基于FPGA和磁传感器阵列的磁场扫描系统

为实现铁磁性物体的无损检测,设计了一种基于FPGA和磁传感器阵列的磁场扫描系统。本系统采用了FPGA作为主控器,其中包含了AD配置模块、AD接口模块和数据缓存模块,FPGA控制传动装置进行扫描,通过磁传感器阵列扫描将磁场转换为对应的电压信号,通过以AD7768为核心的模数转换模块将电压信号传送给FPGA,实现8路并行高速磁场数据采集,然后在FPGA中通过双线性插值和伪彩色转换算法的处理,把采集的磁场数据转换成磁场分布的图像,存储在SD卡中并在LCD中实时显示。实验中,使用磁场扫描系统对环型磁铁、磁化后的铁丝、内嵌于木板中的铁钉、剥线钳和尖嘴钳进行了磁场扫描,采用基于磁通量与大津法为基础的程序处理,对物体进行定位与识别,定位的均方根误差平均值为3 mm,测量的长度接近实际物体的长度,能够辨别磁性物体的位置和方向,能够通过物体的特征磁场识别磁性物体,达到对铁磁性目标的无损检测和识别的目的。本系统采用了以FPGA ZYNQ7010、AD7768、HMC1001为主的电路采集磁场数据,具有采集速率高、扩展方便、功耗低,能获取磁场空间分布图像等优点,可以应用于铁磁性目标的定位和识别等领域,如安全检测、地下水下的磁性目标探测等。     

磁性目标定位误差分析及修正

磁性目标定位方法在很多领域都有重要的应用价值,如航空磁性探测,地下矿产检测等。当磁传感器与磁性目标的距离足够远时,磁性目标可以等效成磁偶极子,通过磁传感器测量磁场值和磁场梯度值,依据算法得出定位结果,并对定位误差进行了分析,主要是系统误差和随机误差的分析。通过对传感器间距(即基线距离)引起的误差进行分析,提出使用迭代校正方法对误差进行修正,对于磁矩强度为2 Am~2的磁偶极子,在70 cm范围内不同基线距离的梯度传感器通过迭代校正方法可以将误差由10%以上降低到5%以下;通过对磁性目标磁矩方向引起的误差进行分析,提出使用广义逆矩阵法来消除磁矩方向变化引起的盲区问题,由此可以实现无盲区的探测。     

开关磁阻电动机间接位置检测控制系统设计

在阐述能量优化简化磁链法原理的基础上,设计了一种基于能量优化简化磁链法的开关磁阻电动机间接位置检测控制系统。系统采用电流、转速双闭环控制,给出了能量优化磁链间接位置检测、电流环控制和转速环控制的实现方案,构建了基于能量优化简化磁链法的开关磁阻电机间接位置检测控制实验系统,并对系统进行了实验测试和分析。实验结果表明,所设计系统能够准确检测控制系统所需控制信号,并通过控制系统获得了期望的相电流波形,为设计性能优良的开关磁阻电动机调速驱动系统提供了研究基础。     

薄膜磁致伸缩系数计算机辅助测试系统的设计

采用激光光杠杆放大的方法,利用位置敏感传感器(PSD)探测激光光点的位移,通过AD转换,由计算机EPP接口对数据进行采集,并利用C 开发了基于WINDOWS平台的数据采集处理可视化界面,设计实现了对悬臂梁微挠度的测量,最终得到薄膜磁致伸缩系数λ的可视化计算机辅助测试系统.     

基于可变设计参数的平面Acrobot位置快速控制方法

为平面Acrobot系统(无重力项)提出一种基于可变设计参数的快速位置控制方法。首先,根据平面Acrobot系统的完全可积特性,获取驱动关节与欠驱动关节的角速度和角度约束关系。其次,根据系统的物理结构,推导出末端点坐标位置和两关节角度之间另一类约束关系。然后,基于这两类约束关系,利用粒子群优化算法求取目标位置对应的两杆目标角度。接着,通过构造李雅普诺夫函数为平面Acrobot系统设计控制器,并根据控制器中设计参数的特性,选择一个可变的设计参数,减少控制系统到达目标的时间。利用连杆角速度和角度约束关系,通过控制驱动杆到目标角度同时连带控制欠驱动杆到目标角度,实现系统的控制目标。最后,仿真结果验证所设计控制方法的有效性和快速性。     

磁性流体密封的实验研究

一、引言磁性流体,也叫磁液,是一种超顺磁液体。磁性材料,可以在外磁场的控制下保持在一定的位置。旋转轴密封是磁性流体最成功、最广泛的应用之一。磁性流体密封原理如图1所示。     

国内科技消息

▲内磁式钢管差压计江苏省电力试验研究所为了适应高压电厂的介质流量测定要求,设计了一种内磁式钢管差压计,并在南京下关电厂进行了试验。这种差压计有3种型号:700型、750型、1500型。测量范围分别为700、750及1500毫米汞柱。其结构是:一根钢管传压臂,下端装有储汞罐;另一根钢管测量臂,用以反映测量的压差值。在钢管测量臂的水银柱上设置具有磁性的浮子,当水银柱的高度发生变化时,磁性浮子也随水银面一起变化,在测量臂钢管外面,通过磁性检测装置,找到浮子位置,从而实现检测差压的目的。此种差压计机械强度比玻璃管差压计高,在运输、安装、使用、维修方面具有明显的优     

伺服永磁同步电机弱磁控制系统设计

针对伺服系统用永磁同步电机,在电机数学模型及其SVPWM的基础上,分析了弱磁控制机理,研究了d-q轴电流解耦策略、基于外电压环的弱磁控制策略。设计了基于DSP2812的永磁同步电机控制器,主要包括控制电路、功率电路,为了解决DSP引起的相位滞后,研究了电机转速较高时转子位置超前补偿策略。试验结果表明:控制系统完成了永磁同步电机的弱磁升速控制,在较宽的调速范围内实现了转速闭环高稳态精度、高瞬态响应控制,满足伺服系统的需求。     

基于滑模观测器的交流异步电机预设性能位置跟踪控制

针对存在匹配/非匹配扰动的交流异步电机位置跟踪控制问题,提出一种基于滑模观测器(sliding mode observer,SMO)的预设性能控制方法。首先,设计一种基于改进指数趋近律的SMO,削弱了常规滑模观测器存在的抖振现象,实现了对电机转子磁链准确的观测估计;其次,将模糊自适应方法与约束处理策略相结合,分别完成交流异步电机位置和磁链预设性能控制器的设计,保证了系统预先设定的瞬态和稳态性能,实现了对系统给定值有效的跟踪控制;再次,采用改进的粒子群优化(improved particle swarm optimization,IPSO)算法对控制器参数进行优化设计,有效地提高了系统的收敛速度和稳态精度。理论分析表明,系统的位置跟踪误差和磁链跟踪误差不会超过预定的边界,且闭环系统的所有状态都是有界的。最后,通过仿真和模拟实验对比研究,验证了该文所提方法的有效性和可行性。     

磁轴承复合位移传感设计与实验研究

针对传统磁轴承位移传感器结构复杂、适装性差、存在检测位置与执行器错位,而位移自传感方法鲁棒性、实用性差等问题,该文提出一种基于探测线圈的磁轴承位移检测方法,通过在磁轴承磁极上布置探测线圈可实现定转子相对位移测量.首先,建立等效电路模型,并通过Simulink仿真,证明模型正确性;其次,提出差动检测方案,并通过半桥检测电路将相对位移变化转换为电桥输出电压变化,提高了位移检测灵敏度与线性度;最后,在搭建的试验平台上对该传感器进行静态性能测试,当定转子相对位移在±0.3mm范围内变化时,位移检测灵敏度为1.2mV/μm,位移检测分辨率约为7μm,验证了基于探测线圈磁轴承定转子相对位移检测的可行性.该方法结构简单、鲁棒性好,为实现紧凑可靠的磁轴承位移测量奠定了基础.     

漏磁检测的混合正则化反演方法研究

漏磁检测作为无损检测的主要方法之一已得到了广泛关注和应用。漏磁检测对缺陷的识别问题属于电磁场计算的反问题,因其不适定性难以直接求解,因此目前对于漏磁检测方法的研究和应用大部分都避免了对反问题直接求解,而是采用搜索匹配式的方法。本文尝试使用混合正则化LSQR-Tikhonov的方法对基于磁偶极子单元积分模型的漏磁检测反演问题进行处理,对LSQR方法添加Tikhonov正则化来获得更多的主奇异值信息减小误差,通过混合正则化得到的近似解较为逼近真实值,得到的二维反演结果也可以判断出缺陷的位置和形状,通过仿真及实验验证了算法的准确性。     

基于矩形窗时域滤波算法的热导检测系统设计与应用

变压器油中溶解气体在线监测的关键是气体检测的传感器技术,如何准确测量、分析油中二氧化碳气体的含量是这一技术的难点。为解决这一难题,设计了一种基于矩形窗时域滤波算法的热导检测系统。该系统采用新型热导传感器TCS208F,针对其输出信号小,采集分析难度大的问题,采用模拟滤波和数字滤波相结合的方法,完成热导检测系统的软硬件优化设计,实现二氧化碳气体微弱信号的采集与分析。该方法有效地抑制了各种类型的噪声干扰,提高了系统测量的精度与灵敏度,实现了微量气体浓度的准确测量,克服了传统气体热导检测的缺点。     

磁异常探测中载体干扰磁场 RLS 补偿方法

针对磁异常探测中载体干扰磁场会极大的影响测量结果的问题,提出一种基于RLS算法的磁异常探测载体干扰磁场补偿方法。首先,对磁异常探测中的干扰进行分类,建立测量模型;然后,将模型转换为标准多元线性方程,通过正交约束和线性约束降低共线性,经RLS算法求解模型参数,并进行模型仿真验证算法正确性;最后,进行有无异常载体有限元仿真,通过RLS算法解算无异常时仿真数据获取补偿参数,并用补偿参数对含异常仿真数据进行补偿。结果表明：经补偿误差显著降低,无磁异常实测实验的补后改善比为10.3,该方法可用于磁异常探测中的载体干扰磁场补偿,有效提升了磁异常探测的抗干扰能力,对掩埋物检测、矿产勘探、反潜等工作都具有重要意义。     

基于卡亨南-洛维展开的修正 OBF 磁目标检测方法

针对磁异信号的检测通常会受到地磁噪声干扰的问题，在磁干扰补偿研究的基础上，提出一种基于卡亨南-洛维展开的修正OBF磁目标检测方法。首先构建磁干扰的椭球拟合模型，通过求解拟合模型的系数实现对干扰的总体补偿，补偿精度约30 nT;再利用卡亨南-洛维展开对OBF检测算法进行修正，提升有色背景噪声下的信号检测能力；最后开展无人机探测磁目标的实验研究，实验结果表明，修正的OBF检测算法具有更佳的检测效果，尤其是针对低信噪比目标的检测优势明显，信噪比增益提升约2 dB。     

Experimental studies on a structure of eddy current probe for detection of magnetic flux distorted by a flaw

Bobbin-coil-type eddy current probes, which are conventionally used for nondestructive inspection of steam generator tubes in pressurized-water-type nuclear power plants, have poor detection sensitivity to circumferential flaws. Hence a new type of eddy current probe was proposed to effectively detect the magnetic flux component that is indicative of a flaw and thus to eliminate the dependency on sensitivity in flaw detection. In the course of development of the proposed method, probe structures were investigated based on the measurement of magnetic fields induced by variously-shaped excitation flat coils. The new type of probe proposed here consists of differential pick-up coils detecting magnetic flux and excitation coils having a parallelogrammic shape. The structure of the coils was fabricated in order to detect flaws independently of their directions in trial. Nondestructive flaw detection tests were then conducted with the probe. The results obtained concrete evidence showing that both the horizontal, the vertical slit-flaws and even the small hole of 0.5 mm in diameter can be detected successfully.     

管道漏磁内检测的管壁缺陷漏磁场解析模型

漏磁内检测技术是长输油气管道缺陷检测的主要手段,缺陷几何特征识别对管道安全运行评价具有重要意义。基于二维磁偶极子模型,建立管道内壁缺陷漏磁场空间分布的三维解析模型,对磁化方向垂直缺陷时磁荷产生漏磁场的变化规律进行研究;基于内壁解析模型,引入管壁退磁影响因子,对模型进行补偿,建立管道外壁缺陷漏磁场三维解析模型,得到了管道外壁不同缺陷漏磁场的分布特征。搭建漏磁检测实验平台,对所建模型有效性进行实验验证。结果表明,管壁对外壁缺陷漏磁场具有一定屏蔽作用,实验结果和理论分析具有很好的一致性,所建模型可有效描述管道内外壁缺陷漏磁场空间分布特性,对缺陷识别和定量评估具有一定工程指导意义。     

基于在线地磁指纹的航迹校准算法

设计一个行人航迹推断定位系统(PDR),该系统包括鞋载可穿戴MEMS惯性传感器模块、蓝牙通信模块、和用于执行校准算法的智能手机端.鞋载惯性导航模块利用位置估算、零速修正和步伐检测等算法获取消防人员位置估计,并通过低功耗蓝牙通信模块将消防员位置估计传到智能手机.在手机端,利用智能手机自带地磁传感器及加速度传感器提取姿态无关的三维地磁指纹,根据姿态无关三维地磁指纹生成正、反向地磁轨迹,将消防员位置估计与地磁轨迹相关联,再通过DTW子序列算法实现地磁轨迹精准匹配,实现消防员航迹校准,从而有效解决惯性导航中累计误差无法消除的难题,最终实现消防员室内复杂场景精确定位.大量测试实验表明,该系统在办公室和超市两种典型应急消防救援场景分别可获得80％绝对误差1.4～2m以内.     

基于自适应校准和多分支注意力的遥感目标检测

面向复杂多变的遥感场景下目标检测易受干扰的问题,提出了结合自校准模块和D_Triplet Attention的任意方向目标检测模型SD-Centernet。该方法在网络结构中引入旋转角度,为检测框提供角度信息。在Dlanet特征提取网络中引入self-Calibrated模块,通过自适应校准操作融合来自两个不同空间尺度的信息,增大输出特征的感受野。同时为了加强图像局部信息的聚焦,引入D_Triplet Attention,更好的解决了跨维度交互问题。SD-Centernet在HRSC-2016数据集上的检测精度达到86.25%,检测速度达到14.9帧/秒,有效提高了遥感航拍中多方位目标的检测效果。     

基于马鞍形磁场的永磁直线电机位置解算方法

针对直线电机转子位置检测低成本和较高精度的要求,提出了一种基于马鞍形磁场来获得位置信息的方法及实现过程。分析了永磁体表面的磁场分布特征,指出了利用马鞍形磁场分布曲线来解算位置信息的优点,提出了根据马鞍形磁场推算位置信息的算法流程:先测得错开相位的2条马鞍形曲线数据,划分为4个象限后建立数据库;位置检测时,运用区间搜索算法寻得实际角度所在区间;再根据精度要求,采用合适的插值算法计算得到待解算的角度。仿真结果表明:基于马鞍形磁场的位置解算,能较好地得到直线电机转子的位置信息。