基于磁负反馈及斩波放大的地震电磁扰动感应式磁传感器的研制

根据地震电磁扰动的监测需求,研制一种感应式磁传感器.在结构设计上,提出磁通反馈与电路反馈相结合的双反馈方法以消除谐振频率对工作频带的限制;根据斩波放大原理,在信号调理电路中将信号与噪声分离进而滤除噪声,设计感应式磁传感器.测试结果表明,研制的磁传感器满足地震监测的性能要求.     

反馈式巨磁阻抗弱磁传感器的设计与实现

为提高基于巨磁阻抗(GMI)效应的弱磁传感器的性能,该文研究了Fe基非晶带在纵向激励下的GMI特性.建立和分析了传感器反馈模型,设计了反馈式GMI弱磁传感器.由CMOS集成反相器组成脉冲激励电路,由峰值检波电路、低通滤波电路、差分放大电路及电压跟随器组成信号调理电路,由仪用放大器、低通滤波电路、电阻和电感组成负反馈电路.利用亥姆霍兹线圈和标准恒流电源组成标定系统,对该传感器进行了加反馈和不加反馈两种情况下的对比测试.实验结果表明:在外加磁场强度为-2.5～2.5Oe范围内,该反馈式GMI弱磁传感器较无反馈的GMI弱磁传感器的线性度指标提高了41％;传感器输出的漂移在不加反馈时为10～20 mV/h,加入负反馈后在无外加磁场时为2 mV/h,在外加磁场强度为2.5Oe时为3 mV/h;传感器的截止频率在未加反馈时约为2 kHz,加入负反馈后提高到了4 kHz以上.     

低噪声宽带宽感应式磁传感器

在大深度测量时,由于传统空心线圈传感器自身空心线圈和差分放大器部分引入了噪声,致使感应式磁传感器探测灵敏度降低,无法满足地质探测深度的需要。针对此问题,通过理论分析空心线圈磁传感器中空心线圈的物理结构和前置放大电路的机理,研究引入噪声的主要来源,建立基于结型场效应晶体管(JFET)的感应式磁传感器等效模型,提出一种低噪声宽带宽空心线圈磁传感器。同时,分析该模型下差分放大器的频域特性,给出磁传感器输入噪声的仿真结果。在屏蔽室内和野外试验对所研制的磁传感器性能进行测试。研究结果表明:该磁传感器的3 d B响应带宽达到42.3 k Hz,相比于磁传感器3D-3响应带宽增加了1倍。在输入噪声水平方面,其输入噪声在频率为10 k Hz时为1.97 n V/Hz1/2,较磁传感器3D-3信噪比提高了10.04 d B,为感应式磁传感器在实际项目应用提供了可靠的性能保障。     

分布式变压器直流偏磁多状态量检测技术研究

直流偏磁严重威胁着电力变压器的安全运行。为了确定直流偏磁的影响范围及程度,开发了分布式电力变压器直流偏磁中性点电流、噪声以及振动多状态量监测系统并投入实际应用。系统由分布式监测终端以及远程监测服务器构成。由霍尔传感器、传声器以及加速度传感器构成检测系统前端,对中性点电流、噪声以及振动信号进行了50 Hz及其谐频幅值分析。通过设计1/3倍频程滤波器计算噪声信号1/3倍频程以及等效A声级,检测结果由监测终端分析整理后通过GPRS网络远程传输至监测服务器并存储至数据库。利用监测服务器实现当前各变压器直流偏磁状况实时显示以及历史数据查询。现场应用结果表明,所设计的分布式变压器直流偏磁多状态量监测系统测量结果准确、信号传输稳定,有助于确定直流偏磁的影响范围及程度,为直流偏磁的针对性控制提供技术支持。     

差分激光三角法油膜厚度测量传感器的测量范围与精度分析

针对所研制的海面溢油油膜厚度测量传感器的测量范围和精度进行了研究.在分析基于垂直入射差分激光三角法油膜厚度测量原理的基础上,分别采用厚度0.1,mm的塞尺和10,mm的陶瓷量块对传感器的测量上下限进行了验证,并采用厚度为1~10,mm的0级陶瓷量块对传感器进行了精度测量和分析.结果表明,所研制的油膜厚度测量传感器的范围为0.1~10,mm,测量相对误差小于1%.     

基于巨磁阻抗效应的非晶丝微磁传感器

在FeCoSiB非晶丝材料物理特性基础上,利用Fourier解析法对非晶丝的巨磁阻抗效应展开分析,对它的数学模型进行实验验证;进而探讨基于非晶丝传感元件的高灵敏度微磁物理场探测技术及电路实现途径,并以CPLD芯片为核心设计信号处理电路.实验结果证明:传感器在0～60μT的量程内具有较好的线性度,其分辨率可达0.1μT.这就解决了大多数磁传感器对地磁场、生物磁场等微弱物理量无法精确探测的缺陷,从而拓宽了磁传感器在微电子探测领域的适用范围.     

基于非晶丝GMI效应的微磁探测器

非晶丝具有优良的软磁和近零磁滞特性,为设计出灵敏度高、输出线性范围宽的微磁探测器,通过分析非晶丝巨磁阻抗(Giant Magneto Impedance,GMI)效应影响因素和存在的问题,设计了特殊结构的磁敏感元件,解决了带负反馈电路传感器电路复杂和双线圈绕制困难的问题。同时设计了高频脉冲电流发生器、信号预处理电路和数字信号处理模块,共同构成微磁探测器。对传感器和探测器分别进行了实验。结果证明:该传感器在±3Oe磁场范围内具有良好的线性,传感器磁场灵敏度可达65mV/Oe,并具有良好的温度稳定性;探测器的磁场分辨率为50μOe,能够灵敏探测微小铁磁物体。     

水下无人潜航器远程遥控磁传感器设计

基于超/甚低频电磁波的传播特性,提出陆上发射控制指令以实现水下无人潜航器远程遥控的设想;对比分析几种水下接收天线的优缺点,提出小型化高灵敏度感应式磁传感器水下接收遥控信号的方法;为提高小型化磁传感器的灵敏度,采用纳米晶叠片磁芯降低损耗噪声,使用低噪声电子对管降低放大器电压噪声与电流噪声,通过斩波放大技术减小放大模块的1/f噪声,并优化感应线圈的设计以降低热噪声;确定了一组500mm长度磁传感器的设计参数,并仿真该参数下传感器的灵敏度,结果表明该小型化磁传感器的灵敏度满足超/甚低频段水下遥控信号接收的需求.     

基于PGMA磁微球的纳米机械免疫传感器的片上磁分离

应用具有磁性和抗体双重靶向功能的聚甲基丙烯酸环氧丙酯磁微球,设计出新型微悬臂梁式免疫传感器,借助微平面电感线圈,实现在液相环境中,加电流时磁微球吸附,去电流时磁性微球解析并重新分布,解决传统微悬臂梁式免疫传感器的不足．着重研究片上磁分离机理,梁上微电感线圈结构,微磁场对磁微球的吸引,设计并优化出满足新型微悬臂梁式免疫传感器所需线长200μm、宽10μm、线间距厚10μm、1μm的钛金材料蛇形微平面电感线圈．通过生物磁分离实验,验证了设计及优化的结果,实现了用于生物分子分离的片上磁分离技术．     

遗传神经网络在GMI传感器设计中的应用

 巨磁阻抗（GMI）微磁传感器具有灵敏度高、响应速度快等突出优点,但其输出信号呈高度非线性特性。利用交流偏置方法产生非对称巨磁阻抗效应（AGMI）,对磁场传感器的线性度有一定改善,但仍存在线性范围小、线性误差较大的缺点。BP神经网络具有良好的自学习、自适应和非线性映射能力,但通常训练速度较慢、易陷入局部极小值;遗传算法有很强的全局寻优能力,但其局部搜索能力不足。为充分发挥二者优点,本研究提出一种基于遗传神经网络的传感器非线性误差校正方法,并针对所设计的GMI传感器,设计了适合本系统的遗传神经网络,可通过Matlab软件实现。结果表明,经过训练的网络输出结果有序,网络的非线性映射性能良好,能精确反映该传感器系统的函数关系。该方法运算快速、精度高,对智能GMI传感器的设计具有一定工程应用价值。     

一种适用于地震监测的地声传感探头

为了研究地声信号能否作为一种可靠的地震前兆信号, 设计一种基于压电薄膜的地声传感探头, 用于地震监测。该探头支持0.1 Hz~7 kHz宽频段地声信号采集, 电压分辨率为19.073 μV, 幅值一致性误差小于5.5% (0.47 dB)。该探头通过盐雾试验、随机振动及包装跌落等6项可靠性测试, 并应用到包括川滇国家试验场的178个台站的地声监测中。现场观测表明, 震中周边的台站能够捕捉到地震前后的地声信号。     

Evaluation of cable tension sensors of FAST reflector from the perspective of EMI

The active reflector of FAST(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope) is supported by a ring beam and a cable-net structure,in which nodes are actively controlled to form series of real-time paraboloids.To ensure the security and stability of the supporting structure,tension must be monitored for some typical cables.Considering the stringent requirements in accuracy and longterm stability,magnetic flux sensor,vibrating wire strain gauge and fiber bragg grating strain gauge are screened for the cable tension monitoring of the supporting cable-net.Specifically,receivers of radio telescopes have strict restriction on electro magnetic interference(EMI) or radio frequency interference(RFI).These three types of sensors are evaluated from the view of EMI/RFI.Firstly,these fundamentals are theoretically analyzed.Secondly,typical sensor signals are collected in the time and analyzed in the frequency domain,which shows the characteristic in the frequency domain.Finally,typical sensors are tested in an anechoic chamber to get the EMI levels.Theoretical analysis shows that Fiber Bragg Grating strain gauge itself will not lead to EMI/RFI.According to GJB151 A,frequency domain analysis and test results show that for the vibrating wire strain gauge and magnetic flux sensor themselves,testable EMI/RFI levels are typically below the background noise of the anechoic chamber.FAST finally choses these three sensors as the monitoring sensors of its cable tension.The proposed study is also a reference to the monitoring equipment selection of other radio telescopes and large structures.     

基于ADuC845的稳恒磁场测量仪设计

针对磁场测量仪器电路复杂、携带不便等缺点,探讨了新型的稳恒磁场测量仪的设计方案.采用线性霍尔传感芯片SS495A1检测磁场信号,以单片机ADuc845为控制核心,完成磁场信号的程控放大、模数转换和数字滤波.经过实测,系统的稳定测量范围为-50mT至50mT,测量精度达0.1mT.     

轧机工作辊振动在线监测的新方法

根据轧机振动监测的技术要求和轧机工作辊高速回转、频繁变换位置的工作特性,选择振动位移为监测参量,提出一种位王跟踪、非接触式直接监测工作辊振动位移的新方法,对测点位王的布王等进行分析.根据涡流位移传感器,设计一种具有快速自动移位功能的传感器系统,并对传感器的位置控制和轧机工作辊的振动监测系统进行了研究.研究结果表明,用直接监测位移法直接测得的工作辊振动位移时,所用频率低于500 Hz,避免了轴承振动信号的干扰,无工频噪声,因而信噪比高;而在用测试工作辊轴承座加速度的传统方法获得的信号中,工频干扰等噪声很严重,几乎淹没了有用信号,无法客观提取其低频段的振动频谱特征.     

磁性研磨装置的磁路电路设计及研究

根据磁性研磨光整加工的工作原理，设计和制作了外圆表面磁性研磨的磁发生装置、通过试验，证明设计是成功的，能够满足磁性研磨光整加工的要求。     

磁环式检波器特性与系统研究

从研究磁电式检波器的特性出发，拓宽地震检波器的研究思路，研究了一种新型的磁环式地震检波器。对检波器特性矩阵、弹性件结构和系统的设计等方面进行了研究，特别是在磁路设计上采用辐向环式的永久磁钢，使其产生了一个均匀的磁场，取得了很好的效果。经过各项数据测试，使得检波器的灵敏度、失真度参数都有一定的提高，达到了设计要求，     

基于AETA的电磁扰动与地震的相关性分析

基于多分量地震监测预测系统(AETA)进行电磁扰动观测(EMD), 通过观测数据特征分析和异常识别判定, 并结合地震事件进行相关性分析。结果表明, AETA电磁扰动观测数据与已知的环境噪声和人文噪声特征不符。基于磁传感器原理和麦克斯韦方程组推导, 提出信号可能来自近地表的自由电荷变化和运动。以九寨沟Ms 7.0级地震和宜宾长宁Ms 6.0级地震为例, 发现AETA电磁扰动均值异常与地震具有前兆相关性。其中, 日周期特性的SRSS波和电磁扰动超低频成分的出现与周边地区或龙门山断裂带以及鲜水河断裂带的强震风险相关。通过讨论信号源产生的物理机理, 认为日周期特性的SRSS波可能与来自地幔的熔融物质中带电粒子溢出至地壳有关, 在地球自转和公转综合作用下, 在震源附近或相关区域会产生与日升日落同步的日周期波动。     

An integral heat flux sensor with high spatial and temporal resolutions

To measure heat flux on the sharp leading edge and other surface with very small curvature radius in the wind tunnel, Hong-Ru Yu proposed a novel design of inte- gral type heat flux sensor. Compared with the traditional heat flux sensor, the integral type heat flux sensor improved spatial resolution up to an order of magnitude, and the size of the sensing elements has been minimized to 0.1 mm successfully, which satisfied the heat flux measurement requirements at R0.5 mm pointed cone stagnation point. A constantan film was used as the contact layer of the integral heat flux sensor, which was prepared by electron beam coevaporation method. The influence of sensor structure on the accuracy of measurement was analyzed using numerical calculation. The measurement results in shock wave wind tunnel indicated that the response frequency was about 100 kHz and the repeatability error was less than 10 %.     

磁性液体水平传感器的实验研究

制备满足磁性液体水平传感器应用要求的磁性液体,以及设计合理可行的实验模型是进行磁性液体水平传感器研究的实验基础.通过自行制备煤油基磁性液体,用于自行设计的磁性液体水平传感器实验模型,分析并探讨磁性液体水平传感器用煤油基磁性液体的制备工艺,及磁性液体水平传感器实验模型设计参数的可行性.实验证明磁性液体的制备工艺完全适用于磁性液体水平传感器的研究,实验模型的参数设计是可行的,实验结果验证了建模的理论依据.     

利用交变磁场分离空心圆柱状金属熔体中非金属夹杂

对空心圆柱熔体中非金属夹杂的电磁分离过程进行了动力学分析，通过解析法计算得出了无量纲数r1/δ、磁感应强度Be、电磁力作用时间t和颗粒粒径d