基于MAXWELL的瞬变电磁“8”字形发射线圈仿真分析

针对瞬变电磁技术在工程应用中易受干扰、探测结果不准确的问题,提出了一种瞬变电磁"8"字形发射线圈方案。采用MAXWELL仿真软件对瞬变电磁"8"字形发射线圈和方形发射线圈进行了仿真分析。通过对比"8"字形发射线圈和方形发射线圈在不同大小电流情况下产生的磁场分布发现,"8"字形发射线圈在远距离位置具有较强的聚焦性,在近距离位置能产生明显大于方形线圈的磁通密度。所以"8"字形发射线圈对增强瞬变电磁超前探测的抗干扰能力和提高探测结果的准确度具有重要作用。

应用于经颅磁刺激的双8字线圈设计与优化

为了改善经颅磁刺激线圈的聚焦性,提高线圈刺激深度,在传统8字形线圈结构的基础上探讨了应用于经颅磁刺激的双8字线圈,优化了线圈内径和匝数比,与头部模型联合仿真分析了刺激效果,并进行了实验研究。研究结果表明,当上、下层线圈内半径比为5/7,匝数比为0.9时,与传统线圈相比,双八字线圈的半功率值提高了20.9%,目标平面内场极值提高了57.8%,双八字线圈在聚焦性及刺激强度方面优势明显。

多功能8字线圈的优化设计与实验

为了改善线圈磁聚焦性能,扩大线圈功能应用,改进8字线圈,通过混合优化算法优化线圈主要可变参数,得出不同尺寸的8字线圈。建立线圈仿真模型,优化仿真分析8字线圈的聚焦性与功能效果。制作与仿真模型一致的实验模型,使用长为1 m、宽为1 m、厚度为5 mm的均匀钢板与一根实心导管来测试验证仿真结果。通过对比函数证明了理论仿真的有效性。改进后不同尺寸的8字形线圈模型可以实现多功能运用,在一定的聚焦性下,该线圈可以灵活运用到亥姆赫兹线圈、经颅磁刺激线圈阵列的模型以及功能磁刺激线圈阵列中。

功能磁刺激中线圈的改进

目的改进功能磁刺激中的线圈 ,解决影响线圈刺激特性的主要因素 :兴奋点的确定和聚焦性。方法用法拉第定律计算线圈的感应电场分布。结果当神经和 8字形线圈的手柄垂直 ,并且和线圈边缘相切时 ,感应电场的一阶导数极大值点不随线圈的半径和刺激深度变化 ;用组合线圈可以减小目标点以上区域电场的一阶导数值。结论对于 8字形线圈 ,和传统的刺激方法相比 ,使用新方法易于确定兴奋点位置 ;

颅内深层激励磁感应检测系统设计

目的:研究采用双8字线圈作为磁感应检测系统的激励端以提升颅脑模型激励深度的可行性。方法:基于5层颅脑模型,分别建立以双8字线圈和圆形线圈作为激励端的仿真检测系统,比较2种仿真系统在颅脑模型水平方向与竖直方向上的磁场强度及对不同电导率病变体的检测结果;搭建双8字线圈与圆形线圈硬件实验系统,使用不同电导率的NaCl溶液作为被测物,进行相位差检测实验以评价系统性能。结果:系统仿真计算结果表明,双8字线圈磁感应检测系统相比于圆形线圈磁感应检测系统,在同一检测点处产生的磁场强度更大、不同电导率病变体检测后系统得到的相位差值更大;NaCl溶液实测结果表明,双8字线圈磁感应检测系统得到的相位差值更高。结论:设计的双8字线圈磁感应检测系统可以从整体上提升系统的激励、检测深度,为颅脑深层组织成像提供了研究思路。

一种具有聚焦作用的线圈涡流问题解析解

为检测导体内更深处的缺陷,提出用8字形线圈作为涡流检测线圈,得到了8字形线圈在半无限大线性导体上方时涡流问题的解析解。仿真计算表明,与平行于导体表面放置的圆环形线圈相比,8字形线圈所激励的涡流密度峰值更大,能量分布更集中。试验验证了斜置线圈的阻抗表达式。研究结果可用于指导涡流检测探头的设计。

可植入人体医疗设备的无线能量传输系统仿真分析

针对传统可植入人体医疗设备供能方式的不足,运用谐振耦合无线能量传输技术,设计可用于心脏起搏器等医疗设备的电能传输系统。结合植入式医疗设备尺寸小的特点,引入8字形线圈结构,采用有限元仿真软件分析各相关参数对于输出功率的影响,得到系统的最优参数。分析了在人体模型中产生的磁感应强度和电场强度分布,参考国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的限值进行对比分析,评估了该系统电磁暴露的安全性,结果表明系统能够安全实现无线能量传输。

轨道交通无线电能传输效率研究

针对目前轨道交通无线电能传输技术(wireless power transfer, WPT)存在的低效率、高辐射的问题,文章提出了一种多线圈耦合LCL-S电路拓扑以及软开关技术,其能有效地提升系统效率;同时,为减小耦合机构漏磁通,给出了一种8字形线圈优化结构。150 kW双线圈耦合原理样机实验结果显示,本文所提电路拓扑具有良好的恒压特性,高频逆变器在软开关状态下的平均效率可达到98.9%,8字形线圈的漏磁通比常规圆形线圈的漏磁通减小约42%,系统平均传输效率大于90.2%。