用于动物长期实验的大型工频磁场曝露系统

为给环境磁场对人体健康影响的研究提供基础,设计并测试了一种用于动物长期曝露实验的大型工频磁场曝露系统。首先通过分析计算2个方形载流线圈的磁场分布确定了产生特定均匀磁场的电磁参数。据此设计、制造出的4组磁场曝露系统均为一对间距2m、边长5m的正方形线圈。计算和测试表明:制造的线圈内,磁场强度在目标场值±10%范围内的工作区域约为4m×4m的正方形,比使用Helmholtz线圈时的工作区域面积增加56%;采用双线双绕方法制作的对照组和磁场组线圈具有相同的形状和电流,可消除线圈散热和电源噪声等因素对实验的影响;采用无功功率补偿的方法降低了电源的输出电压,可以节约成本。结果表明所设计的工频磁场曝露装置可以用于长期磁场曝露对动物健康影响的实验。     

单层方体四线圈均匀磁场源理论计算与仿真

一个可以产生已知强度的均匀磁场区的标准磁场源是测试、标定各类磁测仪器的基本条件。以正方体四线圈作为均匀磁场标准场源,理论推导了其磁场分布。通过Maxwell软件对正方体四线圈的磁场进行仿真分析,仿真结果与理论计算一致。分析了四线圈装置轴向和垂直轴向的磁场均匀性,结果表明方体四线圈装置可以在装置中心周围相当大的范围内产生高均匀度的磁场。对于边长为1m的四线圈装置,在装置中心长宽0.2m、高0.4m的长方体内,磁场偏差率控制在0.25%以内。结果论证了其作为均匀磁场源的可行性,与亥姆霍兹线圈相比,无论在均匀度方面还是在均匀场区大小方面都有很大优势。     

肿瘤治疗用陡脉冲磁场发生器的研制

为研究应用陡脉冲磁场治疗肿瘤,结合脉冲功率技术和现代电力电子控制技术研制了一套双指数衰减陡脉冲磁场发生器。在概述陡脉冲磁场发生器的基本原理的基础上,详细阐述了其两个主要组成部分陡脉冲形成电路和单匝Helmholtz线圈的具体设计要点和关键研制技术,其磁场磁感应强度幅值(0～1mT)、脉宽(160ns～55μs)、重复频率(1Hz～1kHz)大范围独立可调,通过选用快速开关器件、减小回路电感等措施提高陡度(上升时间为70～220ns),通过合理设计Helmholtz线圈结构与尺寸增大磁场均匀区域,该发生器的研制为陡脉冲磁场治疗肿瘤的进一步实验和机理研究奠定了基础。     

肿瘤治疗用脉冲磁场发生器中聚焦磁场线圈的研制

为了开展荷瘤动物的在体肿瘤治疗实验研究,并提高肿瘤治疗的有效性和安全性,要求脉冲磁场发生器的磁场线圈具有较好的聚焦性能。为此,在总结课题组前期工作的基础上,提出了一种球面型聚焦线圈阵列。首先通过COMSOL Multiphysics有限元软件对改进前和改进后2种球面型聚焦线圈的磁场分布进行了仿真分析;然后确定了聚焦线圈模型,并仿真分析了子线圈的半径和线径对磁场分布的影响,进而确定了线圈参数并完成了实物的研制;最后对聚焦磁场线圈的聚焦性能进行了实测与评估。研究结果表明,改进后的聚焦磁场线圈的聚焦性能比改进前有了很大提高,子线圈半径对聚焦线圈的磁场分布有较大的影响,而子线圈的线径影响较小。总之,所设计和研制的球面型聚焦线圈阵列的聚焦性能较好,满足设计要求,为下一步的脉冲磁场发生器的研制和医学实验奠定了坚实基础。     

电感式磨粒传感器线圈参数对磁场均匀性影响研究

磁场均匀性是影响电感式磨粒传感器检测精度的重要因素,为了提高传感器磁场均匀性,研究线圈参数对传感器磁场分布规律,根据磁场叠加原理,建立了电感式磨粒传感器三线圈数学模型,推导出传感器磁场计算公式,提出磁场均匀性评价系数K。对电感式磨粒传感器磁场进行仿真,分析了线圈内径、线圈宽度、线圈间距以及线圈匝数对传感器磁场分布的影响。通过极差分析和方差分析分别得到磁场均匀性最优线圈参数组合和线圈参数对磁场均匀性影响的显著性。实验结果表明:当线圈为最优参数时,传感器对70～200μm的磨粒有良好的监测能力,磨粒在不同径向的监测结果偏差小于5%,为传感器线圈的设计提供了参考。     

亥姆霍兹线圈及麦克斯韦线圈磁场分布及均匀性比较

基于毕奥-萨伐尔定律,运用椭圆积分,推导出圆环电流在空间任意一点产生的磁场公式,进而分析了亥姆霍兹线圈和麦克斯韦线圈在中心处磁场各分量的分布模型,绘出了空间分布。分析结果表明,麦克斯韦线圈磁场不均匀度小于0.0001的区域半径约是亥姆霍兹线圈的20倍。     

产生匀强磁场的球状线圈设计

根据Biot-Savart定律和磁场叠加原理,提出了一种产生匀强磁场的三维正交球状反馈线圈系统的设计方法.为分析该系统内部的磁场分布,建立了球状线圈内磁场分布的数学模型,并讨论了其磁场分布、分布均匀度与线圈匝数,线圈间距和有关参数之间的关系.分析结果表明球状线圈能在较小的几何尺度内产生较大范围的均匀磁场,可根据磁传感器几何尺寸和对匀强磁场均匀度的需求,利用此设计方法确定球状线圈的线圈匝数和线圈间距等绕制参数,实现磁传感器的磁场反馈.     

开放式永磁磁共振成像系统中的平板式正交发射线圈的设计

为了提高平板式射频发射线圈的性能,设计了一种正交发射线圈.线圈的结构由优化过程确定,优化目标为产生单位磁场强度所需要的功率,约束条件为成像区域内磁场的均匀度和区域外磁场的快速衰减.为了减小线圈的发射电阻,采用实验方法对导体元件的尺寸和调谐点的分布进行了优化.为了解决单元线圈间的电磁耦合问题,采用了一种π型解耦电路.为一台0.3 T磁共振成像系统实际制作了一个发射线圈,并给出解耦电路的调试结果.     

用于糖尿病并发症研究的极低频脉冲磁场设计与实现

糖尿病作为一种终身代谢性疾病,并发症高达一百多种。研究表明,脉冲磁场能促进胶原纤维沉积,改善胶原纤维排列和取向,有助于糖尿病伤口愈合,能有效地促进糖尿病患者的溃疡静脉愈合。为了进一步探索脉冲磁场在糖尿病治疗中的场强、脉冲宽度、频率和治疗时间,本文提出了一种脉冲磁场发生方案,应用此方案设计了基于STM32单片机控制的低频脉冲磁场发生装置,其可以输出0~100Hz连续可调,最大磁感应强度100m T的脉冲磁场。利用ANSYS软件进行仿真,确定并优化磁场产生线圈的结构与尺寸。用STM32单片机对磁场进行控制,设计出相应的硬件及其接口,实现了对磁感应强度的实时控制与检测。通过选择开关器件、设计线圈和续流回路等措施减少脉冲磁场宽度,通过对螺线管线圈结构的设计,减少线圈发热对生物实验的影响。试验表明,该装置操作简便,性能稳定可靠,已在糖尿病并发症治疗的研究中得到应用。     

基于时控方法的感应线圈发射器研究

基于电磁感应原理和仿真分析结果,设计和制作了感应线圈型电磁发射器模型。该模型利用控制电路放电时间的方法,克服了传统线圈发射器要在线圈内部加装传感器而使结构复杂的弊病。借助SIMPLORER和Maxwell仿真软件对发射器进行分析。根据仿真结果所设计的模型,在74V电压下,可把质量40g的铁磁材料弹丸加速到4．67m／s。并对模型实验结果和系统性能进行分析讨论。结果表明该发射器线圈内部磁场分布均匀,可较好地消除弹丸在线圈中抖动的现象,大大提高了系统的稳定性。     

正方形亥姆霍兹线圈三维磁场及其均匀性分析

为研究光纤陀螺的磁敏感性,利用三个正方形亥姆霍兹线圈构建三维匀强磁场,并分析其匀强磁场区域特性。将正方形亥姆霍兹线圈视为四段载流导线,采取分段计算然后进行矢量叠加的方法,分析了正方形亥姆霍兹线圈三维空间磁场强度及其均匀性,并给出仿真结果。最后给出了正方形亥姆霍兹线圈三维匀强磁场的结构模型及相关数据分析。     

外磁场对罗氏线圈的影响分析及验证方法

针对实际电流互感器工作环境,不存在均匀的外界磁场,提出一种分析外界非均匀磁场对罗氏线圈的干扰的新方法.根据相邻电力线在线圈远近两侧产生的感应磁场方向,将其分成两部分,分别分析,并求出产生总的感应电动势恒为零.从而得出在罗氏线圈截面积和匝数密度均匀的条件下,非均匀磁场不会对罗氏线圈产生干扰.针对于干扰情况文中提出两种改进...     

基于矩形亥姆霍兹线圈的大均匀区改进型三维磁场发生器设计与特性

为了克服传统磁场发生器空间利用率低的缺陷,提出了改进的三维磁场发生器,具有结构紧凑、更大的均匀区。相比传统的亥姆霍兹线圈,每个维度引入了一双辅助线圈。要设计这紧凑场发生器,五个模型参数需要根据用户的要求对均匀性进行优化。最后,研发了一台磁场发生器,用于测试新型线圈的性能以验证其设计方法。实验结果表明,测试的磁场结果与设计值吻合得很好,最大的设计偏差仅为0.12%。更重要的是,产生相同体积的均匀区,这种磁场发生器的体积仅为传统亥姆霍兹线圈的1/13.6。     

基于赫姆霍兹线圈LCC-S型多负载无线电能传输系统的研究

针对多负载无线电能传输系统存在负载之间功率分配不均及取放负载时对其他负载有影响的问题,提出了基于赫姆霍兹线圈LCC-S型多负载无线电能传输系统。首先,利用电路互感模型对该系统进行了建模分析,推导出了流过发射线圈的电流、输出电压及效率的表达式,研究了工作频率和负载个数对效率的影响,该系统还具有恒压输出的特性。其次,为了使发射线圈产生的磁场更加均匀,发射线圈采用赫姆霍兹线圈,利用有限元仿真软件设计了两种赫姆霍兹线圈,这两种赫姆霍兹线圈在轴中心附近的较大范围内产生均匀的磁场。最后通过仿真验证了理论分析的正确性。     

胶囊内窥镜新型外磁场驱动系统模型与仿真

为了克服传统推进式和被动式内窥镜在医用检查时存在的不足,提出了一种由三个同轴圆线圈和两对平行鞍线圈组成的胶囊内窥镜新型外磁场驱动模型。胶囊内窥镜内部嵌入NdFeB永磁体,通过控制外部线圈的电流来驱动永磁体,带动内窥镜在体内运动。在实验过程中,运用ANSOFT电磁场仿真软件分别对三个同轴圆线圈和鞍线圈的磁场分布进行了分析,结果表明,该模块能够产生三维匀强磁场,符合驱动无线胶囊内窥镜在体内运动的要求,并且结构简单紧凑,可控性高,有利于提高检测效率。     

均匀梯度磁场的研究

从分析单个圆线圈磁场特点出发，探讨利用圆线圈产生均匀梯度磁场的原理和方法，给出一种圆线圈装置的设计，并对磁场梯度均匀性进行数值估计．数值计算表明这种设计得到的磁场梯度均匀性相对误差高于位置偏移的二次方以上．     

双管件电磁约束成形的电磁分布与均匀性变形研究

管件电磁胀形因其在轻质工领域具有成形极限高、回弹小等优点而得到广泛研究.然而传统电磁胀形过程中,存在轴向变形非均匀的问合金加题,制约了这一金属加工技术的发展.为此文中在驱动线圈和成形工件引入一约束管件来改善电磁力的分布特性,构建了基于双管件电磁约束成形方法.仿真结果表明,通过调节约束管的高度和电导率可以使成形工件取得比较高的轴向变形均匀度.此外,电磁力和成形速率的对比分析进一步表明采用基于双管件电磁约束成形方法时轴向均匀变形长度为36.3 mm,该值是传统电磁胀形方法下的2倍.显然,通过合理的引入一约束管件亦可以调节电磁力的分布规律,该研究为改善电磁力分布方式的创新提供了新的研究思路.