确地计算声谐振管的谐振频率,提出了基于对管内声压分布进行理论模拟的声压模拟法,以及基于驻波最小点位置与管两端声阻抗关系的驻波最小点法。结果表明这两种方法因为考虑了声谐振管两端的声阻对谐振频率的影响,所得谐振频率更加精确、严格,所以特别适用于要求谐振管的谐振频率严格控制的声学领域。同时表明:声压模拟法与驻波最小点法虽然出发点不同,但谐振频率的计算结果完全相同。驻波最小点法计算比较方便,而声压模拟法在计算出谐振频率的同时,还可以给出管中的声压随位置的分布情况。