载流线圈和有限长直螺线管磁场的理论分析与讨论

利用毕奥-萨伐尔定律,首先分析了单个载流圆线圈在空间任意一点的磁感强度分布的积分表达式,获得了其解析计算结果,并利用Mathematic描绘了其磁感线分布,同时分析了载流圆线圈所在圆面上磁感分布的特点.进而,基于单个载流圆线圈的结果,讨论了长直螺线管在空间任意一点的磁感分布,通过数值计算分析讨论了其磁场在空间分布的"均匀区",并利用Mathematic描绘了其磁感线分布.最后,结合工科"大学物理"和"大学物理实验"中所涉及到的有关问题作了相应的讨论.     

环形电流磁场分布及磁感线基于C++的数值模拟

磁场的测量及磁感线的描绘是大学物理重要的实验,然而一般教材往往只给出磁感应强度在特殊位置的理论值,对于磁感线的分布也就更少涉及。原则上基于毕奥-萨伐尔定律可以计算任意载流线圈在空间任意位置的磁感应强度,然而限于复杂的矢量积分,严格的解析解通常很难得到,利用计算机编程进行数值计算可以很好地解决这个困难。对于简单的环形电流,考虑到磁感应强度分布的轴对称性,在柱坐标的形式下给出环形电流的磁感应强度的一般表达式。利用C++编程对磁感应强度及磁感线的空间分布进行模拟。     

一种演示磁感线的简单方法

在电磁学实验中,用小磁针演示磁感线没有"连续的"效果.笔者采用一种巧妙的办法,使磁感线的演示直观生动,现介绍如下.     

一种印刷机滚筒表面位置偏差的高精度光电测量系统

为了提高印刷机的印刷品质,构建了一个测量高速旋转物体表面位置偏差的高精度系统.介绍了该系统的设计原理、结构,各个模块的功能以及软件设计的思路,重点讨论了条形码设计的思路以及利用锁相法测量旋转物体表面位置偏差的方法,并通过实验结果分析,评估了该系统的质量.实验证明该系统可以测量10 μm的位置偏差,测量误差低于3 μm,测量误差稳定可靠,检测速度快,为印刷机滚筒表面位置偏差的测量提供了一种全新的技术手段.     

任意两共轴圆线圈间的互感系数及磁感线的分布

从一个圆电流的矢势出发,导出了任意两共轴圆线圈间互感系数的函数表达式,根据其函数表达式,由数学软件MatLab绘出了互感系数随两线圈间距离及两线圈半径变化的分布图.然后再从一个圆电流的矢势出发,导出了任意两共轴圆电流线圈磁感线所满足的方程,按照磁感线方程也绘出了其磁感线在空间的分布图.     

轴对称磁矢势和磁感线

利用Mathematica 10.3杰出的符号运算和数值计算能力、卓越的数字绘图功能,研究轴对称磁矢势和磁感线的分布.先将载流圆线圈的磁矢势A的计算式表达为椭圆积分、求出磁感应强度B=▽×A的表达式和磁感线方程,绘制出形象直观的磁矢势和磁感线的分布图,修正了现有文献中磁感线分布图的一些缺陷.然后把这种分析方法推广应用到载流密绕有限长圆柱形螺线管和椭球形线圈中去.     

用于校准能见度仪的标准散射体定标系统中光学系统的误差分析

为了实现用于校准能见度仪的标准散射体的快速高精度定标,依据标准散射体校准前向散射式能见度仪的校准原理,建立定标系统中光学系统的误差分析方法.分析标准散射体定标系统的工作原理,结合其光学系统、机械结构的加工及装调偏差,建立了标准散射体定标系统的光学系统模型并设计实验证明其正确性.分析影响定标系统中光学系统精度的主要误差,得到标准散射体定标系统中光学系统的误差传递模型.通过对畸变偏差、像面位置偏差、主点位置偏差、像面倾斜偏差和焦距偏差的分析,提出了一种系统综合误差分析的方法并建立了综合偏差模型,对每个偏差单独分析,得出畸变偏差、像面位置偏差、主点位置偏差、像面倾斜偏差和焦距偏差的偏差范围依次为0.024 mm,0.399 mm,0.02 mm,0.28 rad和0.392 mm.该研究为提高用于校准能见度仪的标准散射体定标系统的精度以及校准时误差的来源分析与补偿提供理论依据.     

用于校准能见度仪的标准散射体定标系统中光学系统的误差分析（英文）

为了实现用于校准能见度仪的标准散射体的快速高精度定标,依据标准散射体校准前向散射式能见度仪的校准原理,建立定标系统中光学系统的误差分析方法.分析标准散射体定标系统的工作原理,结合其光学系统、机械结构的加工及装调偏差,建立了标准散射体定标系统的光学系统模型并设计实验证明其正确性.分析影响定标系统中光学系统精度的主要误差,得到标准散射体定标系统中光学系统的误差传递模型.通过对畸变偏差、像面位置偏差、主点位置偏差、像面倾斜偏差和焦距偏差的分析,提出了一种系统综合误差分析的方法并建立了综合偏差模型,对每个偏差单独分析,得出畸变偏差、像面位置偏差、主点位置偏差、像面倾斜偏差和焦距偏差的偏差范围依次为0.024mm,0.399mm,0.02mm,0.28rad和0.392mm.该研究为提高用于校准能见度仪的标准散射体定标系统的精度以及校准时误差的来源分析与补偿提供理论依据.     

碳酸二甲酯黏度和密度的实验测量

采用振动弦黏度/密度计对碳酸二甲酯的黏度与密度进行了实验研究,测量的温度范围为283～353 K,压力范围为0.1～20 MPa.实验系统黏度和密度测量的不确定度分别为±2%和±0.2%.利用得到的实验数据,分别拟合了碳酸二甲酯黏度和密度的关联方程.黏度实验数据与方程的平均绝对偏差为0.47%,最大绝对偏差为2.06%;密度实验数据与方程的平均绝对偏差为0.04%,最大绝对偏差为0.14%.最后将实验数据与文献数据进行了比较.为碳酸二甲酯作为替代燃料等研究提供了基础数据.     

二乙二醇二甲醚密度和黏度的实验研究

采用振动弦黏度/密度计对二乙二醇二甲醚的密度和黏度进行了实验测量,测量的温度范围为243.15～323.15 K,压力范围为0.1～20 MPa。实验系统密度和黏度测量的不确定度分别为±0.2%和±2%。利用得到的实验数据,分别拟合了二乙二醇二甲醚密度和黏度的关联方程。密度实验数据与关联方程的平均绝对偏差为0.07%,最大绝对偏差为0.19%。黏度实验数据与关联方程的平均绝对偏差为0.83%,最大绝对偏差为2.20%。并对实验数据和文献数据进行了比较。为二乙二醇二甲醚的应用研究提供了基础物性数据。     

大气环境下激光光斑瞄准偏差的补偿方法研究

针对大气环境下激光光斑瞄准偏差的问题,设计了激光光轴偏差测试系统,讨论了大气环境中由于诸多因素的影响而导致激光光斑几何中心与目标中心发生偏移而不能对准的现象。提出了数字图像处理技术与重心法相结合的一套新的偏差补偿算法。充分利用激光光斑全场数据,从理论和实验上对大气环境下的激光光斑瞄准偏差进行了分析和研究。外场实验结果表明,该方法可以对瞄准偏差进行有效补偿,具有较高的工程应用价值。     

对法拉第电磁感应定律普遍性的思考

通过一道试题设计存在的缺陷,说明在麦克斯韦电磁理论中,电磁感应定律和磁感线是闭合曲线之间存在内在的逻辑关系.磁感线闭合是电磁感应定律普遍性的保证.     

圆电流磁感线的分布及磁感应强度的函数表达式

从圆电流的矢势出发,导出了其磁感线所满足的方程,运用数学软件MatLab绘出了其磁感线的分布图.然后用公式B=Δ×A求出了圆电流在空间任意点磁感应强度的函数表达式,并图示了其变化情况.     

狙击步枪瞄准线偏差测量与电击发控制研究

为了测量智能瞄具狙击步枪系统瞄准线偏差,控制击发时机并提高射击精度,提出了滤波加权融合方法与线性预测击发判据。运用卡尔曼预测滤波对脱靶量滞后进行补偿,得出瞄准线偏差; 将陀螺数据滤波后积分得出另一瞄准线偏差; 根据加权融合算法,得到加权融合后瞄准线偏差。建立了基于陀螺信号、融合信号和电动击发装置特性的线性预测击发判据; 搭建了dSPACE实验测试系统,进行了瞄准线偏差测量实验和模拟对比射击实验,结果表明:滤波加权融合后的信号基本可表示瞄准线实际偏差;在滤波加权融合方法与线性预测击发判据条件下模拟射击时,弹着点分布在0.05 mrad圆内的概率为85.7%,高于简单控制击发模式下53.33%的概率。     

导电微晶静电场描绘仪的改进

分析了传统导电微晶静电场描绘仪存在的缺陷,通过对实验仪器进行改进,消除了由于探针装置及电路设计等问题引入测量的误差,实验结果表明,改进后描绘仪提高了模拟描绘静电场准确度,减少了实验系统误差。     

基于时间补偿的激光扫描投影图形偏差校正研究

为了解决自研的激光扫描投影系统在实际扫描投影零部件外形轮廓时会存在拖尾、缺失和非预期的圆角过渡等图形偏差,严重影响投影出零部件外形轮廓的形状准确度的问题.通过分析拖尾和缺失偏差、转角偏差产生的原因,研究了基于时间补偿的激光扫描投影图形偏差校正方法,得出了补偿时间与采样率间的关系,建立了时间补偿与投影图形转角角度间的数学模型.应用所研究方法在自主搭建的激光扫描投影系统中进行验证实验,并与国外FARO激光扫描投影系统的投影图形进行对比.实验结果表明:对优化投影路径后的5行5列棋盘格图形进行投影时,比较偏差补偿前后实际投影图形效果,补偿后的投影图形形状准确度优于0.5 mm.基于时间补偿的激光扫描投影偏差校正方法可以有效地补偿拖尾和缺失偏差、能够优化非预期的转角偏差,该方法应用于自主研发的激光扫描投影系统能够显著提高投影图形准确度,具有良好的实际应用价值.     

磁传感器与磁场的测量

在中学物理教学中，研究磁场传统的实验方法是用小磁针显示磁场的方向，用小磁针或铁粉显示磁感线分布．磁针和铁粉用来形象描述磁场功不可没，可对磁感强度的定量研究却显得无能为力．学生也只好在题海中领会感受磁感强度B的大小；1特斯拉有多大?在脑子里只有一个模糊抽象的印象．物理学对电磁现象的研究成果为各行各业提供了先进的检测设备，可是在自身的物理教学中对磁场的实验检测仍停留在4大发明的“司南”时代．近来上海的DIS实验(数字化实验系统)，     

光学方法清晰周期性图象

利用光学周期平均法能够清晰地描绘带有噪声的周期性图象。本文讨论了用这种处理方法所得到的较高信噪比,改进了实验装置,给出了相干光处理系统所使用的滤波器的具体形式和实验结果。     

由铁磁质限定的无限深槽内线电流的磁场

利用复数坐标系z上的施瓦茨-克利斯多菲变换和镜像法,计算由铁磁质限定的无限深槽内线电流的磁场,给出磁矢势的分布和磁感线方程,并利用数学工具软件MATLAB绘制出其磁感线分布图.     

基于PASCO系统的混沌摆实验

基于PASCO系统研制了受周期外力驱动的混沌摆实验仪,调节混沌摆系统的参量可演示非线性动力学特征行为,描绘了无驱动及有驱动下的系统相位图,并分析了初值敏感性、奇异性(奇异吸引子)现象.应用混沌摆的动力学方程,进行Matlab仿真实验.实验结果表明:混沌摆实验系统动力学的性质依赖于振动频率值,系统驱动振幅必须大于一定阈值是混沌相出现的必要条件.