单边核磁共振磁体梯度磁场设计的Gram-Schmidt正交化拟合方法

针对传统圆形Halbach磁体结构封闭难以应用于开放式核磁共振中的缺点,提出一种半椭圆形分布的开放式Halbach磁体结构.调节各磁体模块中心点所在椭圆曲线的长轴长度,计算YOZ平面内不同高度上磁场的平坦程度,使用Gram-Schmidt数据拟合方法,得到一种平坦程度最优的磁体结构.优化结果表明:该结构磁体可在YOZ平面上50 mm×50 mm范围内产生水平方向平坦,垂直方向近似梯度变化的磁场,梯度值为2 mT/mm,且获得一个面积为4 mm×4 mm,均匀度为1.3×10-3,场强为0.073 9 T的均匀磁场区域.根据优化设计结果,搭建了实际磁体系统,并对该磁体系统的磁场进行测量,测量结果与设计结果一致.该开放式磁体优点在于垂直方向的梯度磁场由永磁体结构自然形成,不需额外的梯度线圈,从而简化了梯度编码系统的设计.     

稳态强磁场磁体技术研究进展

稳态强磁场是前沿科学研究所需的一种十分重要的手段。强磁场在科学研究中的应用，对物理、化学、材料、生命科学等多学科的发展起到了巨大的推动作用。产生稳态强磁场的方式主要有3种，水冷磁体、超导磁体和混合磁体。水冷磁体励磁速度快、磁场强，但运行能耗巨大；超导磁体电功率低、体积和质量较小，但目前可产生出的最高磁场不及水冷磁体；混合磁体用超导线圈替代水冷磁体的外层线圈，从而可以用比单独水冷磁体更低的能耗产生更高的磁场。介绍了3种磁体技术，回顾了其发展过程，探讨了磁体技术的未来发展路径。     

“磁筛”作用富氧结构磁场优化

对利用"磁筛"作用从空气中富集氧气的永磁体结构进行优化研究.在由两块方形永磁体叠放构成的磁场空间中,中心磁感应强度以及磁场空间对氧气分子的拦截能力随着磁体厚度的增加逐渐提高,但提高速率逐渐减缓,通过增加永磁体厚度增强磁场强度存在一定的饱和度.方形永磁体厚、长尺寸一定时,增加磁体宽度方向的尺寸使磁场空间内的磁感应强度逐渐降低,且在宽度方向上磁场均匀度降低,只有当永磁体厚宽比大于1时,磁场空间内磁场才能满足"磁筛"结构磁场空间内磁场均匀度的要求.永磁体厚度、宽度一定时,磁体长度变化对磁场空间磁感应强度影响较小,可以通过适当增加磁体长度,延长"磁筛"结构对空气的作用时间,增强"磁筛"结构的富氧效果.     

矩形平面直流磁控溅射装置工作区域磁场分析

通过分析磁场对磁控溅射过程的影响,总结出了矩形平面直流磁控溅射装置工作区域磁场的设计原则,并给出了两种磁体结构.采用有限元方法对一套装置的磁场进行了计算,磁场计算结果与测量值吻合较好.基于上述分析计算,研究了磁场分布对靶材刻蚀形貌的影响,并进一步提出了具体的磁场改进措施.采用分流条垫补方法可以改进磁场分布,如果磁场水平分量呈马鞍形分布,靶材的利用率可以提高,采用磁极斜面结构对磁场分布的改进意义不大.另外,错开磁体间安装接缝和对永磁体精确充磁能够有效提高工作区域磁场分布的均匀性.     

外磁场驱动的无线内窥镜磁场线圈的设计方法研究

为实现外磁场驱动的无线内窥镜所需的外部磁场,提出了外部磁场线圈的设计方法．针对人体呈圆柱状外形对目标磁场在柱坐标系中进行分解,通过目标场法（target field,TF）反解出电流密度分布,并通过离散得到实际线圈的位置和电流大小．用此方法设计了一个方案,并用有限元软件进行建模仿真,计算磁体转矩的大小,与预计的理想转矩进行了对比;同时分析了均匀磁场的范围．仿真结果表明,这样的线圈和电流分布方式可以使无线内窥镜所带的永磁体在任意平面产生均匀转矩．     

核磁共振全直径岩心分析仪磁体的研制

采用核磁共振进行石油岩心分析，可以从一块岩样中得到孔隙度(总孔隙度、有效孔隙度、粘土束缚水孔隙度等)、自由流体指数(可动流体百分数)、孔径分布以及渗透率等多种参数，具有无损检测、一机多参数、一样多参数的显优点．我国油田以陆相沉积油田为主，其主要特点是储层存在严重的非均质性，所以采用核磁共振全直径岩心分析非常有必要性，和核磁共振标准岩心分析同样重要，磁体是核磁共振岩心分析仪的核心部件，这种磁体相对体积较小，有效气隙大，重量轻．在设计磁体时，首先要根据经验初步确定磁体类型和结构尺寸，然后再用有限元方法进行计算，得出准确的尺寸，装配完的磁体通过无源匀场使磁体的均匀度达到要求，磁场的均匀度和FID(free induction decay)信号衰减程度密切相关，FID衰减的越快，说明磁体均匀度越差，磁体经调试完毕后，使用煤油和四氯化碳模拟孔隙介质组成的标准样做FID测试，通过磁体的测试，可知磁体的均匀度、磁场场强的温度稳定性、磁体的总体稳定性良好，完全可以给核磁共振全直径岩心分析仪营造一个合适的匀场环境。     

一种圆环电流空间磁场数值计算方法

圆环电流是最基本的理论磁体单元,其周围空间任意点磁场解析计算推导过程复杂。本文借鉴“割圆法”原理,推导了一种圆环电流周围空间任意点磁感应强度数值计算方法,基于该数值计算方法进行了圆环电流中轴线、圆电流平面、圆电流平面平行面及垂直面上磁场特征数值分析,并通过对比圆环电流完全椭圆积分磁感应强度解析计算结果验证了数值计算方法的准确性。研究结果表明本文圆环电流空间磁感应强度数值计算方法推导过程简单,能够方便计算空间任意点磁感应强度且准确度高。     

导电线圈磁场计算理论及方法研究

由于很多地方都采用导电线圈产生磁场，为便于磁场分布状态的计算及线圈的设计，文章给出了圆形线圈垂直偏心线上磁场、载流的半圆形线圈在点P处磁场、左半圆线圈P点磁场以及直线段载流体在P点磁场分布状态下的计算方法及其理论．     

磁场CT成像的高速数据采集方法

介绍磁场ＣＴ成像的高速数据采集方法。通过对一对ＮｄＦｅＢ小圆柱磁体任一断面上磁场的测量与成像，说明此方法采集速度快，质量好。     

行波磁场驱动的磁力传动系统空间磁场数学模型

为提高大间隙、高转速条件下磁力传动系统的可靠性,提出行波磁场驱动的大间隙磁力传动技术,研究磁力传动系统窄间数学模型.首先,分析系统主动磁极(电磁体)磁极状态和从动磁极(永磁体)转动状态之间的关系,确定驱动水磁体转动的电磁体4个磁极状态及切换顺序;其次,基于磁路基本原理,通过磁场分析和建模,以电磁体4个磁极状态之一的NS(N表示其左极、S为右极)为例,对电磁体的空间磁场分布进行研究并建立空间磁场数学模型;最后,以MATLAB为平台对4个磁极状态的空间磁场数学模型进行求解,将求解结果与实验数据进行对比.研究结果表明,电磁体空间磁场数学模型是正确的.     

永磁磁性传动器驱动扭矩的分析计算

从气隙磁场分析出发，探讨了磁性传动器驱动扭矩的计算方法，并应用于圆筒型永磁磁力传动联轴器实例研究。     

基于磁荷模型的永磁体空间磁场的有限元分析与计算

基于等效磁荷模型对永磁体空间磁场进行分析，并利用泛函理论建立了与该模型对应的交分形式，再利用变分原理详细地讨论了有限元计算方法．由于等效磁荷模型使用仅有一个自由度的标量磁位，因而计算起来比具有3个自由度的矢量磁位的等效电流法更简便．从永磁磁力轴承磁场的算例中可以看出，用等效磁荷模型的有限元法计算永磁体空间磁场是非常简便和有效的。     

用永磁铁装置研磨零件的小平面

用3块永磁铁组成磁路,制成磁力研磨装置,用于零件的小面积研磨.介绍其工作原理、磁路的计算方法、步骤,以及对工作气隙进行磁场划分,用漏磁系数法计算磁路.     

磁场计算中的等效磁荷法

本文从单个磁偶极矩产生的磁场,引出等效体磁荷密度和面磁荷密度的概念,进而分析了应用这些磁荷模拟磁质磁化场、永磁体磁场和载流线圈磁场的可能性,从而为电磁场的数值计算提供了数学模型。     

永磁体在磁流体中自悬浮能力的数值计算

永磁体能否在磁流体中自悬浮,是实现磁流体惯性传感器的关键。通过标量磁势法计算封闭容器里永磁体在磁流体中产生的磁场以及对磁场分布进行数值计算,借助边界积分求得永磁体在磁流体中的受力大小,分析永磁体在磁流体中的悬浮能力。结果表明,在没有外磁场作用情况下,合理选择磁流体、永磁体及容器参数,可以实现永磁体在磁流体中自悬浮。     

永磁涡流耦合器传递转矩计算方法研究

永磁涡流耦合器作为一种传动装置,传递转矩的有效计算是评价其传动性能的重要指标.针对一台6磁极对数、额定输入转速1450r/min的永磁涡流耦合器,首先,根据耦合器几何结构,采用有限元方法对磁力线走向进行了仿真分析,获得永磁涡流耦合器的磁路分布,进而通过分析漏磁边界条件得到了泄漏磁阻和有效磁动势;其次,建立导体盘涡流的坐标系,根据趋肤深度和安培环路定律,考虑磁场分布的连续性和对称性,构建了耦合器的磁感应强度方程;然后,根据导体盘涡电流密度和电导率的数学关系,同时考虑三维端部效应,得到了传递转矩的解析结果;最后,建立样机试验平台和三维有限元模型对该方法进行验证.结果表明,在一定的转速差范围内,所提计算方法具有较好的精度,相对误差在6%以内.采用该方法对永磁涡流耦合器的设计优化提出了一些合理化建议.     

MFA用旋转磁场的设计

本文围绕非晶态金属薄膜进行磁场热处理(MFA)时,所用旋转磁场的设计问题,对旋转场的各向同性与极面形状的关系,以及具有大工作气隙的交流磁路的设计方法作了初步探讨,并据此作了模拟实验。证明了只要极面选取以x-y平面为对称面,以 z 轴为旋转对称轴的对称形,且将励磁线圈以适当方式连接,则可在中心区域产生转速为3000rpm 的均匀圆偏振场,其强度设计采用求磁场和磁路计算相结合的方法也是可行的。该装置可直接利用市用三相电产生各向同性的磁场。它与机械转动装置配合可在较大的转速范围内对样品进行处理。文中通过分析也指出该装置难以产生很强的磁场。     

电磁永磁混合结构排斥力的特性

在永磁体上加上螺线管的这种结构称为电磁永磁混合结构,这种结构可以调节部分磁场强度,从而调节所受力的大小。本文对混合结构与单体永磁体之间产生的排斥力分别进行了等效计算法和数值计算法计算,并进行了比较,结果表明等效计算法虽简单、易理解,但它是基于磁路的计算,因此计算误差太大。而数值计算法中的有限单元法虽繁锁,但它是其于有限元件分析,精确可靠。并利用ANSYS分别对混合式和纯电磁铁进行有限元分析,通过对比证明了混合悬浮系统在排斥力方面的优越性。     

雷击时建筑物内磁场分布的研究

提出了雷击时室内磁场分布的计算方法,分析了雷击建筑物时在室内产生的磁场的一些特点,比较了不同结构的雷电保护系统对磁场分布的影响．实验结果验证了计算方法的正确性．