离散电流对精密线圈磁场影响的研究

研究了通常用电流片模型来近似计算线圈磁场时被忽略的由于导线电流的离散而引起的附加磁场的变化规律,指出此种附加磁场会随着离开导线距离的增加而迅速衰减.此结论可用于指导精度要求较高的线圈磁场系统的设计,如用于质子回旋磁比γp′测量的高精度亥姆霍兹线圈的设计和用于普朗克常数h测量的焦耳天平系统中的精密互感线圈的设计等.     

高频加热线圈台阶对区熔炉磁场的影响

区熔法是生长单晶硅的重要方法之一,针对区熔法生长单晶硅过程因多晶硅熔化表面热量不均匀而出现“冷针”的问题,利用有限元法对生长区熔硅单晶进行了数值模拟。区熔法生长单晶硅采用高频感应加热,高频加热线圈是区熔炉最为关键的部件之一,线圈的结构、尺寸直接影响到磁场及焦耳热的分布及熔区形状。基于此,建立了有台阶线圈和无台阶线圈下的两种模型,对比了两种模型下熔区附近磁场分布和焦耳热分布,着重分析了高频加热线圈的台阶对磁场及焦耳热分布的影响。研究结果表明,高频加热线圈的结构会直接影响到熔区附近磁场的分布,进而影响熔区生成的焦耳热分布,线圈台阶可使磁场在熔区附近分布得更均匀,从而有效地解决了“冷针”问题。     

能量天平电磁体系统非线性误差研究

在功率天平和能量天平实验中,当磁体由铁磁材料构成时,悬挂线圈通电后产生的磁场会引入非线性误差。功率天平法采用的永磁体系统,磁场较强,引入的非线性误差小于1×10-9。而在能量天平法中,电磁体系统产生的磁场较弱,同时存在闭磁路,磁路模型复杂,其非线性误差需要进一步研究。磁体的非线性误差主要与两个因素有关,一个是悬挂线圈电流大小,一个是磁轭在BH曲线上的工作点。在电磁体系统中,这两个因素都与激励电流有关。通过对电磁体系统磁路模型的分析,得到非线性误差随激励电流的关系曲线,发现磁轭适当的磁饱和可以减小非线性误差。通过调整激励电流,电磁体系统中的非线性误差可基本消除。磁路模型分析与实验结果在10-7量级上相符合。     

稀土超磁致伸缩驱动器激励线圈设计与仿真

激励线圈作为电磁转换构件,主要为GMA提供驱动磁场,调节输入电流大小并控制其输出位移。因此,优化设计激励线圈结构参数、材料选取是提高电磁转换效率和充分发挥GMM特性的关键因素。通过分析GMA的工作原理,将GMM棒中轴线上的磁场强度均匀性作为评价标准和主要设计原则;分析其磁导率选取合适的激励线圈材料并对磁场强度、热损失等重要影响因素进行综合考虑,对激励线圈参数进行优化设计;使用Ansoft Maxwell仿真分析激励线圈的磁路。结果表明磁场分布更均匀,使均匀度提高到98.65%。     

超磁致伸缩驱动器磁路设计与仿真

磁路主要为GMA提供激励磁场与偏置磁场叠加的驱动磁场,驱动磁场强度直接影响GMA的输出位移。因此,GMA磁路的结构参数设计是提高电磁转换效率和充分发挥GMM棒特性的关键因素。通过分析GMA的工作原理,将GMM棒中轴线上的磁场强度均匀率作为评价标准和主要设计原则。在给定输出位移和输出力的基础上,分别对偏置磁场选取以及GMM棒、激励线圈、磁回路的结构参数进行设计;使用Ansoft Maxwell仿真分析GMA的磁路。结果表明GMA磁场分布更均匀,使均匀率提高到97.62%,验证设计的正确性。     

基于内部级数法的高均匀度磁传感器标定装置设计

在对磁传感器进行标定时,Maxwell线圈在磁梯度场均匀度要求高且对线圈空间尺寸有严格限制时并不适用,针对这个问题设计了一种具有高均匀度的磁梯度线圈作为磁传感器标定装置。应用内部级数法对单个轴对称线圈产生的磁场进行数理分析,进而得到其磁场梯度分布的一般特性,在此基础上计算出高均匀度磁梯度线圈的结构参数与均匀度。对线圈模型进行仿真分析并完成了磁梯度线圈装置的设计和制作。最后,根据仿真结果与实际测量得到的数据,验证了设计的正确性。     

传感器内部磁场分布对磁弹索力传感器性能的影响

为了掌握磁弹索力传感器中磁场分布特点及其对传感器性能的影响,为磁弹索力传感器的设计提供参考,在讨论磁弹索力传感原理基础上,结合磁弹索力传感器结构原理分析磁弹索力传感器内部激励磁场及退磁场分布特点;在同样激励线圈的磁场条件下,通过改变感应线圈长度模拟内部磁场分布的均匀性变化情况,从而对传感器输出与应力关系进行对比性的仿真计算;并按照理论仿真思路,进行实验验证;实验结果表明:磁场均匀性从75％降低到25％时,传感器灵敏度从0.026 9 mV/MPa降低到0.021 9 mV/MPa,重复性误差从0.228％增加到0.734％,与理论仿真定性相符合.     

电磁驱动式微拉伸装置的研究

为了能精确地测试和评定微构件的力学特性,需研制微拉伸装置。本文对电磁－线圈力驱动器的结构和参数进行了优化设计,并将其应用于微拉伸装置。结果表明,由于磁场梯度与线圈的激励电流成线性关系,因而能进行精确的控制。在设计微拉伸装置时,样品的一端附在由叶片弹簧悬挂的可移动拉杆上,另一端固定。通过线圈激励产生的磁场对拉杆上的磁铁作用,施加拉力。利用光纤传感器测量位移。最后,采用内径α１＝０．００８ｍ,匝数ｎ＝     

磁流变液的力觉反馈系统研究

提出一种基于磁流变液的力觉感知驱动装置,该装置具有内、外两个线圈,并且绕向相反,其中内部线圈缠绕在活塞外部,外部线圈则缠绕在缸体外部,通过内、外线圈磁场力的相互作用使其具有复位功能.根据磁流变液的特性及磁流变效应,结合线圈参数、结构参数和磁路设计等原则,给出了主动式磁流变阻尼器的结构设计模型,并建立了Bingham模型和修正的Bouc-wen模型的Simulink软件仿真,仿真结果验证了该装置结构设计的合理性,为其在力觉反馈系统中的应用提供了依据.     

飞机紧固件孔周裂纹检测远场涡流传感器设计及优化

飞机多层金属紧固结构作为飞机重要承力部件在连续受地-空-地循环载荷作用,使铆钉、高锁螺栓等紧固件孔周产生应力集中从而萌生疲劳裂纹。传统无损检测方法难以在在役情况下进行检测,而远场涡流检测技术在原理上突破集肤效应限制,对深层隐藏缺陷检测具有巨大优势。设计研发了与传统平面远场涡流传感器结构不同的新型平面远场涡流传感器,采取激励线圈与检测线圈同轴放置,大幅缩小了传感器尺寸,检测线圈位于激励线圈内部,且在检测线圈与激励线圈之间设计有磁场分流结构。通过有限元仿真对激励线圈尺寸、磁场分流结构材料及其组成方式进行系统的分析,得出最优的传感器设计方案。试验结果表明,设计研发的新型远场涡流传感器可以检测埋深4 mm、尺寸为(长×宽×深) 2×0. 2×4 mm的紧固件孔周裂纹,且随着缺陷长度的增大,信号幅值也随之增大。