基于TMR的磁导率EMT的传感器阵列设计

为实现对流化床中磁性催化剂颗粒分布的实时监测,对EMT技术应用于磁导率分布测量的可行性展开研究.常规EMT系统一般用于重建电导率分布,且采用线圈进行检测,存在检测灵敏度低、测量数据少的问题,为此采用灵敏度高、体积小的线性TMR传感器替代测量线圈,设计了新的TMR-线圈传感器阵列,对阵列中TMR传感器的敏感轴方向进行了优化,在此基础上选择多维公司TMR2905作为测量器件.结合仿真软件COMSOL Multiphysics和MATLAB,利用模拟扰动法建立了TMR-线圈传感器阵列的灵敏度矩阵.使用Landweber迭代算法求解逆问题,为保证重建图像质量并防止过迭代,设置相邻两次重建结果的剩余测量矢量的差值作为迭代停止条件,通过多次测试选定系统在低固含率和高固含率条件下的迭代阈值分别为0.001和0.050.在仿真和实验平台中针对4种不同的磁导率分布情况进行图形重建,结果表明仿真和实验的重建图像均可以正确反映磁导率在敏感场中的分布信息,验证了TMR-线圈传感器阵列用于测量流化床中磁性催化剂颗粒分布的可行性.为了进一步提高重建图像的质量,通过仿真研究了TMR传感器数量对EMT系统重建图像质量的影响:当TMR传感器从8个增加到16个后,重建图像与实际分布图像的相关系数在4种不同磁导率分布情况下较原来平均提高23.8%.     

用于测量曲面间隙的电涡流传感器线圈

采用电涡流传感器测量两曲面间的微小间隙时,为了使小外径的薄形曲面线圈满足线性测量范围及灵敏度的要求,采用简化目标函数的设计方法,在线圈电参数计算的基础上,结合线圈磁场的分布规律,对曲面线圈的性能加以分析和预测,实现探头线圈参数的优化设计。根据求解的结果,以线径为50μm的漆包线绕制外径为10mm的线圈进行了试验。结果表明:探头线圈满足测量范围及灵敏度的要求,且具有良好的线性度。     

新型方向性自差分涡流传感器的仿真设计与研究

传统涡流检测技术采用一个圆柱形的激励线圈来产生激励磁场,通过用检测线圈来收集扰动磁场,然而由于激励线圈引起的磁场要比缺陷引起的扰动磁场强很多,这种结构的传感器对缺陷的检测灵敏度低,需采用差分的方法来获取缺陷信息。提出了一种新型涡流传感器,其通过采用矩形激励线圈来改变激励磁场的空间分布,使得无需采用差分方法就可以获得缺陷信息。在对新型传感器进行原理分析的基础上,仿真分析了其与传统传感器探头缺陷检测灵敏度之间的差异。并对传感器尺寸和激励频率进行了优化设计,最后验证了该新型传感器对缺陷长度的定量检测能力。仿真结果表明,该新型传感器具有较高的检测灵敏度和缺陷定量精度,为以后单激励多检测阵列涡流传感器的研究奠定了基础。     

互扰对涡流阵列传感器裂纹检测性能影响

针对柔性涡流阵列传感器阵列单元之间的互扰问题,分别建立了涡流阵列单元和涡流阵列传感器的有限元模型,分析了互扰对涡流阵列传感器输出的影响以及互扰的来源,研究了互扰对涡流阵列传感器裂纹检测能力的影响.研究结果表明:互扰会导致阵列传感器输出信号幅值显著减小、相位出现偏移;涡流阵列传感器的互扰来源于阵列单元附近的激励线圈;互扰会对涡流阵列传感器的裂纹检测灵敏度产生一定影响,但若以跨阻抗幅值作为传感器的特征量,互扰对裂纹检测灵敏度的影响可以忽略,因此可以用阵列单元的分析结果来指导涡流阵列传感器的设计.     

电容层析成像系统三维电场分析及阵列电极优化

通过电磁场有限元软件ANSYS仿真,构建电容层析成像(ECT)系统敏感阵列电极三维模型,分析ECT敏感场的"软场"效应,推导计算灵敏度矩阵,并分析敏感阵列电极结构参数对ECT电场灵敏度的影响,进而优化阵列电极结构.实验结果表明,利用优化的阵列电极可获得较均匀的敏感场分布及较高的检测灵敏度,并重构出较满意的图像.     

基于平面线圈阵列传感器的铝板材料裂纹电涡流检测

设计并研制了一种采用平面PCB板工艺制作的线圈阵列式电涡流传感器,包括采用计算公式确定了平面圆形螺旋线圈的相关参数;采用ANSOFT有限元软件进行仿真,分析了试件裂纹缺陷处涡流场的分布状态;以非铁磁性材料铝板作为被测试件,对其上的预制裂纹进行检测,证明了这种平面线圈阵列传感器工作的有效性. 结果表明,这种平面线圈阵列式电涡流传感器能够有效检测铝板上的微小裂纹,且信号幅值等输出信号参数和裂纹的几何参数之间具有较好的相关性.      

基于分形理论的平面线圈激励涡流传感器

提出并设计了一种基于分形理论自相似结构的科赫雪花图形激励装置的涡流传感器,利用COMSOL多物理场仿真软件进行了计算分析,在此基础上搭建实验平台并进行了实验验证.结果表明,与采用经典的圆形线圈激励方式相比,以科赫雪花图形为激励装置的涡流传感器,能有效提高局部涡流能量密度,改善涡流分布形态,从而提高对微小裂纹缺陷检测的灵敏度.实验表明所研制的新型平面结构涡流传感器,可以制作用于柔性阵列传感器,并能为结构健康监测中提供监测数据.      

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.     

用于相含率测量的螺旋电磁传感器优化设计

通过激励线圈和检测线圈,电磁传感器可以对被测物内部的电磁特性进行测量.为此,提出了一种用于相含率测量的新型电磁传感器——螺旋电磁传感器,进一步采用场量提取法推算了180°和360°螺旋线圈的灵敏度矩阵,并基于灵敏度分析对这2种传感器结构进行了优化设计,得到了优化参数的选取范围和规律.改进的螺旋电磁传感器具有更均匀、更灵敏的特性.同时,硬件实验表明,螺旋电磁传感器检测的电学敏感指标能够很好地反映被测物场的相含率,通过传感器的互感相角相对变化率与相含率的相关曲线,可以验证螺旋电磁传感器在相含率测量中的可行性和准确性.     

奇异系统基于状态观测器的鲁棒故障诊断残差产生器设计的LMI方法

研究了受不确定性扰动影响下奇异系统的鲁棒故障诊断滤波器设计问题.从系统的L₂增益角度出发,将奇异系统基于状态观测器的鲁棒故障诊断滤波器设计问题归结为H_∞优化问题,通过选择适当的加权矩阵和观测器系数矩阵求解H_∞优化问题,即其最优解能最大化残差对故障信号的灵敏度且能够确保残差对不确定性扰动的鲁棒性. 应用线性矩阵不等式技术,给出并证明了该设计问题解的存在条件和求解方法.     

电磁层析成像技术中的图像重建算法

电磁层析成像技术(electromagnetic tomography,EM T)是基于电磁感应原理的过程检测技术,包括正问题和逆问题.首先,基于传统的"O"型传感器阵列模型,通过有限元剖分法来解决正问题以获得灵敏度矩阵和检测值;然后根据检测值来重构物场内部的结构即EMT技术的逆问题.由于重建算法的选择对重建图像的影响...     

电阻层析成像系统阵列电极宽度优化

在电阻层析成像技术中,其他条件相同的情况下,不同宽度阵列电极对应的灵敏度矩阵不同.为了提高算法反演精度,以敏感场均匀分布时灵敏度矩阵条件数的倒数为适应度函数,在优化有限元模型拓扑结构的同时,利用改进粒子群算法优化电阻层析成像系统阵列电极宽度,并将优化结果应用于改进牛顿-拉夫逊算法.仿真实验结果表明,相比其他两种不同宽度阵列电极与拓扑结构的有限元模型,优化结果对应的灵敏度矩阵条件数分别降低了36.444,3%,和24.345,6%,,有效改善了灵敏度矩阵的病态性,从而提高了算法反演精度.     

设计参数对行星齿轮传动系统模态能量灵敏度的影响

基于矩阵摄动方法研究了设计参数对行星齿轮传动系统模态能量的灵敏度.此处所计及的设计参数包括太阳轮与行星轮、内齿圈与行星轮的啮合刚度、行星轮的支承刚度以及各构件的转动惯量.系统模态能量与系统的振动强度密切相关,高的模态能量预示着当系统受到来自齿轮啮合动载荷激励时将发生较大的振动.采用集中参数法建立了行星齿轮传动系统的动力学模型,并采用矩阵摄动方法对模态能量特征灵敏度问题进行了推导和求解.结合具体实例,分析了各设计参数对系统模态能量的灵敏度,并通过实验验证了一些设计参数选择对系统振动强度的影响.实验结论与理论分析相吻合,在一定程度上验证了设计过程中采用模态能量灵敏度分析法预估参数选择对系统振动强度的影响是可行了.     

压电结构作动/传感器配置优化

提出了一种压电结构中作动／传感器优化配置的新方法．首先用有限元方法建立结构的动力学方程，并用模态方法进行降阶，然后通过Lyapunov方程分别求解扰动输入和作动器输入的能控性Grammian矩阵，通过使作动器输入的能控性矩阵向量在扰动能控性矩阵上投影长度的平方和最大值得到压电作动器的最优位置，同样的思想用于确定传感器的最优位置。     

触觉传感阵列信号的信息融合处理

在智能机器人服装中,压力传感器阵列输出性能易受环境温度、电压扰动等非目标参量因素的影响,其间存在的交叉干扰常导致测量精度显著降低。针对上述问题,提出了一种新的用于测量分布压力的压电传感阵列及其信号处理的方法。设计了传感信号的处理流程;析取并有效地处理了置信距离矩阵和关系矩阵融合中的有用数据;提出了用概率最大值法和极大似然法对多传感器信息作有效融合处理的方法。实验结果表明,该方法可消除温度对压力传感器的影响,减小了单个传感器不确定性的误差影响,提高了压力分布测量数据的稳定性和测量精度,可显著改进压力图像重构精度。     

Rogowski电流传感器及其在电阻焊数据采集中的应用

Rogowski线圈电流传感器由均匀密绕的挠性空心线圈和积分器构成,由于其原理和结构特点,特别适合于电阻焊次级电流的测量.讨论了Rogowski线圈工作原理、积分器设计及误差、传感器电路模型和灵敏度的频率响应,设计了用于电阻焊测量的电流传感器,据此研制出ADuC812单片机为核心的电阻焊数据采集系统,并进行了低碳钢板搭接点焊试验和电压电流等信号的采集.初步分析认为,焊接电压、电流信号及接头动态电阻、输入功率与熔核形态密切相关,可用于电阻点焊接头质量的在线监控.     

一种新型电涡流传感器的理论分析

为提高普通电涡流传感器的灵敏度和增大检测距离,对一种新型电涡流传感器从理论上进行了分析.文中列出了重叠双线圈和同轴三线圈两种电涡流传感器的结构,并利用电磁场相关理论对同轴三线圈电涡流传感器及其设计进行了较详细地分析,并给出了测量电路单元.通过与普通电涡流传感器线圈进行仿真比较,得出了该结构电涡流传感器在长距离测量时的优缺点.     

基于灵敏度指标的Stewart型六维力传感器结构参数设计

基于对六维力传感器系统中影响灵敏度性能的因素的分析,在传感器静态数学模型中应用并联机器人机构学理论,对Stewart型六维力传感器的灵敏度指标进行分析并推导出解析解.引入力(力矩)灵敏度影响因子的概念,研究了力(力矩)灵敏度影响因子影响灵敏度指标的规律;基于空间模型理论采用无量纲参数绘制了该型传感器的力(力矩)灵敏度指标二维性能图谱,提供了一种并联结构六维力传感器结构参数优化设计方法.     

电站水冷壁热疲劳裂纹的阵列涡流检测方法研究

利用阵列涡流检测技术,研制采用双通道四线圈曲面阵列涡流探头,利用电火花刻槽技术制作对比试块以确定涡流检测灵敏度,对水冷壁热疲劳裂纹进行在役检测,结果表明,该方法可以在不用打磨水冷壁管的前提下,完成水冷壁管子热疲劳裂纹的在役检测。     

适于消谐模型求解的矩阵乘法器设计与实现

在求解逆变器消谐PWM模型的迭代运算中，需要进行大量的矩阵乘法运算。为了提高运算速度，笔者在论述矩阵运算并行算法的基础上，提出了基于二维正方形心动阵列结构的矩阵乘法器，并研究了二维方阵结构的矩阵乘法器的FPGA硬件实现方法，比较了单处理机乘法器和二维方阵结构的矩阵乘法器的运算速度及所需器件资源，结果表明采用二维正方形心动阵列实现的矩阵乘法器，具有高度并行性和流水线性特点，可使阵列中负载均匀，延时缩短，有利集成度提高，是实现消谐模型求解过程中矩阵乘法运算的较好算法。