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基于聚焦磁场原理的扭振测量方法研究

基于聚焦磁场原理的扭振测量方法研究

作者：邱枫东北林业大学

学位级别：硕士

旋转机械作为动力工程重要的一部分被广泛的应用在机械、交通、化工,能源等诸多领域当中。其中旋转机械轴系的扭振从很大程度上体现了旋转机械运行的安全程度,扭振不同于线振动,其发生在轴系的旋转方向上,不易被检测、识别。扭振的存在... 详细信息

旋转机械作为动力工程重要的一部分被广泛的应用在机械、交通、化工,能源等诸多领域当中。其中旋转机械轴系的扭振从很大程度上体现了旋转机械运行的安全程度,扭振不同于线振动,其发生在轴系的旋转方向上,不易被检测、识别。扭振的存在可能会引起轴系的疲劳损伤,严重时会使轴系产生裂纹甚至断裂。因此研究扭振的测量方法对提高旋转机械运行的安全性和稳定性有着重要的作用与意义。在综合归纳各种轴系扭振测量方法及发展现状、总结这些方法的优缺点的基础上,本文提出一种基于聚焦磁场的扭振测量方法:设计一种激励组件结构,通直流电后可以产生聚焦磁场。将FPC接收线圈粘贴于被测轴上,被测轴旋转时,根据法拉第电磁感应原理FPC接收线圈上产生扭振电压信号,经过信号调理器对电压信号放大、整形,再通过高频计数器和上位机对扭振电压信号进行分析,最终得到扭振信息。全文开展工作如下:阐述扭振基本理论,对基于聚焦磁场技术的测量原理、误差补偿、适用范围进行分析。进行磁聚焦激励组件结构设计。根据电磁场基本理论,提出阵列线圈、加入导磁体和屏蔽罩三类方案并设计了六种激励组件结构,并用COMSOL Multiphysics软件对这6中结构的激励线圈组件进行磁感应分布强度仿真,通过对比各仿真结果得到磁聚焦最优的结构方案。进行FPC接收线圈结构的设计,提出一种矩形螺旋线圈串联结构,通过理论计算和对接收电压信号的仿真,发现此种结构线圈产生的接收电压信号是普通矩形线圈串联结构的4.67倍。进行硬件测量电路设计。设计基于STM32单片机的可调放大电路,通过单片机的控制实现对输入电压信号2～20000倍之间任意倍数的放大,最终得到电压信号大小在1～5V之间,并运用LM311比较器设计伏频转换器,对放大后的电压信号进行整幅得到高低电平信号（高电平3.3V,低电平0V）。对高频计数器卡进行选型和功能介绍。进行激励组件聚焦磁场验证实验。构建扭振测量系统,该系统包括扭振实验台和基于Labview的软件测量平台两部分。简化实验轴系模型,对其进行Ansys有限元模态仿真,得到各阶振动频率。完成对扭振测量方法的准确性验证实验、多转速的轴系扭振测量试验等,对测量得到的扭振幅频特性图进行分析,最终得到试验轴系的一阶固有频率。并将实验所得固有频率结果与Ansys模态仿真结果进行对比,验证实验准确性。

关键词：扭振测量方法聚焦磁场旋转机械激励组件 FPC接收线圈

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半球型线圈阵列聚焦磁场计算与性能优化

东南大学学报（自然科学版） 2020年第4期50卷 689-697页

作者：付兴贺付相达孙剑飞陈武东南大学电气工程学院南京210096 东南大学生物科学与医学工程学院南京210096

为提高聚磁装置的电磁性能,提升经颅刺激、肿瘤治疗等领域的医疗效果,提出一种半球型线圈阵列结构及优化设计方法.根据电磁场理论建立了聚焦磁场解析计算模型,利用电磁场数值计算方法计算聚焦磁场,验证了解析模型的正确性,揭示了聚焦磁... 详细信息

为提高聚磁装置的电磁性能,提升经颅刺激、肿瘤治疗等领域的医疗效果,提出一种半球型线圈阵列结构及优化设计方法.根据电磁场理论建立了聚焦磁场解析计算模型,利用电磁场数值计算方法计算聚焦磁场,验证了解析模型的正确性,揭示了聚焦磁场的分布规律,给出了主要结构参数的灵敏度评价.根据优化目标和约束条件,利用解析模型和智能优化算法(NSGA-Ⅱ)对聚磁线圈阵列开展优化设计,得到满足热性能和聚磁性能等指标的设计结果.建立了聚磁线圈阵列原理样机并开展实验研究.优化计算结果、有限元计算结果及实验结果对比表明:聚焦磁场解析计算模型的计算误差约2%~3%,半球型线圈阵列布置合理,聚焦磁场满足范围、梯度以及幅值要求,采用NSGA-Ⅱ优化设计有效提高了线圈阵列的聚磁性能.

关键词：聚焦磁场聚磁线圈阵列解析计算遗传算法优化设计

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高功率速调管聚焦磁场设计研究(英文)

强激光与粒子束 2006年第8期18卷 1337-1340页

作者：周祖圣田双敏董东中国科学院高能物理研究所

国产45 MW速调管是在原国产30 MW HK-1型速调管的基础上改进和发展起来的,其聚焦磁场设计也是参照30 MW速调管聚焦磁场设计并在其基础上加工改造完成。为此必须对旧聚焦系统进行改造,设计出符合需要的磁场分布,以满足45 MW速调管工作的... 详细信息

国产45 MW速调管是在原国产30 MW HK-1型速调管的基础上改进和发展起来的,其聚焦磁场设计也是参照30 MW速调管聚焦磁场设计并在其基础上加工改造完成。为此必须对旧聚焦系统进行改造,设计出符合需要的磁场分布,以满足45 MW速调管工作的需要。首先从理论上找出速调管工作时的理想磁场值,根据该磁场分布设计出相应的线圈结构;其次根据45 MW速调管的结构尺寸,对30 MW速调管的线圈支架进行改造,利用旧线圈和新支架组成新的聚焦系统;最后,根据理论模拟和测试结果,调整和优化各组线圈的电流值,给出速调管工作时的各组聚焦电源运行参考值。叙述了新聚焦线圈的理论设计和测试分析,包括新线圈支架的设计、水冷系统与线圈的结构安排和整体的测试结果,最后根据速调管高功率测试运行状态给出速调管工作时的聚焦线圈电流的参考值。

关键词：高功率速调管分析测试聚焦磁场

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“神龙一号”加速器聚焦磁场准直

强激光与粒子束 2002年第4期14卷 621-624页

作者：章文卫潘海峰李洪刘云龙章林文中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

“神龙一号”是一台正在建造中的脉冲强流加速器。这台加速器的主体由 72个直线感应加速腔和 18个用于测试和真空泵接口的多功能腔组成。为获得高品质的电子束流 ,减小发射度的增加 ,抑制corkscrew的增长 ,聚焦磁场的磁轴准直精度要求... 详细信息

“神龙一号”是一台正在建造中的脉冲强流加速器。这台加速器的主体由 72个直线感应加速腔和 18个用于测试和真空泵接口的多功能腔组成。为获得高品质的电子束流 ,减小发射度的增加 ,抑制corkscrew的增长 ,聚焦磁场的磁轴准直精度要求很高。在使用激光跟踪仪对机械轴进行准直的前提下 ,脉冲悬丝技术被应用于准直加速段聚焦磁场 ,并在磁轴准直测试的同时对磁场固有倾斜偏差 (tilt)进行初步校正。介绍和讨论了测试方法 ,测试精度以及测试结果。

关键词： “神龙一号”加速器聚焦磁场磁场准直机械轴脉冲悬丝法脉冲强流电子束加速器

G波段行波管的聚焦磁场幅度及周期对电子注动态散焦的影响分析

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真空电子技术 2023年第4期 1-7,20页

作者：宋博文边兴旺潘攀中国电子科技集团公司第十二研究所微波电真空器件国家级重点实验室北京100015

针对电子注动态散焦问题,采用三维大信号模拟软件MTSS,结合注-波互作用过程中粒子状态分布,从幅值及周期对实际使用的聚焦磁场进行了优化分析。模拟表明,在适当的位置采用渐变增强幅值磁场,可以明显调节互作用电路末端电子注波动,显著... 详细信息

针对电子注动态散焦问题,采用三维大信号模拟软件MTSS,结合注-波互作用过程中粒子状态分布,从幅值及周期对实际使用的聚焦磁场进行了优化分析。模拟表明,在适当的位置采用渐变增强幅值磁场,可以明显调节互作用电路末端电子注波动,显著减少截获电流,从而解决电子注动态散焦问题。选取合适的磁周期对电子注动态散焦的抑制也有一定效果。综合以上分析,在G波段大功率脉冲行波管研制中,采用渐变加强的合适周期的永磁聚焦场,改善电子注的动态散焦问题。

关键词： G波段行波管聚焦磁场动态散焦

基于聚焦磁场的汽车传动轴扭矩传感器激励线圈的研究

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基于聚焦磁场的汽车传动轴扭矩传感器激励线圈的研究

作者：于东洋东北林业大学

学位级别：硕士

车辆传动系统是车辆的动力传动系统,它保证车辆在各种行驶条件下具有必要的牵引力和速度,保证牵引力和速度的协调变化,使车辆具有良好的动力性能和燃油经济性。传动轴作为它的重要组成部分,工作时易受扭矩作用,振动较大,工作环境十分恶... 详细信息

车辆传动系统是车辆的动力传动系统,它保证车辆在各种行驶条件下具有必要的牵引力和速度,保证牵引力和速度的协调变化,使车辆具有良好的动力性能和燃油经济性。传动轴作为它的重要组成部分,工作时易受扭矩作用,振动较大,工作环境十分恶劣,易发生变形、断裂等现象。扭矩作为一种评价传动系统性能的指标,对系统的稳定运行具有重要意义。能够实现较低成本实现高精度、灵敏度、反应速度和抗干扰能力强的扭矩传感器研究具有广阔的前景。论文首先针对传动轴工作环境恶劣等问题,提出扭矩测量的重要意义,在此基础上结合现阶段国内外扭矩测量发展现状与磁聚焦技术在其他测量领域的应用,从而引出本文研究主要内容,应用于扭矩测量领域的磁聚焦线圈研究。本文通过分析法拉第电磁感应定律和定律在小曲面上的应用,结合安培环路定则,分析系统磁路与闭合磁路的欧姆定律,通过毕奥-萨伐尔定律确定接收处磁场强度,分析了聚焦磁场形成的原理,确定空间接收区域的磁场强度,通过线圈的叠加布置实现磁场的聚焦化,并对生成磁场的聚焦提出优化方案。通过扭转角测量扭矩的原理,分析系统的等效电路,通过改变激励线圈的物理结构模型实现磁场的聚焦化,确定线圈结构,通过FPC技术实现线圈的布置,确定整体传感器结构。通过Maxwell对整体激励线圈模型进行仿真分析,改变激励信号与传动轴转速比较不同线圈结构的输入和输出两端的电动势时间差,通过激励与转子之间的漏磁现象,分析影响漏磁的因素。搭建实验台进行扭转角的测量实验,通过多元线性回归方程对试验系统的标定,减弱实际相位差、激励信号频率对测量系统的影响,使用标定后的测量系统重复实验,证实扭矩测量系统原理的可行性。论文希望通过对基于聚焦磁场的扭矩测量方法的研究,能引起其他研究学者的注意,为聚焦磁场的扭矩传感器研究提供依据与基础。

关键词：汽车传动轴聚焦磁场扭矩测量激励线圈

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一种基于聚焦磁场改变的束晕-混沌控制研究

广西物理 2004年第1期25卷 1-5页

作者：黄国现白龙罗晓曙翁甲强广西师范大学物理与信息工程学院广西桂林541004

采用了加速器中周期性磁场聚焦强度形式为与实际相近的正弦函数形式 ,运用多粒子模拟程序 (PIC)进行模拟研究 ,用小波函数控制方法实现了束晕 -混沌有效控制。

关键词：束晕-混沌聚焦磁场小波函数

0.22THz微电真空折叠波导行波管的聚焦磁场研究

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太赫兹科学与电子信息学报 2013年第4期11卷 522-526页

作者：张芳董志伟北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院太赫兹研究中心四川绵阳621999

在0.22 THz微电真空折叠波导行波管放大器(FWG-TWT)的设计中,为了保证在电子枪中产生的、具有所需电流密度的电子注能够稳定、成型地注入互作用区,并维持较高的电子通过率,需仔细设计磁场聚焦系统。本文在FWG-TWT中使用螺线管线圈和周... 详细信息

在0.22 THz微电真空折叠波导行波管放大器(FWG-TWT)的设计中,为了保证在电子枪中产生的、具有所需电流密度的电子注能够稳定、成型地注入互作用区,并维持较高的电子通过率,需仔细设计磁场聚焦系统。本文在FWG-TWT中使用螺线管线圈和周期永磁聚焦系统(PPM)2种磁场结构来实现电子束流的稳定注入和传输。通过三维仿真软件对此电子光学系统进行模拟计算,重点考察了磁场的初始位置、磁感应强度峰值以及磁体厚度等对电子束传输特性的影响。仿真结果表明,在合理的参数范围内,电子注静态通过率可以接近100%,波动很小,能够实现束流的稳定注入和传输。

关键词：太赫兹 0 22 THz 折叠波导行波管聚焦磁场

针对高效率行波管动态散焦问题的聚焦磁场设计与优化

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针对高效率行波管动态散焦问题的聚焦磁场设计与优化