基于涡流传感器的非接触式金属板厚度测量系统

利用涡流无损检测方法对金属板材进行厚度测量时,由于电涡流传感器探头线圈的阻抗表达式过于复杂,金属板材的电导率、磁导率和厚度等因素对探头阻抗的影响难以通过探头线圈的阻抗变化进行观察。针对这一问题,介绍了一种基于涡流传感器的非接触式金属板厚测量系统。该系统利用PSD技术实现涡流阻抗信号的正交分解,采用STM32单片机对数据进行处理,最后进行人机操作、液晶显示和数据存储。整个系统具有较高的检测精度和灵敏度,能够在强噪声背景的干扰下实现阻抗信号的二维信息检测。     

一种用于磁感应成像中灵敏度矩阵的计算方法

生物组织中的磁感应成像(MIT)是一种通过测量交变磁场中因扰动导体所引起的感应电压来重建复合电导率分布的方法.灵敏度矩阵即是映射电导率分布的变化与接收线圈中感应电压变化的对应关系.基于有限元方法和补偿原理,提出一种快速计算灵敏度矩阵的方法,并应用这种方法进行了多种仿真分析实验.结果表明,通过该方法可以快速地对单个扰动和多个扰动的灵敏度矩阵进行有效求解,即为MIT中逆问题的图像重建提供了有效的方法.     

FeCuNbSiB非晶薄带的磁感应效应

研究了Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶薄带磁感应效应和磁感应效应变化幅度的影响因素.结果 表明:当励磁信号为正弦交流电时,线圈感应电压也为同频率的正弦交流电压,当励磁信号为矩形电压时,线圈感应电压则为同频率的尖脉冲电压.磁感应效应随着励磁电压幅值的增大而增强;随着磁场强度和限流电阻的增大而减弱.磁感应效应变化幅度随着磁场强度和励磁电压幅值的增大而增大;随着限流电阻的增大呈现出先增大后减小的趋势.     

玻璃钢和两端金属对三分量阵列感应水平分量的影响研究

考虑不同地层电导率情况下玻璃钢和两端金属体存在时的物理问题,通过COMSOL有限元数值计算分析玻璃钢半径、两端金属体长度和距离变化对三分量阵列感应水平接收信号的影响规律。结果表明,玻璃钢的存在减少了发射线圈与接收线圈之间的涡流,增大了水平线圈接收信号;金属长度的变化对各子阵列的影响可以忽略;两端金属体对接收信号的影响与周围地层的电导率有关,绝对误差与地层电导率近似成正比关系;金属与最近端线圈距离大于0.3 m时,各子阵列测量信号受金属影响可以忽略。     

基于LC谐振的非侵入式眼压监测系统

为保证眼压(IOP)获取的实时性、准确性和易操作性,基于电感电容(LC)串联谐振原理,提出一种非侵入式的柔性LC眼压传感器,具有可穿戴性．传感器采用一种基于软光刻和热塑成型的微通道液态金属注入的制备方法,应变单元是由液态金属制成的电感线圈,极大提高了传感器灵敏度和佩戴舒适度．同时设计了一种专用于该眼压传感器的信号采集装置,包括扫频信号发生电路、幅值相位检测电路、单片机控制单元和读取线圈．通过读取线圈与眼压传感器的耦合,采用幅值相位检测电路得到耦合之后的等效阻抗实部最大值,从而得到传感器的谐振频率．实验测试结果表明：非侵入式眼压监测系统在眼压监测方面达到了467.3 Hz/Pa的灵敏度,且得到系统的眼压测量精度为±0.2 kPa,满足测量要求．     

基于组织电阻抗差异的磁声电检测技术

磁声电(MAE)检测是一种基于超声传播和霍尔效应的多物理场耦合新技术,利用磁场中带电粒子超声振动所产生的电势信号来实现生物组织电阻抗差异的测量.本文基于换能器的振动传播和组织电导率分布,推导了导电组织内MAE信号的解析公式,并利用强指向性换能器进行了公式简化.利用三层电导率突变组织模型进行了数值模拟,结果表明检测到的MAE波簇由组织边界产生,其振动幅度和极性反映了超声传播方向上电导率梯度的大小和方向.建立了一个MAE测量实验系统,对多层凝胶组织模型进行了实验测量,所采集的MAE信号和模拟结果高度一致.理论和实验结果证明,所提出的磁声电检测技术能测量组织边界的电导率梯度,反映超声传播路径上的电阻抗差异,为该技术在生物组织电导率的无损检测和成像提供了新方法.     

FeCuNbSiB非晶薄带的磁感应效应

研究了Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B^9非晶薄带磁感应效应和磁感应效应变化幅度的影响因素。结果表明：当励磁信号为正弦交流电时,线圈感应电压也为同频率的正弦交流电压,当励磁信号为矩形电压时,线圈感应电压则为同频率的尖脉冲电压。磁感应效应随着励磁电压幅值的增大而增强;随着磁场强度和限流电阻的增大而减弱。磁感应效应变化幅度随着磁场强度和励磁电压幅值的增大而增大;随着限流电阻的增大呈现出先增大后减小的趋势。     

可用于呼吸监测的刺绣型压力传感器的研制

采用刺绣的方法制备压力传感装置,根据呼吸时皮肤扩张产生的压力大小监测人体静止状态下的呼吸状况.基于接触电阻压力感应原理,通过增加接触点的数目,提高接触电阻的灵敏度.在接触点处涂覆硅胶,以减少信号的偏移,提高信号的重复性.最后通过实验验证了该传感器能够感应微小压力的变化.将所制传感器附着于弹性腰带中,能够实现对人体呼吸率的测量.     

生物电阻抗复合检测及成像系统设计

根据临床应用中对疾病快速检测及定位的需求,提出了磁感应结合电阻抗的复合检测方式,利用磁感应方式无须直接接触,测量效率高.而采用加密和交叉测量的电阻抗测量方式,检测深度大,定位准确.实现了便携的一体化硬件设计,稳定的双恒流源激励,可加密的复合检测方式,交叉平面数据获取,三维图像重构成像等,通过复合电阻抗成像物理模型分析两种方式相结合后场域内电导率、分辨率、相对位置误差等,结合灵敏度关系分析该方式的特点,形成了包括精准前端采集、高效图像处理、适用范围广的软硬件系统,能够获得微弱的生理信号采集,满足床旁实时动态监测,快速医疗诊断,以及社区医疗初步筛查等需求.     

微小平面电感线圈近场涡流效应的计算模型与实验验证

微小平面电感线圈是一种新型的近场电涡流检测敏感器件,能够应用于复杂表面之间和微机电系统中实现准确的位移测量或无损检测。为了研究微小平面电感线圈的近场涡流效应对其自感和阻抗的影响规律,以轴对称时谐电磁场理论为基础,根据微小平面线圈近场涡流效应的特点,建立了描述微小平面线圈的自感和阻抗变化的数学模型,并进行了详细的模型解析和实验验证。验证结果表明,建立的数学模型具有很强的可计算性,并能够与实验结果很好地相符合,可以为微型平面线圈电涡流传感器的设计提供依据和指导。     

三维空间磁场结构数学模型及磁场方式三维定位装置

推导单圆环线圈三维空间磁场数学表达式并建立了磁场方式三维定位系统数学模型 ,在此基础上研制磁场方式三维定位装置 ,实现三维磁传感器探头六自由度实时定位及一维磁传感器探头五自由度实时定位 .该装置提供了一种利用对人体无害的磁场来测定内窥镜探头等医疗器械在人体内的三维位置及姿态的新方法 .     

高分子电阻型湿敏元件复阻抗的测量

为研究湿敏元件的湿度敏感特性, 在了解湿敏元件导电机理的基础上, 采用复阻抗分析法研究湿敏元件的湿度敏感特性。根据矢量法测量原理设计出有效的阻抗测量电路, 可对湿敏元件在不同湿度下的复阻抗进行测量, 且可实现在不同频率信号下对湿敏元件复阻抗的测量。测量系统主要由程控信号源和相敏检波电路两大部分组成, 分别采用DDS(Direct Digital Synthesizer)技术和模拟乘法器实现, 结构简单, 易于实现。实验结果证明了整个系统设计的可行性。     

基于强迫振荡技术的传感器测量电路的设计

设计一种基于强迫振荡技术的呼吸阻力数据采集系统的传感器测量电路模块。采用一个三通分流器一端分别固定连接着压力、流量传感器,其中与流量传感器必须是水平连通的,一端连接呼吸机,另一端三通分流口留着用于连接强迫振荡发生器。压力传感器在使用之前要进行输入与输出关系的线性定标工作。最后分别在两个传感器输出端设计一个低通滤波器用于滤除各种杂波成分。试验结果表明,该传感器测量电路模块能有效地实时监测到经受试者呼吸系统反馈的振荡压力与振荡流量信号,并且制作简单。     

A wireless magnetic sensor for localizing in-vivo medical micro-devices

In order to measure the position and orientation of in-vivo medical micro-devices without the line-of-sight constraints, a wireless magnetic sensor is developed for an electromagnetic localization method. In the electromagnetic localization system, the wireless magnetic sensor is embedded in the micro-devices to measure alternating magnetic signals. The wireless magnetic sensor is composed of an induction coil, a signal processor, a radio frequency (RF) transmitter, a power manager and batteries. Based on the principle of electromagnetic induction, the induction coil converts the alternating magnetic signals into electrical signals. Via the RF transmitter, the useful data are wirelessly sent outside the body. According to the relation between the magnetic signals and the location, the position and orientation of the micro-devices can be calculated. The experiments demonstrate the feasibility of localizing in-vivo medical micro-devices with the wireless magnetic sensor. The novel localization system is accurate and robust.     

肿瘤热疗交变磁场中场强分布测量装置

为了得到热疗用交变磁场场强的空间分布,设计并研制了基于DSP的磁场测量装置.该装置由3个部分构成:交变磁场传感器、感应电压信号处理采集模块和线圈传感器的三轴运动导轨.交变磁场传感器由面积很小的单匝线圈构成,相对较大的磁场分布空间,通过小线圈的磁场可近似视为均匀.线圈测得的磁场信号经过前端处理转化为数字信号.通过三轴运动导轨控制传感器的位置可以得到空间各点的磁场强度信号.由于DSP F2812具有良好的运动控制功能以及片载A/D较高采样的频率,可用来控制整个系统.根据磁场强度的分布可以确定热疗中升温效果最好的空间.     

亥姆霍兹线圈磁场的理论计算与实验讨论

首先,基于毕奥-萨尔定律分析了单个载流圆线圈在空间的磁场分布,得到了空间任意一点磁感应强度的积分表达式,并通过相应的计算得到了磁感应强度沿轴向和径向分量的解析结果;其次,将单个载流圆线圈在空间的磁场分布推广到亥姆霍兹线圈,获得了亥姆霍兹线圈在空间任一点磁感应强度的解析表达式,并利用Mathematica形象描绘了其磁感线分布;再次,通过数值计算分析了亥姆霍兹线圈的均匀磁场区;最后,结合"电磁感应法测量亥姆霍兹线圈磁场"实验作了相应的分析与讨论.     

线圈法岩心复电阻率扫频测量系统研究

为了研究用不同测量方法所测得的岩石电阻率或电导率的异同及其关系 ,在实验室内研制了线圈法岩样复电阻率扫频测量系统。该系统可改变传统感应测井中以发射电流直接作为参考的方法 ,将发射电流移相一定的角度 ,从而解决了虚部小信号的检测问题。发射电流在低频时 ,短线圈距的线圈系对介质电导率的灵敏度低于长线圈距的 ;而在高频时结果则相反。试验表明 ,在室内用线圈法测量岩心复电阻率是可行的 ,而且被测信号幅度和相位均与岩石的电阻率有很好的对应关系 ,也更能真实地反映岩石的频散特性。同时 ,用线圈法测量的岩心复电阻率也可用来探测岩石中地层水的饱和度。     

磁阻传感器及其在飞行体姿态测试中的应用

介绍一种新型高灵敏度磁阻传感器的工作原理和使用方法,并用该传感器对飞行体的姿态进行了测量.根据线圈切割地磁场磁力线产生感应电动势的原理,通过理论推导得出飞行体姿态测试的计算方法,设计了一种基于磁阻传感器的姿态测量系统,并对其实验数据进行了分析和处理.     

纳米晶体磁环对磨粒传感器灵敏度的影响

为了提高在线式磨粒监测传感器的监测灵敏度,设计了一种内置纳米晶体磁环的电磁式磨粒传感器.通过建立传感器内部磁场分布及输出感应电动势的数值模型,系统地研究了传感器感应线圈磁环和激励线圈磁环尺寸特征对磨粒监测灵敏度的影响规律.仿真及实验结果表明:纳米晶体磁环对传感器灵敏度具有显著影响.具体表现为:为激励线圈和感应线圈同时添加特定尺寸的磁环可使磨损颗粒引起的传感器输出感应电动势幅值增大4~7倍.该方法可大幅提高传感器对微小磨粒的监测能力,对大型机械设备的早期故障诊断和故障预警具有重要意义.