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城市浅层地下空间结构小回线瞬变电磁RDI-SA高分辨反演成像方法

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防护工程 2024年第1期46卷 54-61页

作者：刘又嘉卞雷祥徐展胡杰何勇王明洋南京理工大学陆军工程大学

小回线瞬变电磁探测系统关断时间短、发射线圈面积小，有对地探测盲区小、横向分辨率高等优点。城市浅层地下空间结构相对于自然资源勘探对象具有尺度小、形状多变、物性参数与背景参数差异大等特点，反演计算时求解空间范围大，多解性... 详细信息

小回线瞬变电磁探测系统关断时间短、发射线圈面积小，有对地探测盲区小、横向分辨率高等优点。城市浅层地下空间结构相对于自然资源勘探对象具有尺度小、形状多变、物性参数与背景参数差异大等特点，反演计算时求解空间范围大，多解性和收敛性问题突出。提出一种视电阻率深度成像(resistivity depth imaging, RDI)-模拟退火(simulated annealing, SA)联合反演方法，利用瞬变电磁数据进行视电阻率深度成像，根据成像结果限定待求解模型参数的范围，指导模拟退火算法初始状态的确定，并构成参数更新过程的上下边界，对SA反演过程进行改进与优化。选取浅埋市政交通隧道和人防洞室2种典型的城市地下空间结构，利用自研小回线瞬变电磁探测系统开展实例探测分析，结果表明：上述RDI-SA反演成像方法能够准确还原地下结构空间特征。

关键词：小回线瞬变电磁视电阻率深度成像 SA优化算法参数反演成像

小回线大电感负载快关断高重频功率放大器设计

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自动化与仪器仪表 2024年第3期 12-17页

作者：徐晨磊秦涛涛卞雷祥何勇王冲徐展胡杰南京理工大学机械工程学院南京210094 南京理工大学瞬态物理国家重点实验室南京210094

针对瞬变电磁法探测中,功率放大器负载大电感线圈面临关断时间长、充电-放电频率低的问题,本文开展小回线大电感负载瞬变电磁发射系统快速关断与快速充放电技术研究。利用大功率TVS串联的无源恒压钳位技术降低关断时间、同时采用阻尼吸... 详细信息

针对瞬变电磁法探测中,功率放大器负载大电感线圈面临关断时间长、充电-放电频率低的问题,本文开展小回线大电感负载瞬变电磁发射系统快速关断与快速充放电技术研究。利用大功率TVS串联的无源恒压钳位技术降低关断时间、同时采用阻尼吸收电阻减小关断振荡,设计了大功率恒压快速充电模式,推导了关断时间与TVS管个数的关系,关断时间随TVS管个数增加而缩短。仿真与实验测试结果表明:对于575μH负载电感,输出峰值电流230 A、2 ms脉冲时的充电时间为72 ms,9个TVS管时关断时间为152μs。为瞬变电磁探测系统减小探测盲区、多脉冲积累提高探测能力奠定了基础。

关键词：瞬变电磁探测关断电路大功率快速关断无源钳位小回线

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压电执行器与应变计复合的电压传感器

电子测量与仪器学报 2023年第2期37卷 244-250页

作者：黄子军卞雷祥南京理工大学机械工程学院南京210094

将压电陶瓷执行器与悬臂梁式应变传感器通过纵-弯转换机械结构复合,设计了一种“电压-力-应变”转换的新型电压传感器。压电陶瓷执行器与弹性悬臂梁结构“T形”连接构成纵-弯转换结构,将压电执行器在电压作用下产生的纵向应力/应变转换... 详细信息

将压电陶瓷执行器与悬臂梁式应变传感器通过纵-弯转换机械结构复合,设计了一种“电压-力-应变”转换的新型电压传感器。压电陶瓷执行器与弹性悬臂梁结构“T形”连接构成纵-弯转换结构,将压电执行器在电压作用下产生的纵向应力/应变转换为悬臂梁的弯曲应力/应变,实现应力/应变的纵向-弯曲转换。布置在弹性悬臂梁结构上下两侧的4个电阻应变片组成惠斯通电桥电路,实现对悬臂梁弯曲应力/应变的测量。高电压强电侧和力敏感的弱电侧之间的机械转换设计,保证了高度电气隔离。建立了传感器“电压-力-应变”转换物理模型并通过有限元仿真进行了验证。制备了传感器样机,测试结果表明,量程0~5000 V,灵敏度为0.01μV/V,非线性误差1.83%,分辨率30 V。

关键词：高电压传感器压电执行器悬臂梁电气隔离

退磁场对磁致伸缩应力耦合谐振磁传感器灵敏度的影响研究

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传感技术学报 2022年第8期35卷 1026-1032页

作者：张闯卞雷祥石昱黄子军南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

将磁致伸缩材料与石英音叉谐振器复合的谐振式磁传感器具有高灵敏度、高分辨率、高Q值等优良性能。然而,磁性敏感材料的退磁场效应导致磁传感器的灵敏度随敏感材料的尺寸而变化。采用退磁因子计算经验公式与Maxwell电磁仿真相结合,分析... 详细信息

将磁致伸缩材料与石英音叉谐振器复合的谐振式磁传感器具有高灵敏度、高分辨率、高Q值等优良性能。然而,磁性敏感材料的退磁场效应导致磁传感器的灵敏度随敏感材料的尺寸而变化。采用退磁因子计算经验公式与Maxwell电磁仿真相结合,分析了相同截面积、不同长度铁镓(FeGa)磁致伸缩合金的退磁因子,并将退磁因子代入非线性磁致伸缩模型,分析并预测了退磁场对FeGa合金磁致伸缩性能和FeGa/石英音叉谐振器复合谐振式磁场传感器灵敏度的影响。采用10.6 mm、20 mm和30 mm三种不同长度FeGa合金与石英音叉谐振器复合,制备器件实验表明:退磁因子和传感器灵敏度随FeGa合金长度增加而分别减小和增加,最优偏置点的灵敏度分别为3.7 Hz/Oe,5.8 Hz/Oe和9 Hz/Oe,实验结果和理论分析结果较为吻合。

关键词：谐振式磁传感器退磁场石英音叉谐振器磁致伸缩合金

磁致伸缩/压电叠层复合材料磁-机-电耦合系数分析

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物理学报 2009年第6期58卷 4205-4213页

作者：卞雷祥文玉梅李平重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044

分析和推导了磁致伸缩/压电叠层复合材料的机-电耦合系数、磁-机耦合系数及磁-电耦合系数与磁致伸缩层和压电层性能参数及几何参数之间的关系.进一步分析表明,叠层复合材料低频时的磁电电压系数正比于磁-电耦合系数,谐振时的磁电电压系... 详细信息

分析和推导了磁致伸缩/压电叠层复合材料的机-电耦合系数、磁-机耦合系数及磁-电耦合系数与磁致伸缩层和压电层性能参数及几何参数之间的关系.进一步分析表明,叠层复合材料低频时的磁电电压系数正比于磁-电耦合系数,谐振时的磁电电压系数正比于磁-电耦合系数与机械品质因素的乘积;磁电电压系数还与复合结构的本征阻抗有关,本征阻抗越大磁电电压系数越大.通过性能差异较大的Terfenol-D和FeNi基弹性合金分别与压电材料PZT5-H和PZT8相互组合构成复合材料的比较分析,进一步阐明了磁电复合材料磁-电耦合系数和机械品质因素在磁电转换中的作用及其物理意义.制备了Terfenol-D/PZT5-H和FeNi基弹性合金/PZT8叠层复合材料样品进行实验,理论分析能够较好的解释实验结果.

关键词：磁电效应磁-机-电耦合系数磁致伸缩材料压电材料

基于一发多收线圈阵列的频域电磁法未爆弹探测技术

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电子测量与仪器学报 2023年第5期37卷 79-87页

作者：陆子渊何勇卞雷祥姬晓婷胡杰徐展戎晓力南京理工大学机械工程学院南京210094

为了实现未爆弹目标的高效探测及定位,开发了一种小回线激励-阵列式线圈接收的主动电磁探测系统。采用偏心结构的收发线圈配置,实现了一次场的对消。通过接收线圈阵列排布,有效地提高了系统探测效率。提出了一种基于阵列线圈响应差分比... 详细信息

为了实现未爆弹目标的高效探测及定位,开发了一种小回线激励-阵列式线圈接收的主动电磁探测系统。采用偏心结构的收发线圈配置,实现了一次场的对消。通过接收线圈阵列排布,有效地提高了系统探测效率。提出了一种基于阵列线圈响应差分比较的未爆弹目标水平位置定位方法,并实验验证了可行性。研究结果表明,探测系统对于典型环状金属柱体的探测深度达到1 m,定位方法的计算值与真值误差在3.76 cm,实现了对未爆弹目标的准确探测和定位。

关键词：电磁感应接收线圈阵列偏心结构未爆弹

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非线性宽频振动能量采集技术的研究进展

中国科学：技术科学 2016年第8期46卷 791-807页

作者：代显智张章刘小亚卞雷祥西华师范大学电子信息工程学院南充637009 西华师范大学物理与空间科学学院南充637009 南京理工大学机械工程学院南京210094

环境中的振动大都不是单一频率的振动,其频率成分分布在一个较宽的频带内.为了充分采集环境中的振动能量,实现无线传感器的自供电,要求振动能量采集器具有宽频振动采集性能.非线性振动法是目前研究最多的一种方法,利用非线性振动法可较... 详细信息

环境中的振动大都不是单一频率的振动,其频率成分分布在一个较宽的频带内.为了充分采集环境中的振动能量,实现无线传感器的自供电,要求振动能量采集器具有宽频振动采集性能.非线性振动法是目前研究最多的一种方法,利用非线性振动法可较容易地实现宽频振动能量采集,且能获得较好的能量采集性能.本文阐述了非线性宽频振动能量采集器的工作原理、机电耦合理论,根据不同的类型介绍了宽频振动能量采集器的最新研究进展,总结了不同类型的优缺点,并对非线性宽频振动能量采集器的发展趋势进行了展望.

关键词：自供电振动能量采集宽频非线性

磁致伸缩材料磁弹性内耗的场依赖特性及其用于磁场传感研究

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物理学报 2010年第2期59卷 883-892页

作者：卞雷祥文玉梅李平重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044

分析和测试了磁致伸缩材料磁弹性内耗的偏置磁场依赖特性,发现Terfenol-D的品质因数(与内耗的量值成反比)强依赖于偏置磁场.利用磁致伸缩材料磁弹性内耗强依赖于偏置磁场的特性,提出了一种静态和准静态磁场的磁传感器方法,即将磁致伸缩... 详细信息

分析和测试了磁致伸缩材料磁弹性内耗的偏置磁场依赖特性,发现Terfenol-D的品质因数(与内耗的量值成反比)强依赖于偏置磁场.利用磁致伸缩材料磁弹性内耗强依赖于偏置磁场的特性,提出了一种静态和准静态磁场的磁传感器方法,即将磁致伸缩材料与压电变压器单元层叠构建一种复合变压器.分析表明:在谐振状态下,复合变压器的输出电压正比于其品质因数,于是复合变压器的输出电压强依赖于偏置磁场;磁致伸缩材料的ΔE效应对复合变压器输出电压的影响很小.制备Terfenol-D/PZT8复合变压器进行了实验,结果表明,在近谐振状态下,当激励输入电压振幅为0.5V时,复合变压器工作的输出电压对静态磁场的灵敏度达到～5.12mV.Oe-1.

关键词：磁传感磁弹性内耗压电变压器磁致伸缩材料

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瞬变/谐变一体化的大地电磁收发线圈设计

电子测量与仪器学报 2023年第5期37卷 98-107页

作者：吴文刚卞雷祥何勇陆子渊刘又嘉胡杰徐展戎晓力南京理工大学机械工程学院南京210094

采用瞬变电磁法和谐变电磁法仪器观测地下空间数据并进行融合处理,能够提高探测成像能力,然而现有的瞬变电磁法和谐变电磁法仪器独立成套,必须配置多套仪器分次采集。设计了一种可满足瞬变/谐变两种模式使用的小型、大带宽、高灵敏度大... 详细信息

采用瞬变电磁法和谐变电磁法仪器观测地下空间数据并进行融合处理,能够提高探测成像能力,然而现有的瞬变电磁法和谐变电磁法仪器独立成套,必须配置多套仪器分次采集。设计了一种可满足瞬变/谐变两种模式使用的小型、大带宽、高灵敏度大地电磁收发线圈,为便携、浅层高分辨的瞬变/谐变一体化电磁探测系统开发奠定基础。首先,建立了空心线圈传感器等效电路模型,分析了线圈传感器的灵敏度和噪声特性,制作的传感器经过测试表明,在1125 Hz处,灵敏度为23.12 mV/nT,等效磁噪声9.27 pT/√Hz,传感器带宽1 Hz~100 kHz;然后,通过公式和有限元软件对传感线圈偏心放置时收发耦合进行了计算,确定了收发线圈组合的最佳耦合位置,计算和仿真结果与实际位置分别相差0.21%和0.17%,有效对消了发射磁场(一次场)。构建了时间域和频率域电磁法探测系统,测试表明,设计的瞬变/谐变一体化收发线圈能够满足时间域和频率域电磁法两种探测模式使用。

关键词：瞬变电磁法谐变电磁法空心线圈传感器宽频带弱耦合