基于Pareto优化理论的多目标超椭梯度线圈设计

磁共振系统梯度线圈设计是一个多目标优化问题,在设计时需要综合考虑能耗、磁场能、线性度等设计要求.这些设计要求通常难以同时获得极小解,因此在设计梯度线圈时需要权衡线圈的各方面的设计需求.本文基于柱面可展性和流函数设计方法,结合Pareto优化方法实现了在超椭圆柱设计表面上梯度线圈的多目标设计.分别分析了磁场能、能耗目标对梯度线圈线性度、线圈构型的影响;并在Pareto解空间中分析各目标的相互变化关系,通过数值算例验证了该方法在超椭梯度线圈设计时的有效性与灵活性.优化结果显示,在满足线性度误差小于5%,能耗与磁场能分别小于用户设定值的设计约束下,梯度线圈的多目标设计存在多个局部优化解.该方法可以直观地比较相同目标函数值的情况下各单目标的具体表现,有利于实现不同的设计要求下梯度线圈的最终定型设计.     

利用 Arduino和LabVIEW探究电磁感应定律

法拉第电磁感应定律是高中物理教学的重点和难点.为了让学生更好地学习并掌握该部分内容,设计制作了一套实验装置,通过定量实验探究的方式进行教学.该套装置使用电机带动磁铁在线圈上方匀速转动来产生感应电动势,通过控制线圈匝数、线圈与转轴距离、线圈面积3个因素来改变感应电动势,以Arduino为下位机采集瞬时感应电动势,以LabVIEW为上位机将测量结果实时显示在计算机屏幕上.LabVIEW和Arduino可以功能互补,在高中物理实验教学中可以广泛应用.     

高温超导线圈交流损耗测试研究

超导线圈交流损耗的测量,能为研究超导线圈交流损耗提供重要方法,并对应用中超导线圈的优化提供重要依据。通过测量电流电压得到功率、再对时间积分的方法,来计算交流损耗,实验中可采用电容补偿降低电源功率负荷,电感补偿降低采集信号噪音,调整采样周期进一步提高采集效率和信噪比等方法来进行。将超导单带在88 Hz及小线圈在90 Hz的实验结果,与理论公式、经典锁相放大器测试结果对比,实验结果中交流损耗从小电流到大电流的差别为17%～1%,证明用该方法测量超导线圈交流损耗,准确、合理。     

超椭圆柱面梯度线圈设计

超椭圆柱设计表面能够减小线圈与目标的距离,提高空间利用率,扩大成像区域的有效范围.提出利用流函数法及柱面的可展性在超椭圆柱面上设计核磁共振成像系统中的梯度线圈.根据Biot-Savart定律建立磁场强度与流函数的表达式,采用最小二乘法和Tikhonov正则化方法构造了双目标设计函数.利用柱面的可展性提高了基于分片离散流函数计算电磁场的数值精度,通过L-曲线方法实现了正则参数的合理选取.通过引入适当的流函数边界约束条件,把梯度线圈的优化问题转化为适定线性方程组的直接求解问题.通过数值算例验证了超椭圆柱面展开求解方法的正确性.优化结果显示,在满足线性度误差小于5%的设计约束下,该方法在设计超椭圆柱面线圈驱动电流分布的同时有效控制了梯度线圈的能耗.     

电感对交流电作用实验的探讨

用交流电通过电感线圈与不通过电感线圈 ,比较灯泡亮度变化的方法 ,由于线圈对5 0 Hz交流电的阻碍作用甚小 (从灯泡的亮度上无法区分 ) .而实验现象不能很好的表现理论结果 ,在演示该实验时 ,往往让学生产生疑惑 .从理论可知 ,电感线圈对交流电的阻碍作用用感抗 XL 表示 ,XL =2     

不同线圈结构高温超导脉冲变压器电磁性能分析

高温超导脉冲变压器是电感储能型脉冲功率电源的重要设备之一,在脉冲功率技术中有良好的发展前景。选择合理的线圈结构,能提升超导脉冲变压器的储能密度,降低脉冲功率电源的成本。设计了采用D型、跑道型线圈的单模块超导脉冲变压器,利用有限元仿真软件Ansys EM建立了三种结构超导变压器的模型,计算并分析了结构对脉冲变压器耦合系数和超导线圈储能密度的影响。仿真结果表明,当带材总量一定,圆环形线圈和D型线圈单模块超导脉冲变压器的储能容量和耦合系数较高,跑道型线圈较低;考虑线圈中心空气域,D型线圈变压器的超导线圈储能密度最大。     

物理实验与研究性学习的选题

教育改革"改"什么?旧的教育模式有一个比较明显的特点:能抓住基础知识,针对每一个知识点按一定的模式编排对应的习题.然后,让学生使用一定的"套路"来练习解题,使学生在解题过程中掌握知识及运用知识的一些方法.应该说,这种教学方法在基础知识的教学中有其明显的优点,能够使学生牢记规律和概念,在一般情况下,能比较合理地解释它们的含义并运用它们解决问题.     

磁耦合谐振式超导无线电能传输线圈错动对传输效率的影响仿真

超导以其低阻抗的特性,受到了广泛关注和应用.将超导线圈引入无线电能传输系统中,能够提升其传输性能.本文通过有限元仿真软件COMSOL Multiphysics对超导线圈错动对无线电能传输系统传输性能的影响进行了仿真,得出超导无线电能传输性能较之传统的在线圈错动时性能更好,在大功率的使用场合中能更好的适应实际情况,减少损耗,提升传输质量,为超导无线电能传输技术的应用提供了一定的参考依据.     

探究安培力实验装置的简易制作方法

通常做通电线圈在磁场中受力偏转的实验是通过导线把线圈悬挂在支架上,这样偏转角度小,甚至不偏转.为了实现新课标中培养学生实验探究能力,笔者利用身边常见材料制成可进行学生分组探究安培力的实验装置.     

巧用线圈的“电流渐变”特性解自感问题

自感现象是指当线圈中电流变化时,线圈内磁通量变化,从而在线圈自身产生感应电动势的电磁感应现象.产生的感应电动势(又称自感电动势)总是阻碍线圈中电流变化,其"阻碍"效果,可以从教材中的通电和断电自感实验很好地体现出来.不少教师在教学中发现,学生对于课本实验的理解并不