瞬变电磁共中心零磁通线圈研制与试验

基于小尺度共中心线圈的瞬变电磁方法因施工便捷、快速且对低阻体敏感等优点,而被广泛应用于矿山、交通、水利等领域的工程地质探测。但理论与实践表明,该方法实测早延时信号明显失真,所计算的视电阻率值严重偏离实际,从而造成该方法对浅层地电信息的探测能力缺失,存在勘探盲区。为克服该技术缺陷,首先重建了共中心观测方式下仪器记录的瞬变场信号,基于理论分析研究了接收系统暂态过程和一次场对瞬变场观测信号的影响特征。结果表明,接收系统暂态过程和一次场是引起早延时数据失真的2个原因;与前者相比,后者对瞬变场有效分辨时间滞后的影响更大,为关键因素。同时指出在调制接收系统阻尼匹配情况下,进一步消除一次场干扰是减小勘探盲区的有效途径。基于此,考虑到发射线圈内、外磁场极性相反的特点,建立了共中心零磁通线圈的绕制方法,明确采用内、外接收线圈串联的方式可实现接收线圈内一次场总磁通量趋向于零(即零磁通);并通过公式推导,给出了内、外接收线圈匝数比的理论计算方法。现场试验结果表明:(1)内、外接收线圈匝数比的理论值较为可靠,但因线圈绕制存在误差,实际中还需结合线圈实测信号特征进行修正;(2)与中心线圈相比,所绕制的零磁通线圈受一次场干扰明显减小,瞬变场有效分辨时间大幅前移,早延时信号得到高度保真;在此基础上,通过增加内、外接收线圈匝数,可有效改善晚延时数据信噪比;(3)与中心线圈相比,零磁通线圈实测数据对试验区浅层地电信息的分辨能力明显增强,较好地解决了瞬变电磁方法存在浅层勘探盲区的技术难题,体现了零磁通线圈的可靠性和优越性,可为实际探测提供装备支撑。

零磁通线圈式永磁电动悬浮设计及特性研究

为改善平板式永磁电动悬浮导向能力弱、磁阻力大的问题,提出一种新型的永磁电动悬浮系统.首先,阐述系统的结构及原理并建立包含磁体纵向边端效应的三维电磁力解析模型并求解;其次,搭建三维有限元模型,通过对比解析模型计算结果与有限元仿真结果验证了解析模型的准确性和可靠性,并基于有限元模型分析了电磁力的时域特征和磁体与轨道线圈间的电磁耦合过程;最后,以浮重比和浮阻比为性能指标,研究了系统的悬浮性能及浮阻特性,其结果与平板式电动悬浮系统进行对比分析.研究结果表明:该系统具有可行性,其结构简单、能耗低、浮阻比大且克服了导体板式永磁电动悬浮导向能力弱、浮阻比小的问题;在中高速域内,其浮阻比可达65,是平板式永磁电动悬浮的2.5倍;本文提出的系统及三维电磁力解析模型可为未来的磁悬浮交通发展提供参考.

基于场-路-运动耦合模型的超导电动悬浮系统垂向振动抑制方法研究

超导电动悬浮具有大悬浮间隙、节能、环保等优点,是未来高速磁悬浮列车系统的技术路线之一。然而,在实际运行中,超导电动悬浮系统会受线路不平顺、气动扰动等因素影响而产生振动,振动会降低乘坐舒适性甚至导致列车悬浮失稳撞轨。因此,非常有必要研究抑制超导电动悬浮系统振动的方法。以铰链零磁通线圈超导电动悬浮系统为研究对象,开发超导电动悬浮系统“场–路–运动”耦合的阻尼性能分析模型,比较被动阻尼与主动阻尼的垂向振动抑制效果,揭示被动阻尼与主动阻尼的作用机理。研究结果表明,基于加速度比例控制的主动阻尼具有更优的振动抑制效果。

超导电动悬浮系统阻尼特性研究

超导电动悬浮具有大悬浮间隙、节能、环保等优点,是未来高速磁悬浮列车系统的技术路线之一,阻尼特性是其实际应用中稳定悬浮的关键参数,然而针对电动悬浮系统阻尼特性的研究仍然处于起步阶段。该文以铰链零磁通线圈超导电动悬浮系统为研究对象,基于动态电路理论模型,开发场-路-运动耦合的超导电动悬浮振动分析模型,并提出基于移动区间的加速算法,通过与实测数据的比较,验证模型的有效性,揭示超导电动悬浮垂向与导向自由振动与强迫振动特性。最后,基于振动能量法的阻尼评价方法,阐述垂向与导向阻尼特性随列车运行速度、振动频率和振动幅值等参数之间的内在关系,所提方法为电动悬浮技术发展提供重要参考。