基于阻抗检测的多路自动调谐式无线充电金属检测系统

针对大功率磁感应式无线充电系统所产生的高频高强度电磁场能快速加热置于其中的金属异物以致发生危险的情况,提出一种金属检测系统,能快速准确地检测金属异物有无且不受功率磁场的干扰。首先,通过分析金属异物对线圈阻抗特性的影响,提出一种基于检测线圈阻抗变化的金属检测方法。提出并联谐振电路,将检测线圈阻抗变化放大映射到谐振电路输出电压变化,并通过理论计算获得检测电路的最优激励频率。接着,提出与无线充电线圈磁解耦的双极性检测线圈,能消除功率磁场的磁耦合干扰,同时其阻抗能较好反映金属介入情况。然后,提出多路自动调谐的控制方法,提高检测准确性和反应速度。最后,通过实验验证系统功能,结果表明该系统可检测到金属硬币的介入。     

多激励涡流阵列探头阻抗分析

针对涡流阵列多激励场的理论计算问题,推导无缺陷有限厚无限大平板导体涡流多激励阵列传感器的磁场分布,应用互易定理得到理想裂纹时阵列传感器的阻抗变化解析式,提出阵列传感器线圈单元近似互感的计算式。对双激励、三激励线圈阵列传感器裂纹检测进行阻抗分析,给出了裂纹长度和裂纹中心的近似解。研制涡流阵列无损检测平台,基于实验平台验证了解析解和数值计算结果的正确性。     

基于涡流传感器阻抗变化的导电材料缺陷检测

涡流检测是应用在导电材料电磁无损检测和评估中的技术。在常温25 ℃下对试样表面缺陷区域的涡流分布进行有限元仿真分析,提出一种通过涡流传感器线圈阻抗变化对高温100 ℃与150 ℃下导电材料表面缺陷进行检测的方法。分别在常温和高温的条件下进行线圈阻抗测量并产生相应的阻抗3D表面颜色图,通过被测试片表面阻抗的振幅和相位分析其是否存在缺陷。测试结果证明当试件暴露于高温环境中,可以通过涡流传感器线圈阻抗的变化判断被试导电材料表面是否存在缺陷,并且给出了不同温度下缺陷和线圈阻抗之间的关系。     

一种带有误差补偿项的折线线圈阻抗解析建模新方法

提出一种包含误差补偿项的任意折线线圈阻抗解析新模型。首先,在前人研究的基础上,通过定义外形位置因子,简化单矩形折线线圈的阻抗计算。其次,对多个单矩形折线线圈之间的相交耦合作用进行研究,建立串联等效电感模型。再次,讨论任意形状折线线圈的拆解和重构过程,研究重构过程的误差分布,并推导出误差补偿的数学表达;进而得到任意形状折线线圈的入射场阻抗及散射场阻抗的完整解析模型。最后,对螺线形折线线圈这一典型特例进行计算,绘制阻抗平面图,并利用高精度阻抗测试仪进行物理验证实验。结果表明,所提方法能有效补偿线宽因素带来的误差,可对置于导体上方的具有不同激励频率和提离的任意形状折线线圈的阻抗进行解析计算。     

钻杆表面缺陷检测的有限元分析

针对钻杆缺陷位置的随机性造成的漏检问题,基于漏磁检测原理,设计了双直流线圈励磁的体积型缺陷检测模型。利用两个同半径、等电流、共轴平行套在钻杆外面的圆线圈对钻杆进行励磁,采用有限元分析软件对所设计的装置进行建模仿真,探究提离效应对缺陷处磁通密度变化的影响:缺陷处的磁通密度值随传感器提离值的增大而减小;提离值为1和7 mm时,磁通密度曲线在体积型缺陷处幅值变化不明显;提离值为2 mm时,磁通密度曲线有较明显幅值变化,可对体积型缺陷进行较好地辨识。分析表明,该装置可实现钻杆表面任意位置处体积型缺陷的全面检测,在钻杆安全监测方面具有较高参考价值。     

非铁磁材料的电磁超声接收过程数值模拟及实验研究

针对非铁磁金属板的缺陷检测问题,进行了电磁超声无损检测技术的数值模拟及实验研究。电磁超声换能器工作机理复杂,已有仿真大多是针对发射过程,并且被测体不含缺陷。该文研究建立了超声发射、电磁超声换能器接收的有限元模型,对被测体有无缺陷时线圈接收到的电压信号进行仿真分析。根据发射频率和超声导波的频散特性,设计并制作了回折形线圈,然后研究了线圈导体尺寸及线圈提离对电磁超声换能器性能的影响,并对有无缺陷的铝板进行了实验研究。结果表明:仿真中线圈接收到的电压信号能够反映缺陷的位置,实验结果与仿真结果相吻合。该工作对电磁超声被测试样有无缺陷时接收信号的分析和线圈设计有参考意义。     

基于阻抗特性的电动汽车无线充电系统异物检测方法

针对无线充电系统中金属及生物体异物的检测问题,本文围绕线圈阻抗的变化特性进行分析,利用在高频下金属物体对线圈磁场分布的影响以及生物体对线圈杂散参数的影响,提出了一种基于阻抗特性的异物检测方法。本文详细分析了不同类型异物引起的检测线圈阻抗变化特性,并通过大量实验数据进行了验证,在此基础上总结了不同类型和尺寸的异物对应的线圈阻抗变化规律。本文所提的异物检测方法能够区分异物的类型和尺寸,使无线充电系统能够采取更优化的处理异物的措施,具有成本低、效果好、稳定可靠等优点。     

科氏质量流量计相位差检测方法研究

科氏质量流量计通过检测两路振动信号的相位差获得流体的质量流量信息.对于直管式结构,科氏效应引起的相位差很小,同时振动信号的频率会由于外界干扰或流体特性变化而发生改变.因此,研究能够跟踪频率变化,并具有高精度的相位差检测方法是提高系统性能的关键.研究了用数字相关法实现科氏质量流量计的相位检测技术,提出了克服非整周期采样和实现频率跟踪的算法;另外,研究了相关法的相位测量误差的统计特性.     

磁环线圈匝数谐振频率测量及在抑制传导干扰中的应用

目前大部分文献专注于磁环在电磁兼容EMC整改中的应用和建立磁环的阻抗模型,有关谐振频率的研究比较少。为了更有效地抑制高频干扰噪声,以差模扼流圈作为研究对象,研究磁环线圈匝数对谐振频率的影响。首先通过理论分析得出电感和寄生电容是影响谐振频率的关键因素;其次使用阻抗分析仪测量不同匝数磁环的谐振频率、电感和寄生电容,量化线圈匝数引起的寄生电感和电容变化,进而确定线圈匝数增加导致谐振频率减小;最后,以电动汽车后视镜电机为例,分析了磁环线圈的接入对电磁干扰抑制效果的影响。试验证明,磁环匝数增加时,磁环抑制干扰的有效频段降低。     

无接触传能谐振线圈参数及频率的分析计算

以无接触传能系统中的平面螺旋线圈为研究对象,对其分布参数和工作频率的计算方法进行研究。从电磁场理论出发,提出线圈分布参数的计算模型和方法,并建立整个线圈的等效电路模型。在此基础上,分析计算线圈的阻抗特性和变化规律,并确定线圈工作的谐振频率。谐振线圈实测结果表明所提方法合理有效。     

Electrodynamic magnetic suspension-models, scaling laws, andexperimental results

A simple experiment illustrating the principles of electrodynamic magnetic suspension is described and test results are given. A disk-shaped coil made of insulated copper magnet wire and energized with 60 Hz AC line voltage is levitated in a stable equilibrium position above a wide aluminum plate. The mechanisms generating levitation force are identified by the use of Maxwell's equations. A lumped-parameter inductance model is used to model magnetic energy storage. By using energy methods, the current necessary to achieve coil lift-off and levitation is estimated, with good results. A stability analysis is done which shows that the levitation is stable, but underdamped. Thermal models are also developed for determining temperature rise in the coil. The magnetic scaling law is developed which shows that larger magnetic structures are more efficient in energy conversion than small ones     

Eddy current magnetic levitation. Models and experiments

We present a simple demonstration of eddy-current magnetic levitation using a small copper coil, energized with 60 Hz AC and levitated over an aluminum plate. The processes that generate magnetic forces are identified using Maxwell's equations. Through this experiment, a method for determining lift-off power, levitation height and suspension resonant frequency is shown. The principles outlined in this article have numerous applications to magnetic levitation, induction heating and other electrodynamic processes involving induced eddy currents. Scaling laws show how to size a suspension conductor and power supply for a given levitated load     

杯状纵磁真空灭弧室磁场特性分析

用三维有限元法研究了7个设计参数对杯状纵磁触头的纵向磁感应强度、纵向磁场滞后时间、杯中和触头片中电流密度最大值以及导体电阻值的影响。研究表明:譹增加触头直径或开距会减弱纵向磁感应强度,增加杯指旋转角或杯指数目可使其增强,而杯指和水平面夹角、触头片上开槽数及触头材料采用CuCr50或CuCr25对其影响不大。譺设计参数在较大范围内变化时,纵向磁场滞后时间的变化很小。譻增加触头直径或触头片开槽数、减小杯指旋转角、合理选择杯指与水平面夹角和杯指数目或采用CuCr50触头材料可减少杯中或触头片中的电流集中。譼增加触头直径或杯指与水平面夹角,或减小杯指旋转角和杯指数目、减小触头片开槽数及采用CuCr25触头材料可减小导体电阻。     

磁阀式与高短路阻抗变压器式消弧线圈的比较和分析

文中简要介绍了中低压配电网中性点谐振接地方式中用到的磁阀式消弧线圈,通过对其原理和设计结构上的介绍和分析以及这种消弧线圈与同类产品中的高阻抗变压器式消弧线圈进行的比较,阐述了这种设备的优越性,为中性点谐振接地方式消弧设备的使用提供了一种新设备。     

汽车点火线圈的宽频电路模型及参数提取

点火线圈在实际点火过程中为一瞬态电压变压器,为了能预测其宽频特性,文中将点火线圈绕组等效为多段独立线饼,并以此建立基于集总参数的电路模型。通过有限元法与数据拟合方法,确定各线饼间的电容以及每一线饼内的绕组匝间等效电容;对于线圈电感,利用有限元法分析了频率对电感值的影响,得到低频段内与高频段内的电感值。最后,仿真计算了点火线圈的频域阻抗特性以及时域瞬态电压响应,并分别与测试结果做对比,验证电路模型与参数计算方法的正确性与可行性。     

厚金属板与任意方位圆柱线圈间的电磁力计算

针对一个交流电激励的圆柱线圈倾斜放置于金属板上方时,它们之间的电磁作用力无法以传统方法进行解析计算的问题,引入高阶矢量势求解该问题,并采用矢量分析和Struve函数化简,可得到适用于任意方位圆柱线圈的二重积分表达式。所得结果表明任意方位圆柱线圈至多受到两个方向力的作用。在线圈轴垂直或平行于导电板的特殊情形,表达式可进一步简化为单重积分,而线圈将只受垂直力的作用。随后以数值算例对给出公式的有效性进行验证。数值结果表明,对于线圈轴的某个倾角,垂直力分量周期均值可以为零,而水平力分量周期均值将在某个倾角处达到最大值。当线圈通以直流电时,仅当金属板的磁导率与空气磁导率一致时线圈才不受电磁力的作用。     

激光-仅线圈式 EMAT 的金属检测系统优化设计

在铝合金铸造和高温轧制过程中,采用非接触式无损检测技术实现在线监测与检测,对减小生产成本、保证生产线连续、提高产品成品率具有重要意义。首先,建立了以脉冲激光束激励和仅线圈式电磁超声换能器(EMAT)接收的铝合金Laser-EMAT检测过程有限元模型,分析了水膜表面约束机制以及硅钢聚磁结构对所激励的多模式超声波幅值的影响规律,研究了仅线圈式EMAT的励磁线圈和接收线圈的外径、内径、线径、层数等对超声波接收效率的影响;其次,开展了铝合金Laser-EMAT检测实验,验证了水膜表面约束机制、仅线圈式EMAT设计参数和硅钢聚磁结构对检测回波幅值的影响规律。研究结果表明,水膜表面约束下,采用硅钢材料作为励磁线圈的聚磁背板后,超声回波信号幅值增强了37.76%,信噪比增加了17.3 dB。在激光能量一定、光斑大小不变、励磁线圈外径为12.3 mm、内径为1.6 mm、线径为0.4 mm、层数为2层时,线圈阻抗与电路内阻一致,线圈获得的能量最多,其提供的径向偏置磁场最强。当接收线圈外径为14.1 mm、内径为1.7 mm、线径为0.26 mm时,超声波接收效率最佳。     

基于自积分Rogowski线圈的脉冲电流传感器的建模研究

自积分式Rogowski线圈的体积小、频率响应高,是测量脉冲大电流信号的理想手段。本文分析了Rogowski线圈测量脉冲电流的原理,建立了自积分式Rogowski线圈分布式参数模型,分析了影响线圈频率特性的主要因素,采用电磁场数值分析方法建立了线圈三维电磁场模型,提取了线圈的电感、电容参数。利用求取的参数及等效电路,对其开环特性、闭环转移阻抗及相关影响因素进行仿真,仿真与实验结果对比表明了所建立电路模型的合理性,同时验证了参数的准确性。     

电压型CPT系统输出品质与频率稳定性分析

针对CPT系统能量传输能力与输出品质会随频率漂移产生较大波动的特点,在对电压型CPT系统工作原理的分析基础上,根据系统原副边的耦合关系建立系统的阻抗模型,分别总结在谐振条件下系统的输出特性和在失谐条件下系统的拾取端阻抗随频率变化的规律,提出较小的拾取端线圈电感值有益于电压型CPT系统的频率稳定;发现并证明了SP型CPT系统的拾取端至少存在两个谐振频率点和一个负载突变频率点,并给出了拾取端电感的取值范围,对系统的参数设计具有指导意义.最后以SP型CPT系统为实验平台验证了理论分析的正确性.     

消弧线圈响应时间的探讨

谐振接地系统中,消弧线圈的响应时间对快速熄灭电弧,保障人身和设备安全有着重要的意义,而少数厂家的误导对用户产生了错误的影响。为此通过对影响消弧线圈响应时间的各种因素进行详细分析,指出响应时间受系统参数影响,且与接地随机参数有关,主要取决于暂态励磁电流的衰减速度快慢。同时澄清了现有一些对响应时间的错误观点,并对目前应用最为广泛的调匝式和高短路阻抗变压器式(简称高阻抗式)两种形式消弧线圈分别提出了如何提高响应时间的措施。对于调匝式消弧线圈可以采用延时短接阻尼电阻的方式提高系统的阻尼率,加快暂态电流的衰减;对于高阻抗式可以采用可控硅不对称控制方式调节输出电流,提高响应时间。