一种磁流变液制动演示装置的磁路设计

设计了一种磁流变液制动演示装置,为了使磁流变液在匀强磁场下工作,采用多层密绕螺线管的方式产生磁场,并对螺线管所用铜线的规格和缠绕的匝数进行选择和计算,这种方式使得在通入相同的电流时能产生更大的磁场。最后,应用MATLAB软件对励磁线圈所产生的磁场的分布与大小进行仿真,结合磁场的实际测量数据对比分析,证明外加磁场符合演示实验要求,能够达到理想的演示目的。     

基于目标场点法和流函数的磁共振有源匀场线圈设计方法

磁场均匀性是磁共振系统的重要参数,提高磁场均匀性有助于磁共振时域信号的检测和磁共振频域信号分辨率的改善.基于有源匀场连续电流密度分布的思想,采用目标场点法和流函数结合的方法设计匀场线圈,即由毕奥-萨伐尔定律确定磁场分布与电流密度的关系,约束线圈半径和设置约束点后,根据目标场分布逆向求解线圈平面的电流密度分布,再用流函数将电流密度分布离散化处理,得到匀场线圈的绕线位置分布.根据电磁仿真计算结果制作包含一阶与二阶匀场线圈应用于磁共振分析仪,实验验证表明该匀场线圈能有效地改善永磁体核磁共振系统磁场的均匀性.     

基于旋转永磁体的超低频机械天线电磁特性分析

在甚低频(3—30 kHz)及以下频段,与波长相比,传统天线属于电小辐射体,因此辐射效率很低.如果将永磁体进行机械旋转,可以获得时变电磁场.与传统天线相比,旋转永磁体将机械能向电能转换,不需要阻抗匹配网络,提高了辐射效率.为了计算旋转永磁体的电磁特性,本文基于安培环路电流理论,研究了空间正交磁偶极子与机械旋转永磁体的场等效关系.在此基础上,采用无限大空间并矢格林函数,并引入旋转永磁体的初始旋转角参数,推导了空间正交磁偶极子场分布的通用解析表达式,作为分析旋转永磁体及其阵列的近场和远场分布的理论模型.仿真表明,当钕铁硼(NdFeB)永磁体剩余磁感应强度Br=0.8 T、体积V=270 cm~3、转速为9600 r/min时,对应频率为160 Hz,在自由空间1 km的位置,将产生15 fT的磁场;在海水介质中,当传输距离为250 m时,磁场快速衰减到1 fT.本文提出采用旋转永磁体阵列对近场分布特性进行调控,仿真结果表明:将两个相同的旋转永磁体组成二元阵,将使近区磁感应强度提高3 dB;改变阵元距离和初始旋转角,可改变近区磁场分布方向图.机械旋转永磁体为实现小型超低频发射天线提供了新的解决思路.     

感应法测量脉冲强磁场及其分布

一、前 言 在现代科学技术领域中,强磁场得到了广泛的应用.通常,为了降低磁体的发热,提高供电系统的效应,大体积强磁场系统愈来愈多的采用脉冲强磁场,即在较短的作用时间内产生具有较大幅值的磁场.本文主要介绍感应法测量脉冲强磁场及其分布,并介绍我们自制的测量仪器(多道仪)的线路及实验结果. 二、原 理 许多与磁场有关的物理效应都可用于测量磁场.与其它方法比较起来,感应法测量脉冲强磁场具有使用方便、设备简单、测量范围宽等优点,它仍是目前测量脉冲强磁场的主要方法. 根据感应法原理研制成功的《多通道脉冲强磁场测量仪》(以下简称多…     

带开口磁环的周期永磁聚焦系统的轴向磁场

 基于磁环的元电流模型,分析了永磁磁环的轴向磁场分布规律。理论计算和测试结果表明:轴向磁化磁环中心轴上的磁感应强度不存在径向分量,只有轴向分量;但磁环开口后,轴向磁场降低,而径向磁场增加,其中心轴上的合成磁感应强度体现出非轴对称性,不利于其在周期永磁（PPM）聚焦系统中的应用。根据磁场的轴向分量和径向分量的分布特点,设计和优化了带开口磁环的PPM系统,实现了轴向磁场的周期化。     

用磁致旋光效应估测二维磁场分布

为了克服现有测量磁场方法只能单点测量的局限性,基于法拉第磁光效应原理,提出利用磁致旋光估测磁场的方法,提高了磁场测量的效率,获得了磁场的直观分布.建立磁致旋光估测磁场的实验装置,测量了永磁体的磁场,用CCD采集了偏振光通过磁场的图像,通过程序处理可获得磁铁产生的局部磁场二维分布图,并可求得二维分布图上任意点的磁感应强度.     

垂向磁场变化量对高温超导块材悬浮力特性的影响

高温超导体因其无源自稳定的特性,受到许多学者的重视,具有广阔的应用前景.目前针对高温超导块材悬浮性能的研究主要集中于由永磁体产生的低磁场环境.本文基于超导磁体平台提供的强磁场环境,通过改变高温超导块材不同的场冷高度,实验研究了高温超导块材悬浮力与垂向磁场变化量的关系.研究结果表明随着垂向磁场变化量的增加,高温超导块材的悬浮力增长趋缓,并最终出现悬浮力饱和的现象.本文还对比了YBCO 和Gd-BCO 两种不同材料超导块材的悬浮性能,结果发现GdBCO 的悬浮力在强磁场环境中表现出更大的潜力.这为高温超导磁浮在强磁场中的应用奠定了基础,通过更加合理地调节磁场的分布,可以更好地发挥高温超导块材的悬浮性能潜力     

含超导的多层屏蔽体磁屏蔽特性的仿真研究

基于电磁辐射的严重危害性,探索有效的电磁屏蔽方案,已经成为当前国际上迫切需要解决的问题.本文根据高磁导率铁材料和高温超导材料的电磁屏蔽特性,利用Ansoft Maxwell 3D仿真软件,建立高磁导率材料铁空心圆柱体和高温超导材料YBCO空心圆柱体及其组合的屏蔽模型,对一个空心线圈产生的磁场进行被动磁屏蔽.仿真研究了铁屏蔽体和超导屏蔽体厚度和高度对低频磁场磁屏蔽效能的影响.仿真结果表明,YBCO/Fe组合结构的屏蔽体对低频交变磁场的磁屏蔽效能比单层YBCO屏蔽体的屏蔽效能高3倍,YBCO/Fe组合结构的屏蔽体对低频交变磁场的磁屏蔽效能比单层铁屏蔽体的屏蔽效能高1.5倍,最理想磁屏蔽体结构是YBCO/Fe二层组合结构,其具有最高的磁屏蔽效能.综合利用高磁导率材料和高温超导材料等电磁屏蔽材料的特点,选择最优电磁屏蔽方案,进行电磁屏蔽新技术研究,以提高电磁屏蔽效能,对电磁兼容问题的解决具有重要的理论和应用意义.     

用于超导脉冲变压器的双饼线圈交流损耗优化

基于二维轴对称H方程法对用于高温超导脉冲变压器的YBCO双饼线圈进行了有限元建模与仿真,研究了分磁环参数和开槽数对YBCO双饼线圈传输原边电流时的磁场特性和交流损耗的影响。仿真结果表明,分磁环能够显著减弱双饼线圈的径向磁场,降低其交流损耗。对分磁环开槽后,径向磁场主要分布在开槽处。当分磁环相对磁导率为100,与线圈间距为0.25 mm,厚度为1 mm,开槽数为3时,双饼线圈交流损耗降低了64.9%。     

利用法拉第效应进行永磁体磁场二维光学成像

借助于法拉第磁致旋光效应,以ZF6玻璃为磁旋光介质,设计了适当的光学系统,对永磁体磁极附近磁场的分布进行了光学二维成像.利用自编的图像采集软件采集了一系列原始图片,并利用自编的图像处理软件对这些原始图片进行了处理,完成了检偏过程.分别得到了透射成像方式和反射成像方式下永磁体磁场的分布图像,这些图像正确反映了永磁体磁场的实际分布.本研究工作为宏观尺度磁场的观测与测量提供了一种有效的手段.     

基于边界元方法的超导核磁共振成像设备高阶轴向匀场线圈优化算法

在磁共振成像设备中,为了消除目标区域内的高阶谐波磁场分量,传统方法采用无源匀场,但该方法匀场精度较低,针对性较差,适用于全局匀场,而有源匀场则可以通过优化线圈分布来产生所需要的特定的磁场分布.但是,由于匀场线圈线型的复杂度会随着线圈阶数的增加而增加,难以满足设计需要,因此本文提出了一种用于磁共振成像超导匀场线圈系统的多变量非线性优化设计方法.该方法基于边界元方法,将匀场线圈所产生的磁场与目标磁场之间的偏差作为目标函数,线匝间距、线圈半径等作为约束条件,通过非线性优化算法,得到满足设计要求的线圈分布.通过一个中心磁场为0.5 T的开放式双平面磁共振成像超导轴向匀场线圈的设计案例,说明本方法具有计算效率高、灵活性好的特点.     

基于虚拟仪器技术的磁场的测量

以螺线管磁场测试仪为硬件基础,LabVIEW为软件支持,通过数据采集卡将两者结合,直接测得通电长直螺线管轴线上的磁场分布,实现了磁场的自动化测量。测试结果表明,不同励磁电流下,通电长直螺线管中部轴线上均为匀强磁场,且大小是端口处磁场的两倍。该方法原理直观明了,操作简单,可作为创新和研究型项目。     

抗磁和顺磁性材料在磁场中弱磁力实验测量

对抗磁性材料和顺磁性材料在强磁场中的弱磁力进行测量.利用设计的实验装置,成功测得抗磁性石墨片和顺磁性材料铝片在永磁铁阵列表面受到的弱磁力.研究证明弱磁力的大小与磁场及磁场梯度乘积成正比.     

水下强声源的多电极阵列聚束特性

分析了水下等离子体强声源的冲击波产生特性,利用激波产生时刻与触发开关导通时刻之间时间间隔的一致性,提出了基于激波叠加的多电极阵列聚束的可行方案。建立了水下等离子体强声源的多电极阵列聚束模型,通过仿真计算,得到了不同放电时序下的多电极阵列聚束声场分布特性。仿真结果表明:基于激波的多电极阵列聚束方案可有效进行相干叠加,通过控制多电极阵列的阵元放电时序可灵活改变阵列聚束区域的指向性,有效提高指定区域的聚束波声压级。研究结果对认识水下强声冲击波的叠加规律和优化水下强声源的多电极阵列设计具有指导意义。     

铁磁材料对永磁体磁场分布的影响及悬浮测试

为了研究铁磁材料对永磁体磁场分布的影响，以纯铁与钕铁硼永磁体为研究对象，对添加纯铁后不同组合永磁体磁场进行了测试。结果表明：对直径为80 mm厚度为5 mm的纯铁及边长为10 mm的方形永磁体而言，当纯铁底部永磁体对称排列时，纯铁上表面磁场呈规律性的均匀分布。当永磁体数目为9,边缘距为0时，纯铁上表面中心磁场较大，分布均匀度较高；当纯铁侧面固定永磁体时，组合体表面磁场增强，但增幅不同，表面磁场值越大，磁场增幅越小，磁场均匀度降低；随着距组合体表面高度的增加，纯铁表面中心磁场逐渐减小，磁场均匀度先减小后增加。另外，利用超导样品对均匀区磁场进行了磁悬浮测试，表明该结构实现磁场均匀化的可行性，对后续超导块材平面运动控制的研究具有重要意义。     

均匀磁化介质椭球的退磁因子及退磁场

在椭球坐标系中求解了均匀椭球磁介质在匀强磁场中的磁化问题,得到了空间磁标势、磁场、介质中退磁场和退磁因子的表达式,研究了椭球形状与退磁因子的关系,分析了介质磁化率对退磁场方向的影响.结论为:椭球磁介质内的退磁场是匀强磁场;退磁因子的大小与椭球形状有关,与椭球大小无关,沿椭球长轴方向的退磁因子较小;一般而言退磁场方向与外磁场方向既不相同也不相反.铁磁质椭球内的退磁场几乎与外磁场反向.     

静止条件下轨道炮膛内磁场分布特性分析

为了分析轨道炮静止条件下膛内磁场分布特性, 建立了轨道炮二维计算模型, 基于磁扩散方程与安培定律, 得到导轨和电枢各区域电流密度值, 并通过毕奥-萨伐尔定律对轨道炮电枢前端各考察点磁通密度进行理论计算, 基于电磁感应法进行了膛内磁场测量实验, 实验测量值与理论计算值基本一致, 结果表明, 膛内磁场大小主要由流经电枢和导轨的的电流决定, 电枢前端中心轴线上各考察点, 随着与电枢前端面距离的增大, 磁通密度峰值呈衰减趋势, 但衰减速度逐渐变小。研究结果有助于轨道炮膛内强磁场屏蔽与智能弹药设计。     

基于复合型光栅组合的多色集束匀滑方案

提出了基于复合型光栅组合的多色集束匀滑方案,可实现激光集束在靶面上平移和旋转两种运动方式的组合。建立了靶面散斑的横向扫动速度物理模型,并推导出激光束横向扫动速度的解析表达式,进而讨论了靶面横向扫动速度的变化规律。在此基础上,分析了不同复合型光栅组合对靶面辐照均匀性的影响,并对复合型光栅参数的选取进行了优化。结果表明,与传统的线性光栅色散匀滑方案相比,在使用复合型光栅时激光束靶面散斑的扫动速度和扫动方向更加复杂,因而其匀滑效果更佳。与典型的束匀滑方案进行对比,经过优化的基于复合型光栅组合的多色集束匀滑方案能够有效改善焦斑均匀性和抑制焦斑内部热斑比例。此外,采用功率谱密度曲线对激光束纵向强度分布特性进行初步分析,结果发现,基于复合型光栅组合的多色集束匀滑方案能有效降低激光束纵截面峰值强度。     

紫外LED阵列匀光照明中失效安全设计

为了弱化或消除LED失效对均匀性的影响,提出了一种基于复眼透镜的匀化光斑整体累加方案.该方案先对单颗LED进行匀化设计,再通过LED位置误差研究推广至LED阵列,实现每颗LED在曝光面上均能产生相同大小的匀化光斑.然后利用软件进行仿真,设计了一款曝光光源,并搭建了相应实验平台.该光源最大辐照度值为18.2mW/cm~2,均匀性为86.9%,完全满足实际曝光指标.在此基础采用遮挡光源的方式模拟不同位置的LED失效,进行了辐照度均匀性实验.结果表明,少量LED失效对辐照度均匀性的影响在1%以内,甚至LED阵列接近一半失效时均匀性仅下降5%.该设计方案可长期维持辐照度均匀性,更适用于实际生产.     

基于时域多普勒修正的运动声全息识别方法

由于运动声源测量信号中多普勒效应的存在,一般声全息方法无法直接使用,而阵列信号波束成形处理方法无法进行定量分析.本方法建立了基于测量面、辐射面和全息面的运动学几何关系,提出了声源与测量信号之间的非线性时间映射方法,基于运动声源的声源特征函数,构造了消除多普勒效应的全息面时域声压分布.全息重建得到运动声源表面有效声压分布,实现了对主要声源处声压幅值的定量估计.实际运动声源的测量实验结果证明了该方法的有效性.