面向光纤熔融拉伸的电磁力施加装置设计与实验

设计了相应的电磁力施加装置以实现对超细径光纤熔融拉伸力的精确控制。采用有限元法分析不同线圈参数下电磁线圈与永磁铁之间电磁力的大小,获得电磁力与线圈各参数间的数学关系式。以拉伸系统性能要求及线圈骨架的外形尺寸为限制条件建立约束方程及目标函数进行优化求解,得到最优参数。在依据优化参数制作电磁线圈的基础上设计了电磁力控制电路,通过调节线圈电流精确控制电磁力。最后,进行电磁力施加装置性能实验。实验结果表明:光纤拉伸力的范围达到26.073 mN;光纤拉伸力的分辨率达到7.473 μN,满足超细径光纤熔融拉伸对拉伸力范围及分辨率的要求。     

电磁驱动式微拉伸装置的改进

电磁驱动微拉伸装置是测试和评定微构件拉伸力学性能的一种较精确的仪器。通过分析该装置测量微构件材料力学性能的原理，提出采用高精度电容位移传感器．利用高输入阻抗的运算放大器电路和驱动电缆技术使传感器具有很好的线性度、准确度和较高的稳定性，使改进后的微拉伸装置对位移的分辨率达到1．195nm,大大提高了测量结果的精确性。     

Fe-Ga磁特性测试装置改进与动态磁致伸缩实验

利用Fe-Ga磁特性测试装置进行动态磁致伸缩测量时,受激励线圈产生的磁场的影响,测试样品的应变通常偏大,本文对此做了分析并进行验证。通过分析Fe-Ga动态磁致伸缩测量过程,对原测试装置进行了改进。将样品的一端固定在极头上并调节激励磁场使其在样品饱和磁场附近,以消除机械振动对动态磁致伸缩测试产生的影响。采用多参数磁学测试系统和改进前后的Fe-Ga特性测试系统进行Fe-Ga静态和动态磁致伸缩特性测试实验。结果表明:采用改进的Fe-Ga磁特性测试装置可在低饱和场下精确测量动态应变。实验还测试了Fe-Ga在2.7kA/m偏置磁场作用下的动态磁致伸缩特性,结果表明:(1)偏置磁场作用下应变与磁场同频;(2)应变对磁场的滞后随磁场频率的增加而增大;(3)λ~H曲线为椭圆形且椭圆环的面积随频率的增大而增大。上述结果表明,本文提出的改进装置可有效消除振动产生的额外应变。     

电磁MEMS磁珠操控微线圈三维磁场数值计算与模拟

磁珠具有偶联容量高、比表面积大、易于操控等特点,基于磁珠技术的电磁MEMS可实现磁珠液滴非接触式操控,其微线圈三维磁场分析是磁珠操控优化设计的基础.对静态液体磁珠操控进行了理论分析,确定了影响磁珠操控的主要因素,并应用毕奥-萨伐尔定律和积分方程法,对关键部件微线圈的三维微磁场分布特性进行了分析.运用成熟的商业有限元分析工具Ansys建模分析微线圈三维静态磁场,所得结果与数值计算方法进行了比较,表明所用方法对于磁珠微系统三维恒定磁场的分析是可行的.     

磁流变制动器电磁装置的有限元分析

采用ANSYS有限元分析，对在不同的激励电流、不同气隙间距和不同的线圈排布方式的条件下。电磁装置生成的磁场进行分析比较，得出最佳的线圈组合方式以及最佳的激励电流和气隙间距，为磁流变制动器电磁装置的结构设计提供依据。     

脉冲磁场传感器的理论计算与检测

本文通过对脉冲感应型磁场传感器的感应电压进行精确的理论推导，得到检测量与传感器结构、激励磁场、被测磁场之间的定性关系，讨论两种测量方案：单线圈双向励磁和双线圈单向励磁，它们的误差来源、影响和消除措施，从而得出各自的适用范围。     

基于DSP控制的交变磁场装置的研究

本文研制一套以DSP为控制核心的变频电源装置,采用新型单相SVPWM调制技术,激励铁氧体线圈可产生频率、场强均可独立调节的交流磁场。主电路部分采用桥式拓扑电路结构,磁场输出部分采用带气隙的回形磁芯,在气隙中产生交变磁场,用于研究磁场对细胞的生物效应。实验效果比较理想,测量结果较精确,系统稳定可靠,数字化界面操作简洁方便。     

磁性液体正弦微压力信号源的磁场和力的分析

针对现有正弦压力信号源需要外加机械激励振动源,输出压力信号频率高,机械控制难度大等问题,设计出一种基于磁性液体的低频正弦微压力信号源。通过对螺线管线圈施加正弦激励电流对磁性液体施加磁场力,使之产生交变的磁浮力对外输出正弦微压力信号。研究对螺线管线圈参数进行优化得到较均匀的梯度磁场,计算了一定范围内输出正弦微压力信号与输入电流幅值及频率间的关系并对其影响因素进行简要分析。用有限元仿真方法得到模型内磁性液体中磁场分布及其所受磁场力分布并搭建实验平台进行测试。实验表明,该压力信号源在电源激励频率为0～2 Hz范围内输出的压力信号波形相对最稳定,调节输入电流的幅值与频率控制信号源输出低频正弦微压力信号。     

交流电磁场检测激励探头的试验研究

在交流电磁场检测中,通有交流电的激励探头在被测工件(导体)表面产生感应电流,检测线圈对工件表面磁场的拾取从而判断缺陷的有无以及缺陷的特征.激励探头的优劣直接影响到缺陷处扰动磁场的大小,进而影响缺陷的检测.通过对感应电流均匀性、矩形载流线圈尺寸(磁芯长度、磁芯宽度)对感应电流分布的影响等进行仿真分析和对激励频率、激励线圈直径、激励线圈层数、激励线圈单层匝数与感应磁场之间的关系进行试验研究,为激励探头的优化设计提供理论依据和现实依据.     

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%。     

螺纹剪切式碰撞吸能系统快速推进装置研究

为解决螺纹剪切式汽车碰撞吸能系统CST(Cutting the Screw Thread)的快速推进问题,基于电磁发射理论,创新设计出一种CST快速推进装置,利用有限元方法确定了CST快速推进装置工作过程中的磁场分布及电磁力大小,分析发现,由于螺纹杆的存在,CST快速推进装置的磁力线分布不均匀,线圈内部的磁力线都集中于螺纹杆之中,螺纹杆的前端以及靠近线圈左端的螺纹杆表面磁力线比较密集,且大部分磁力线通过螺纹杆的螺纹,表明CST快速推进装置工作过程中的大部分电磁力集中在这两处的螺纹上。可见,本文创新设计的CST快速推进装置能够取得预期的快速推进效果。     

复合补偿驱动直线伺服单元研究

依据动圈电动机的基本原理，研究开发了一种大推力复合补偿驱动的直线伺服单元，其推力常数为８２Ｎ／Ａ，最大驱动电流为１０Ａ，最大推力８２０Ｎ。给出了其基本原理、运动微分方程；介绍了复合补偿驱动磁路和磁路方程。给出了一设计实例和具体的性能参数，由它构成的直线驱动伺服系统，实际已应用于中凸变椭圆活塞ＣＮＣ车床。     

新颖高频动圈式永磁直线电机的研究

针对常规动圈式永磁直线电机在电磁力、响应时间和响应速度等性能上的不足,从永磁体结构入手,对比单个永磁体不同的磁化技术和多个永磁体不同的阵列结构,提出了一种新颖八片瓦型有气隙Halbach磁化阵列动圈式永磁直线电机。对其静态磁场和瞬态磁场的分析以及实验结果表明,线圈与永磁体间的作用力能提高40%以上,仿真频宽接近350 Hz/-3 dB,响应时间为0.004 s。而实验频宽达到300 Hz/-3 dB,与仿真结果基本吻合,表明所设计的动圈式永磁直线电机具有高频和快速响应特性,能很好地满足高速电液比例控制系统的要求。     

An ultralow noise current amplifier based on superconducting quantum interference device for high sensitivity applications

An integrated ultrahigh sensitive current amplifier based on a niobium dc superconducting quantum interference device (SQUID) has been developed. The sensor design is based on a multiturn signal coil coupled to a suitable SQUID magnetometer. The signal coil consists of 60 square niobium turns tightly coupled to a superconducting flux transformer of a SQUID magnetometer. The primary coil (pick-up coil) of the flux transformer has been suitably designed in order to accommodate the multiturn input coil. It has a side length of 10 mm and a width of 2.4 mm. In such a way we have obtained a signal current to magnetic flux transfer coefficient (current sensitivity) as low as 62 nA∕Φ(0). The sensor has been characterized in liquid helium by using a direct coupling low noise readout electronic and a standard modulated electronic in flux locked loop configuration for the noise measurements. Beside the circuit complexity, the sensor has exhibited a smooth and free resonance voltage-flux characteristic guaranteeing a reliable and a stable working operation. Considering a SQUID magnetic flux noise of S(Φ)(1∕2) = 1.8 μΦ(0)∕Hz(1∕2) at T = 4.2 K, a current noise as low as 110 fA∕Hz(1∕2) is obtained. Such a value is about a factor two less than the noise of other SQUIDs of the same category. As an application, Nyquist noise measurements of integrated test resistors using the current sensing noise thermometer technique are reported. Due to its high performance such a sensor can be employed in all applications requiring an extremely current sensitivity like the readout of the gravitational wave detectors and the current sensing noise thermometry.     

音圈隔膜泵电磁驱动装置的设计与仿真

提出一种音圈式电磁隔膜泵,通过分析音圈电磁执行器各部件,结合经验公式,建立了音圈电磁隔膜泵的理论模型;通过有限元软件COMSOL分别建立了稳态和瞬态下的多物理场模型,探究了永磁体与线圈几何结构对音圈电磁隔膜泵执行器电磁力产生的影响,并对模型参数进行分析;通过比较模型和直动式电磁执行器模型的电磁力特性和电流特性,验证了音圈电磁隔膜泵在降低功耗方面的有效性。     

连杆小头衬套过盈联接的可靠度计算

连杆小头衬套在复杂的工况下,衬套过盈联接固持力随使用时间增加而减小,衬套松动成为连杆小头滑动轴承主要失效形式之一.为分析连杆小头衬套过盈联接的可靠性,用初姑固持力减去固持力衰减量表征残余固持力.将初始固持力、固持力衰减量和工作载荷作为随机变量,且假设它们均服从正态分布,分别推导得出了残余固持力和工作载荷的密度函数.以残...     

一种基于复杂永磁体阵列的悬浮式振动能量采集器的精确模型及验证

为提高振动能量采集器的输出性能和工作频带，基于永磁体阵列和多自由度器件受到广泛关注。然而这类器件存在磁场分布复杂，动态特性难以模拟等问题。以一种基于复杂永磁体阵列的可调频磁悬浮振动能量采集器为研究对象，建立器件解析模型和有限元模型的联合分析模型，理论模型显示系统具有非线性振动特性，其动力学模型可简化为Duffing方程形式，并通过有限元模型简化了对非线性系统的分析。利用COMSOL有限元仿真研究器件磁场分布、非线性磁力特性，分析磁力和线圈位置对器件输出特性的影响。搭建测试平台对研制的可调频磁悬浮振动能量采集器进行试验表征，以验证联合分析模型。试验结果表明，在20～35 mm的固定磁铁间距离变化范围内，器件谐振频率变化范围为8.6～13.1 Hz，0.35g加速度下输出电压峰峰值为352.9～658.2 mV，联合分析模型与试验之间具有一致性。     

双调节挤压式磁流变减振器特性研究

为了解决挤压式磁流变减振器大阻尼小位移这一特性不适用于车辆的不足,设计外部滚珠丝杠结构,建立运动学、动力学模型,理论计算和仿真分析减振器外部连杆运动速度、位移和磁流变液剪切屈服强度对阻尼力的影响。对该减振器的示功特性和连杆长度比对阻尼力的调节作用进行了分析,最后进行了台架实验。实验得到该减振器不同电流下的示功图,和理论分析的结果基本一致,说明该阻尼力表达式正确,滚珠丝杠结构可以增大挤压式减振器位移和阻尼力的调节范围,使之适用于车辆,并使其具备机械电磁双调节模式。     

新型磁性液体微压差传感器的设计及耐压分析

传感器是磁性液体的重要应用领域之一。为弥补现有磁性液体微压差传感器的不足,设计了一种新型的磁性液体微压差传感器,该传感器的复合磁芯由磁导率高的1Cr13和永久磁铁构成,磁性液体被吸附在永久磁铁的端部形成环状起到润滑和密封的作用,敏感元件采用1Cr13,转换元件采用对称线圈。当磁芯进入线圈后,使得线圈电感发生变化,电桥电路输出明显的电压信号。在此基础上,提出了回复力的线性程度和磁性液体环的耐压能力决定了磁性液体微压差传感器的量程范围,并通过理论推导、仿真分析和实验研究的手段证明了磁性液体环的密封耐压能力能够满足磁性液体微压差传感器的测量要求。该传感器体积小、成本低、便于安装,具有很强的实用价值。