基于改进目标场法梯度线圈的感应式磁声磁粒子浓度成像研究

感应式磁声磁粒子浓度成像(MACT-MI)是一种基于磁声耦合效应的磁性纳米粒子(MNPs)浓度成像新方法。由于其磁声信号的信噪比低,导致系统成像质量不佳,该文提出一种改善MACT-MI信噪比的新思路:首先,基于经典目标场法(TFM)设计梯度线圈的思路,将最小化磁场相对误差定义为适应度函数,并采用鲸鱼优化算法对电流密度系数进行优化,设计了一种结构灵活、激励简单的高质量梯度磁场线圈;其次,为研究梯度磁场空间分布特征对MACT-MI的影响,该文构建不同的MNPs分布模型,并利用多物理场仿真软件COMSOL对MACT-MI的物理过程进行数值求解,得到成像区域的磁力和声压分布。仿真结果表明,磁力和声压的有效波动范围与梯度磁场均匀空间的大小成正比,且随着均匀空间的缩小,磁力和声压的峰值也随之衰减,通过提高磁场的均匀度可以有效提高磁声信号的信噪比,改善系统成像质量。研究结果可为成像装备的设计以及MACT-MI的后续实验应用提供研究基础。

Matlab与实验相结合测量载流圆线圈磁场的新方法探究

通过搭建RLC串联谐振与电磁感应法测量载流圆线圈磁场的理想化模型,利用Matlab编程仿真,模拟不同电容与载流圆线圈串联达到谐振时,具有串联电容C越小,感应电动势U_(m)越大的分布规律.Matlab仿真结果说明RLC串联谐振改进电磁感应法测量载流圆线圈磁场科学可行,并对实际实验提供指导.实际实验效果最佳的3种电容即0.099μF、0.100μF、0.11μF中,U_(m)实测结果符合Matlab仿真规律.最小电容即电容为0.099μF时,圆线圈中心磁场测量误差仅为2.23%,精确度最高,远远高于传统电磁感应法测量误差15.67%.基于Matlab与实验相结合设计了一种测量载流圆线圈磁场的新方法,操作简便,现象明显,精确可靠,可推广到其他不同类型的线圈激发的弱磁场测量.

基于罚函数算法的感应式磁力仪优化设计

低等效磁场噪声、轻小型感应式磁力仪是空间、深地磁测等应用的必然要求。提出了一种在感应式磁力仪参数及等效磁场噪声、轻小化约束下,求解最优感应线圈匝数、线径参数配置的方法。首先建立了感应式磁力仪等效磁场噪声、重量指标数学模型,然后基于罚函数算法求解其数值解,从而得到感应线圈匝数、线径参数最优值。为验证理论分析结果,根据优化参数制作感应式磁力仪并进行指标测试,测试结果与理论设计相吻合,验证了基于罚函数算法求解感应式磁力仪最优参数的准确性。

基于组合式场路耦合法的多绕组变压器建模与阻抗参数设计

为解决低励磁阻抗多绕组变压器建模、多绕组变压器复合短路阻抗及多并联支路间电流分配计算的问题,基于组合式场路耦合分析,给出一种高效、通用的多绕组变压器建模和阻抗参数设计方法。根据初步设计的变压器结构,采用磁场能量法,二次开发出基于ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language,APDL)的三维静态磁场专用分析程序,计算出多绕组电感矩阵,并以此为依据构建多绕组变压器的线性仿真模型,进行相关仿真研究。通过仿真结果反馈的信息适当修改变压器结构以满足要求。实验结果表明,所提方法能够准确计算出多并联支路间电流分配,各种短路工况下复合短路阻抗计算结果可满足工程实践的需要。

鼠笼转子异步磁力联轴器磁场的有限元瞬态分析

为了获得鼠笼转子异步磁力联轴器负载运行时的状态,运用Ansoft公司开发的Maxwell 2D软件对其进行有限元瞬态分析,得到磁力联轴器瞬态磁力线、涡流密度分布以及扭矩.分析表明磁力联轴器内外转子的转速差改变了磁场分布,且使得内转子导条上产生较大的涡流,同时能够平稳地输出扭矩.对分析结论进行了试验验证,得出用Maxwell 2D进行瞬态分析获得的扭矩值精确度为70%~85%,且可以利用端部系数和摩擦系数进行修正.结果表明,运用Maxwell 2D对磁力联轴器进行瞬态分析具有可行性和实用性.

线圈型电磁发射器磁场构型的设计与分析

在线圈型电磁发射器的设计中,驱动线圈磁场构型的设计是基础和关键问题。提出磁场构型的概念和设计准则,推导出线圈型电磁发射模型的加速力表达式,通过有限元方法仿真分析了不同厚长比矩形截面螺线管线圈的磁场形态,考虑驱动线圈与抛体之间的互感及作用力随位置变化的趋势,比较不同截面形状螺线管线圈的磁场构型,同时计算截面形状对作用力的影响。结果表明,在静磁场中,相同截面安匝电流的情况下,驱动线圈采用正方形截面螺线管,能够对抛体产生较大的电磁力。

脉冲磁体的电感计算

与有限元法相比,解析算法具有建模简单、可移植性强、计算效率高等优点,所以磁体设计时一般采用解析法计算其电感值。本文将主要讨论绕线磁体和铜皮磁体等两种磁体的电感解析计算方法。一般磁体电感的解析计算法,存在较多重复计算,使计算时间长、计算效率低。本文提出了一种改进计算方法,它剔除了重复计算步骤,可使计算效率大大提高。本文还依据安培环路定律和能量守定律推导出了一种解析铜皮磁体电感的计算方法,将每层铜皮逻辑划分为多匝,按绕线磁体计算,再将所得电感值经过折算便可得铜皮磁体的真实电感值。

音频大地电磁磁场传感器的研制

感应式磁场传感器一直是我国电磁法仪器发展的瓶颈,国外大地电磁法中测量大地磁场主要采用感应式磁场传感器。为此,根据音频大地电磁场源的特点,从感应式磁场传感器的基本原理出发,设计传感器的磁芯和线圈绕组结构以及线圈的谐振频率;另外,采用了磁通负反馈技术和频率补偿的方法,扩展了传感器的频带,得到了在1 Hz～9.8 kHz频带范围内平坦度为±1.5 dB的灵敏度曲线,满足音频大地电磁探测的需要。

基于等效单匝电感矩阵的多绕组变压器复合短路阻抗及环流计算

为了有效地解决多绕组变压器建模复杂、复合短路阻抗计算时间长及多并联绕组间环流计算难等问题,结合由自感和互感描述的变压器等效电路模型,提出了一种基于等效单匝电感矩阵的多绕组变压器复合短路阻抗及多并联绕组间环流的求解方法。该方法通过等效单匝电感矩阵求解出所有两两绕组间的短路阻抗,并结合复合短路阻抗的定义和端口条件,在Matlab软件中编写相应的通用计算程序,可一次性求解出任一所需的复合短路阻抗及多并联绕组间的环流大小。最后,以某一实际12绕组变压器为例,采用所提方法对复合短路阻抗和环流进行了计算,并与试验结果进行了对比分析,结果表明,该方法能够准确地计算出各种短路工况条件下的复合短路阻抗及多并联绕组间的环流情况,可以满足工程设计的要求。

电流互感器三维磁场分析与互感计算

用三维有限元方法分析计算了几类电流互感器的三维磁场和互感系数。采用有限元商用软件包Ansoft,基于能量摄动法计算得到罗氏线圈、含线性铁心电流互感器以及含非线性铁心电流互感器在不同参数下的互感系数,并进一步分析得到其变化规律。该方法简单易行,可用于计算规则、不规则形状电流互感器电感参数。对于圆形和矩形罗氏线圈,有限元法与解析方法计算结果的一致性验证了有限元法计算的正确性。

电缆三维磁场分析与自感计算

文章采用三维有限元方法分析计算了几类同轴电缆、多股导线同轴电缆以及偏心电缆的三维磁场和电感参数;采用有限元商用软件包ANSYS,基于磁场能量法计算得到几种不同形状的同轴电缆、多股导线同轴电缆以及偏心电缆在不同参数下的单位长度自感参数;基于能量摄动法计算得到同轴电缆在不同参数下的单位长度自感参数和单位长度互感参数,并进一步分析得出电感参数变化规律。有限元法与解析方法计算结果的一致性验证了有限元法计算的正确性。该方法简单易行,且计算精度很高,可用于计算规则或不规则形状的同轴电缆以及偏心电缆等各类电缆的电感参数。

三相切向结构永磁电动机电感参数解析计算

提出一种基于基本气隙磁场计算凸极同步电动机电感参数的解析计算法,该方法比使用传统气隙磁导法更方便。在介绍凸极同步电机基本气隙磁场概念及基本气隙磁密的求取的基础上,以一台三相7.5 kW切向式永磁推进电动机为算例,给出了基于基本气隙磁场的永磁电动机电感参数解析计算步骤,推导了电感参数解析计算公式。利用解析计算的参数进行性能仿真与试验所测的结果较好吻合,验证了该方法的有效性和准确性。

基于伽辽金有限元法的磁感应断层成像正问题仿真

磁感应断层成像(MIT)的正问题计算为系统建模和研究提供了重要依据,由于MIT中涡流场微分方程的非正定性,增加了MIT正问题计算的复杂度。本研究提出一种基于伽辽金有限元法的正问题求解方法,该方法对微分算子无特殊要求,解决了涡流场微分方程非正定性的问题,利用该方法对成像区域内的磁场分布、涡流强度以及检测线圈的相位差等参数进行了分析。计算结果表明,成像区域内磁感应强度的幅值主要由实部决定,而虚部对场域内电导率的变化较为敏感,因此,可以用磁感应强度的虚部进行图像重建。同时,与目标导体的位置越近、激励线圈的位置越远,检测线圈中的相位差值越大;同一位置的目标导体,检测线圈的相位差与电导率大小成线性关系。经理论推导与仿真实验的验证,所采用的伽辽金有限元法能够有效求解MIT正问题,进而为MIT硬件系统的测量及重建算法的研究提供实验参考和理论依据。

智能公路磁道钉诱导磁场特性电磁感应法研究

对智能公路上磁道钉形成的诱导磁场特性运用电磁感应法进行研究,设计了诱导磁场测量方案,分析了诱导磁场特性,拟合了诱导磁场特性近似数学模型,最后以试验结果论证了理论分析结果。

两自由度直驱感应电机电磁场分析和特性计算

能够做直线、旋转或螺旋运动的两自由度驱动器在机械工具和机器人等领域有可观的应用价值。本文提出一种具有新型结构的两自由度直驱感应电机并针对该电机镀铜铁磁空心动子特殊结构及多运动形式加剧转子电磁场分析的复杂性,采用简化三维电磁场分析的等效平板模型,利用Maxwell方程组建立电机三维电磁场约束方程并求解气隙、转子铜层和钢层的电磁场量;利用电磁场计算结果和介质表面阻抗的概念计算电机转子参数,采用等效复数磁导率考虑铁磁材料非线性磁化影响。对比分析电机等效电路模型和有限元模型的特性计算结果,表明所述两自由度电机等效电路的合理性以及采用等效平板模型简化分析的可行性。

基于场路结合模型的深槽式单相直线感应电机特性研究

阐述了深槽式单相直线感应电机的结构特点和运行原理,提出了场路结合的分析模型(其中用有限元方法分析铁心叠厚范围内的磁场分布,用电路来等效初级绕组端部)。该模型包含多个电机初级和一个电机次级,既能计算电机堵动时的气隙磁场、推力、电容电压、次级的涡流功率等稳态特性,也能计算电机起动时的电流、速度、推力等动态特性;另外还可以分析电机结构参数与电容容量对电机性能的影响。分析结果表明,该电机具有起动电流小、电容电压大等特点。样机实验结果与分析结果相一致,表明了该分析模型的有效性。

基于磁-结构耦合的电磁线圈发射器驱动线圈累积失效研究

实验中线圈发射器常在发射5-6次后驱动线圈出现破坏现象,为了设计出满足性能要求的线圈发射器,对破坏原因进行分析是十分必要的。以实验所用单级同轴感应线圈发射器为研究对象,通过电路-磁场-结构场耦合计算方法,求解出了线圈及其封装的应力分布。对于封装非金属材料,采取静强度评估方法进行失效判断,认为当封装所受最大应力超过其抗拉强度极限时发生失效。对线圈金属材料,除采取静强度评估方法外,还结合其材料应力-寿命曲线进行了疲劳寿命分析。结果显示:封装所受最大应力超过了其抗拉强度极限,在发射过程中,破坏区域逐渐扩大直至封装完全破坏;线圈所受最大应力小于其屈服强度,没有发生静强度失效,但在多次发射后会出现疲劳破坏。通过对封装进行材料改进,使得封装所受应力在许用范围内并且增加了驱动线圈的疲劳寿命。

全相闪电磁场测量系统实现与试验

根据电磁感应法原理,研制了一套全相闪电磁场测量系统。该系统磁场测量天线由3个正交的半径为15 cm的环状天线构成,由高速大容量示波记录仪完成数据采集,采用基于全电路表达式的脉冲磁场数字重构法对数据进行还原处理。利用该系统,结合电场变化观测系统和高速摄像系统,在广东省从化地区开展了闪电的光、电、磁场同步观测试验。试验资料分析表明,该套全相磁场测量系统观测的闪电磁场变化基本真实可靠。

三种方法求证串连线圈的等效自感系数

介绍了求证两个串联线圈的等效自感系数3种方法:磁链法、磁能法、等效自感电动势法,通过这3种方法的介绍可以更深入的理解电磁感应规律.

不同磁感应强度的微秒脉冲磁场对卵巢癌细胞SKOV3的影响

雷电μs脉冲电磁场的危害越来越严重,却鲜有人研究此μs脉冲电磁场对人的影响。为研究μs脉冲磁场的生物电磁效应机制以及对人体健康的影响,使用人卵巢癌细胞株SKOV3作为实验对象,采用实验室自制的μs脉冲磁场发生器产生不同磁感应强度的μs脉冲磁场（磁感应强度为1~200 m T,上升时间为800 ns,脉冲宽度为8.4μs,频率为8 Hz）处理细胞3 d时间,每天间隔12 h时间处理1次,每次处理时间为1 h。处理结束后24 h时间分别使用噻唑蓝（MTT）和流式细胞术（flow cytometry method,FCM）来检测细胞的增殖抑制率和凋亡率。结果显示：增殖抑制率与脉冲磁场的磁感应强度不呈现趋势变化关系,且增殖抑制率均低于5%,μs脉冲磁场对SKOV3细胞的增殖抑制率不具有统计学意义（概率P〉0.05）;肿瘤细胞的凋亡率与脉冲磁场的磁感应强度也不呈现趋势变化关系,且凋亡率均低于12%,脉冲磁场对SKOV3细胞的凋亡也不具有统计学意义（概率P〉0.05）。研究结果揭示：不同磁感应强度（1~200 m T）的μs脉冲磁场对卵巢癌细胞SKOV3无显著影响。