一、基于灵敏度的电磁结构形状优化方法研究(论文文献综述)
霍继伟[1](2021)在《高速电磁层析成像关键技术研究及应用》文中研究说明电磁层析成像技术作为上世纪90年代发展起来的一种基于电磁感应原理的过程层析成像技术,具有非侵入、非接触、无辐射、低成本、快速等特点,在生物医学、无损检测、多相流监测等领域得到了广泛研究。随着各应用领域生产效率的不断提升,工业现场对电磁层析成像系统的实时性提出了更高要求。轨道交通运输具有清洁、节能、高效、环保、运量大等特点,在我国的国民经济快速发展和现代化建设中占有重要地位。钢轨作为铁路轨道系统的重要组成部分,其服役状态的监控对铁路的运输安全具有重要意义。随着近年来我国铁路运营里程、速度、效率的提升,对钢轨损伤的高速、在线、准确、可视化检测有了更高标准。论文研究内容从解调算法和图像重建算法两个方面出发,对提高电磁层析成像系统的效率进行了深入研究。对电磁层析成像解调技术及图像重建技术在钢轨探伤中应用的可行性和有效性进行了研究。论文主要工作包括:(1).研究了基于FPGA的双滤波器结构解调算法。给出算法的数学推导,分析算法的解调性能及抗噪声性能,通过MATLAB仿真验证。搭建基于FPGA的解调实验系统,对算法实验验证。实验、仿真及理论分析表明,该算法可大幅提高EMT系统在数据重用条件下的解调效率,具有一定的抗噪声性能。(2).实验验证电磁检测方法在不同检测速度条件下钢轨探伤的有效性。给出基于电磁感应原理、电磁层析成像解调算法和现场可编程门阵列的钢轨探伤系统的实现方法,以满足高速钢轨探伤的实时性、快速性要求。钢轨损伤检测实验结果表明,方法在手动检测、20 km/h、60 km/h、120 km/h、180 km/h、240 km/h条件下均具有较好检测效果。(3).研究了基于灵敏度矩阵降维的快速图像重建算法。算法首先通过矩阵变换降低灵敏度矩阵维度;然后采用传统图像重建算法重建媒质分布。仿真与实验结果表明,算法可在有限降低重建图像质量的基础上,降低重建图像计算量。(4).研究了优化Landweber快速图像重建算法。算法首先对灵敏度矩阵作降维映射,减少每次迭代的计算量;然后优化降维灵敏度矩阵,提高图像重建质量。最后用Landweber迭代算法和优化后的降维灵敏度矩阵重建图像。仿真实验结果表明,算法可有效提高Landweber迭代算法重建图像质量,降低Landweber迭代算法图像重建计算量。(5).给出平面电磁层析成像钢轨探伤方法。根据75kg/m重载钢轨的几何参数及线圈的电磁特性,设计平面传感器阵列。讨论不同灵敏度矩阵计算方法(场量提取法、扰动法)求得灵敏度矩阵的均匀性,选取最优计算方法。优化灵敏度矩阵,提高重建图像质量。仿真及实验结果表明,方法可有效重建钢轨损伤的位置与形状,对裂纹及三角坑损伤检测效果良好。
王航超[2](2021)在《多相流电磁相关流量测量技术研究》文中指出随着油田开发的不断深入,井中多为油、气、水组成的多相流。流量是分层采油等工艺中必须测量的参数,但是井下流体的流动状态十分复杂,致使流量的测量难度很大,在线测量油气水多相流的流量参数是目前油田开发中面临的一个具有挑战性的难题。针对当前生产测井方面油气水多相流流量测量的不足之处,提出一种基于电磁流量和相关流量的多相流电磁相关法流量测量模型,以解决石油生产测井方面的油气水多相流流量测量;通过COMSOL有限元软件对电磁相关流量测量系统中传感器的矩形线圈,跑道形线圈和马鞍形线圈的磁场分布进行了仿真计算,提出了评价励磁线圈磁场分布的指标,进而得到了电磁相关流量传感器励磁线圈的最佳形状。设计了电磁相关流量测量传感器检测电极尺寸以及上下游两对检测电极之间的距离,以确保上下游两对检测电极各自产生的电场互不干扰,且使得上下游两对检测电极输出信号具有一定相关性。同时对影响电磁相关法流量测量结果的影响因素进行分析研究,降低了流量测量中的误差。最后,在理论计算、仿真研究的基础上,设计了基于电磁相关相关法的流量测量硬件电路,进行了调试并设计相应的软件程序和上位机软件,在基于实验室多相流模拟平台对整体的设计方案进行了试验验证。分别在气水以及油气水多相流的含量不同情况下,测量了混合流体不同流速的试验数据,进行数据处理和结果分析,室内试验结果表明,测量结果的相对误差在15%以内,试验测量结果达到了课题考核指标对测量精度的要求。该系统在油田现场管道中进行了地面多相流进行测试,通过现场使用状况来验证多相流电磁相关流量测量方法的可行性。
于赫[3](2021)在《基于微纳加工的高灵敏度微波湿度传感器设计方法研究》文中研究指明作为日常生活中具有重要意义的传感器应用之一,湿度传感器已经被广泛应用于天气预报、农业监测、食品加工、临床医疗和智能家电等领域中。近年来,湿度传感器的研究大多基于电阻电容等低频测试平台,其优点是造价低、制备简单,不足之处是灵敏度较低、稳定性差、器件尺寸大,受环境的影响较大。相比之下,射频微波平台具有稳定性高、兼容性好、可多参数表征等特性,因此在湿度传感检测领域得到进一步的发展。本文以基于微纳加工的湿度传感器的设计作为出发点,致力于解决目前湿度传感器灵敏度不高、稳定性不佳以及尺寸大的问题,从多角度分析了提升湿度传感器性能的设计方法和解决途径,为开展湿度传感器在实际工程领域的应用研究奠定了基础。首先,介绍了湿度传感器的湿敏材料的制备过程,从金属氧化物材料出发,通过改变原材料的配比来提高湿度检测灵敏度,并通过引入金红石型Ti O2来解决湿滞问题,将传感器湿滞从2.45%RH降低到0.95%RH。研究了基于电容检测平台和微波检测平台的湿度传感器的传感机理,设计了基于金属有机框架衍生物的磁性材料在碳点修饰下的复合材料,引入复合异质结结构湿敏材料的湿度传感器性能得到了显着提高,并实现了5%到99%RH宽范围的湿度检测。其次,从金属–绝缘体–金属电容式湿度检测单元入手设计了多孔结构来提高水分子与敏感材料的接触面积,确定了孔径为20μm、孔间距为10μm的电容湿度传感器结构。采用交指电容微波电路对水汽敏感频率进行了标定,从线宽大小、开口设计以及双环对称结构几个角度设计了最优微波式湿度检测单元,实现了从设计、仿真、优化、加工、封装流程一体化的微波湿度传感器。利用Lab VIEW平台监测和记录微波传输和反射信号的变化,测试结果验证了利用该微波湿度传感平台进行湿度检测的可行性。然后,通过不同的刻蚀方法对电容式湿度传感单元的感湿层进行处理以提高其湿度检测性能。针对基于印刷电路板工艺的微波器件尺寸大且难以集成的问题,以集成无源微纳加工技术为突破口,设计了基于交指电容和螺旋电感谐振回路、尺寸为0.98×0.80 mm2的微型化微波湿度传感器。相比于传统印刷电路板技术加工的微波湿度传感器在k Hz%RH级别的灵敏度,本文实现了灵敏度为3.4 MHz%RH的微型化湿度传感器。通过电感刻蚀优化和电容退火优化处理,增加了器件的良品率,解决了传统批量生产的湿度传感器存在器件性能不稳定、传感特性差异大的问题,提高了可大批量生产的湿度传感器的实际应用价值。最后,针对湿度传感器面向人体体征监测应用展开了研究,通过电容式湿度传感器对人体体征的初步分析,验证了基于集成无源微纳加工技术的微波湿度传感器对人体口腔呼出水汽和皮肤湿度检测的可行性,解决了传统湿度传感器在智能医疗健康领域的微型化问题,实现了易于电路集成的多功能湿度检测器件的生物应用。综上,本文的研究内容针对湿度传感器应用中的几大突出问题,以交叉学科的理论分析为研究基础,从敏感材料设计、器件结构设计、加工工艺优化角度,展开了一系列的不同学科的模块化研究,为实现高灵敏度湿度传感器的实际应用提供了坚实的研究基础及参考价值。
丛沫岳[4](2021)在《磁致伸缩传感器的灵敏度提升方法及实验研究》文中研究指明磁致伸缩传感器是一种基于磁致伸缩效应建立的新型无线无源传感器,历经近三十多年的发展,磁致伸缩传感器在多个学科领域得到了广泛的应用。然而,随着技术的迅猛发展,微型化、集成化、多目标、高灵敏度成为传感器发展的首要目标。但是,目前磁致伸缩传感器的发展受其核心感知元件材料生产工艺和加工成本等因素的限制,在灵敏度提升方面研究的较少,缺乏相应的设计理论,无法充分发挥磁致伸缩传感器在多领域的应用潜力。基于上述问题,本文从磁致伸缩传感器感知元件形状、基体结构以及检测系统等角度展开对其灵敏度提升方法的一系列研究,以进一步提高现有磁致伸缩传感器的性能。首先,针对传统磁致伸缩谐振传感器工作原理,根据磁致伸缩效应的基础理论分析了无线检测实现原理;分析了影响谐振传感器灵敏度性能的主要因素,提出了一种基于磁致伸缩传感器感知元件形状优化的灵敏度提升方法;应用优化设计理论获得了沙漏型谐振传感器结构,利用ANSYS有限元方法对传统谐振传感器及沙漏型谐振传感器感知元件的模态进行了分析对比,同时总结了感知元件结构参数对传感器谐振频率的影响规律,并确定了沙漏型感知元件的具体结构参数;在考虑非线性效应情况下,给出了磁致伸缩传感器的谐振频率表达式,推导出了磁场中传感器受力的非线性磁弹性耦合振动方程;同时,建立了传感器输出对应的等效电路模型,对信号的输出特性进行了理论推导。其次,根据传统磁致伸缩压磁传感器工作原理,建立了机-磁耦合模型关系式。从压磁传感器的基体结构出发,提出基于负泊松比基体结构优化的磁致伸缩传感器灵敏度提升方法;分析了负泊松比基体结构特性,研究了内凹蜂窝结构的等效弹性参数对拉伸压缩变形的影响;提出了负泊松比基体压磁传感器的结构模型,并从理论上分析负泊松比结构参数对压磁传感器灵敏度的影响,同时通过ANSYS静力学仿真分析了基体结构参数与灵敏度之间的关系;应用光固化技术完成了传感器的制备,为获得信号变化规律建立了等效电路模型。此外,从检测系统的角度出发,分别建立了激励磁场、偏置磁场以及检测线圈理论模型,并应用COMSOL多物理场仿真软件对检测系统中激励磁场、偏置磁场以及检测线圈等参数变化对磁致伸缩传感器灵敏度影响进行了仿真分析。最终,为了验证所提出的各种灵敏度提升方法的有效性,搭建磁致伸缩传感器性能检测实验平台,具体包括机械加载实验平台、输出信号检测系统和传感器灵敏度测试系统。同时,在此平台上开展了磁致伸缩传感器输出性能测试实验,以验证本文提出的感知元件形状优化、负泊松比基体结构优化以及检测系统参数等对传感器灵敏度性能的提升效果。实验结果表明本文提出的灵敏度提升方法均可有效地提升磁致伸缩传感器的灵敏度。
崔得位[5](2021)在《高温电涡流传感器感应探头的设计与优化》文中研究说明航空发动机长期工作在高温高压和剧烈振动的环境中,容易发生疲劳裂纹和严重磨损,因此对其叶尖间隙和振动幅度等参数的监测十分重要。涡流检测技术具有测量范围大、分辨率和灵敏度高、能在恶劣环境下长期工作的优点,在无损检测领域具有广阔的应用前景。但是,目前的电涡流传感器感应探头在高温下存在变形大、电磁特性失效以及品质因数和灵敏度低的问题,针对这些问题,主要研究如下:(1)分析了高温下涡流检测的原理,设计了一种感应探头结构。通过对涡流传感器基本工作原理进行分析,建立了系统的等效电路模型,并以此为基础推导出探头阻抗与温度、位移的一一映射关系。分析一般探头不适用于高温环境的原因,根据小尺寸、高电感和高品质因数的要求将感应探头设计为多层平面螺旋结构。采用空气芯作为感应探头的磁芯,解决铁氧体作为磁芯时高温失效和测量精度低的问题,并且根据有限元仿真结果确定了探头线圈的形状和材料。(2)研究了感应探头阻抗特性的影响因素,优化了探头的结构参数并进行实验制作。首先通过COMSOL电磁场仿真分析激励源频率、被测物尺寸和电磁特性对探头阻抗特性的影响规律。然后利用Solid Works和COMSOL建立求解模型进行参数化分析,并且结合遗传算法建立数学优化模型,以提高灵敏度和线性度为目标优化线圈的外径、匝数、线宽和厚度等参数。最后研究LTCC工艺并根据实验测量结果对打孔、丝网印刷和烧结等关键工艺进行优化,得到最终的感应探头实物。测量结果表明:感应探头的结构尺寸满足设计要求,线圈线径误差小于5%,相对位置误差小于10μm,探头整体电气性能优良。(3)根据性能要求搭建实验平台并进行了性能测试。搭建实验平台测试探头的阻抗特性和位移特性,实验平台主要分为信号采集和测试系统,位移控制系统和被测目标三部分。测量频率、被测物尺寸、电磁特性和位移对探头输出阻抗的影响,结果表明探头在低频时显现电感特性,自谐振频率为1.8MHz,在1MHz的工作频率下品质因数为17.65,测量范围可达5mm,阻抗模灵敏度为16.8Ω/mm。搭建高温实验平台,将探头在600℃下放置4h恢复至常温后测量其结构和阻抗参数,与之前结果对比表明探头的结构和电气性能未发生明显改变。在200℃、300℃和500℃的高温下测量探头的阻抗特性,结果显示高温下探头阻抗的变化趋势与常温相同,验证了高温下测量位移的可行性。
马亮[6](2021)在《汞基人工电磁结构特性及其温度感测关键技术研究》文中提出物联网技术快速发展与广泛应用,对高精度高可靠性温度、湿度等目标对象动静态特性感知与测试提出了新的挑战,探索发展新型温度、湿度等动静态物理特征感知机理及实现技术已成为学术界和产业界的研究热点。温度、湿度等物理量感测灵敏度、精度、线性度等性能直接决定了物联网节点的性能和可靠性。新型人工电磁结构(又称超构材料)具有负介电常数、负磁导率、强谐振性等特征及负折射、逆Cerenkov辐射、逆Doppler效应等奇异电磁特性,由汞、镓铟合金等温度敏感性材料构成的高Q值人工电磁结构的强谐振特性高度受控于环境温度,据此机理能发展出高灵敏度、高精度、宽动态范围的人工电磁结构式温度感知器件与系统,其在军事民用各领域具有广泛的应用前景。因此,研究高Q值汞基人工电磁结构的合成机理、设计与制备方法、电磁响应特性及其温控规律的分析方法、温度感测机理与测试方法等关键技术具有重要科学意义。本文在研究汞基人工电磁结构的强谐振特性与结构尺寸、材料特性参数的规律关系基础上,建立起温度感知性能参数与人工电磁结构的谐振频率等特性参数之间的线性/非线性模型;设计了多种新型高Q值汞基人工电磁结构,仿真与实验研究了这些器件的电磁特性及温度感测性能;研制出汞基人工电磁结构式高精度温度传感器样品。本学位论文的主要研究内容及创新贡献如下:1.在研究人工电磁结构中电磁感应力与结构阻力之间的非线性耦合特性基础上,提出了基于低损耗液态介质的功率可控调谐型人工电磁结构,分析揭示出液态基人工电磁结构中电磁感应力与低损耗流体阻力之间的非线性耦合机理及动态耦合过程、平衡特性和功率可控调谐特性。测试研究了两种不同低损耗液态介质中C波段人工电磁结构单元的谐振特性及其功率可控调谐性能,测试结果表明在25d Bm~30d Bm的入射电磁波功率变化范围内具有300MHz的调谐带宽,验证了液态基功率可控调谐型人工电磁结构的工作机理及其特性分析、设计方法的有效性。2.基于液态基人工电磁结构谐振特性的功率可控调谐机理,提出了温度可控调谐型汞基人工电磁结构,设计研制出了类EIT式、反射型、非对称Fano/Torodial式、Anapole式等高Q值强谐振汞基人工电磁结构单元,测试研究了各种人工电磁结构单元的强谐振特性及其温控特性,获得S波段内Q值高达240、12°C温控范围内谐振频率最大偏移量200MHz的测试结果,其性能优于已报道的多种温度可控调谐型人工电磁结构。3.理论分析了反射型高Q值汞基人工电磁结构的吸波热效应,建立起汞基人工电磁结构中电磁波能-热能-汞柱结构势能之间的非线性耦合关系模型,对其吸波热效应进行了多物理场仿真分析和实验研究,揭示出反射型高Q值汞基人工电磁结构的吸波热效应产生机理、动态响应特性及其受控途径;测试得到在固定温度下、C波段25 d Bm~35 d Bm入射电磁波功率范围内,反射型汞基人工电磁结构的谐振频率偏移量约为30 MHz。这些研究结果为降低汞基人工电磁结构式温度传感器的测温非线性误差奠定了理论和实验研究基础。4.提出了集成低功耗宽带可调频率源、高精度信号采集及处理电路的微带线耦合式高精度汞基人工电磁结构温度传感器方案,设计研制出汞基人工电磁结构式温度传感器样品,测试研究了温度传感器样品的感测灵敏度、分辨率、动态范围等特性,获得高达1.4×10-4°C的温度分辨率,该指标远优于已报道的光波导/光纤基等高精度温度传感器。本文研究并揭示了汞基人工电磁结构的特性及其温度受控机理与调控方法,发展出汞基人工电磁结构特性及其温度感测机理的理论分析、仿真与测试验证方法,研制出汞基人工电磁结构式高精度温度传感器,这些研究成果有益于推动汞基人工电磁结构在高精度温度感测、电磁特性操控等领域的广泛应用。
陈思宏[7](2021)在《柔性微波频选电磁结构的设计及其电磁特性研究》文中指出频选电磁结构作为微波技术的重要组成部分,在电磁波辐射特性的调控中有着广泛的应用。结合柔性电子技术实现频选电磁结构的可弯折、可延展,可以进一步扩展频选电磁结构的实现和应用方式,还能够为实现新模式的频选电磁结构提供物理条件支撑。然而,由于柔性频选电磁结构具有可大变形、与现有制备工艺难以直接兼容等特点,其结构设计、制备手段、调控方法等关键技术中仍存在很多亟待解决的问题。因此通过研究柔性频选电磁结构在大形变条件下的电磁响应变化内在机理,提出相应的柔性化设计方法,实现对形变与电磁性能耦合特性的有效调控,并探索适应于柔性频选电磁结构的应用途径,对进一步推动柔性频选电磁结构的发展和扩展频选电磁结构的应用方式具有较为重要的意义。本文以柔性超宽带天线、频选表面和电磁诱导透射器件等典型频选电磁结构为研究对象,围绕柔性化设计中的力电耦合特性调控和大面积可控制备等问题开展了一系列研究,发展了基于柔性材料-可形变结构综合设计方法的柔性频选结构设计和适用于大尺寸柔性频选电磁结构的区块化设计策略,并进行了实际样品的制备与表征。论文的主要工作具体如下:(1)结合柔性材料和可形变结构的频选电磁结构设计研究。首先设计了一种工作于3.5 GHz~17.8 GHz频率范围内的柔性超宽带贴片天线。通过在传统矩形贴片单极天线设计中加入O形槽结构,有效提高了天线在与曲面共形前后的性能一致性,同时还可实现天线带宽的有效展宽。测试结果表明,天线在贴附于弯曲半径低至11 mm的圆柱体时,其反射系数在工作频率范围内依然保持在10 d B以下,天线可正常工作。天线的带宽相比于无O形槽结构时消除了其在6 GHz~8 GHz频率范围内的阻抗失配。其次,设计了一种工作在X波段的共形频选表面。在分析频选表面透射性能与弯曲形变的耦合特性的基础上,通过在单元结构中引入折线形和蛇形耦合结构,实现了频选表面在共形时的性能稳定。测试结果表明,蛇形结构频选表面在弯曲弧度为π/3、π/2和π时贴附在圆柱体上,其频率基本不发生偏移,始终保持稳定的频选特性。相比于初始的直线形及折线形耦合结构10%和5%的频率偏移有着大幅度的提高。在此基础上,提出了基于“亮-亮”模式耦合的柔性电磁引诱透射器件。研究了器件单元通过“亮-亮”模式耦合而实现电磁引诱透射效应的实现机理和形变对器件性能的影响规律。同时探索了该器件在电磁探测方面的应用潜力,提出了基于人工表面等离基元实现电磁诱导透明的方法,并在微波频段下实现品质因子10.6及灵敏度13.33 mm/RIU的折射率探测,使得器件品质因子和灵敏度在整体上有一个较高水平。(2)面向大尺寸柔性频选电磁结构的制备,提出了一种区块化设计与制备策略。基于“转移再定义”的思路,通过将前驱结构转移至柔性基底后利用激光加工方法进行电磁功能结构定义,避免了直接向柔性基底转移分立结构单元可能出现的转移不完整、转移精度难以控制等问题,简化了大尺寸柔性频选结构的制备流程。基于此方法设计并制备了250×250 mm2的柔性频选表面。基于相同的方形环前驱结构,通过三种块排布定义实现了具有不同应变-电磁性能耦合特性的频选表面。结合电磁场分析和等效电路模型,关于块定义对耦合特性的调控机理进行了分析。结果表明,定义后的三种频选结构在相同的应变条件下表现出不同的响应特性,实现了频选特性对变形灵敏度可控调节的频选表面。进一步地,利用区块化设计方法进行了具有超大群延时特性的带宽可调电磁引诱透射器件设计,展示了区块化设计方法的普适可行性。结果表明,利用区块化设计实现的电磁引诱透射器件可以对其带宽及其群延时特性进行大范围动态调控,且可以根据应用场景对其应变敏感度进行调节,配置其电磁特性对变形的依赖关系。基于相同前驱结构,实现了在高达30%的应变加载下具有可调带宽或者稳定频率响应特性的电磁引诱透射器件。(3)为探索复杂场景下柔性频选电磁结构的应用,研究了基于三维折纸结构的柔性微波频选结构的设计及性能调控策略。设计并制备了基于折纸结构的柔性电磁诱导透明器件。通过改变折纸折叠状态及单元排布方式,实现了带宽及中心频点可动态调控的器件。基于该方法所设计的机械可重构单层频选表面,可实现25%的分数带宽以及超过300%的调制深度,大幅度提高了单层频选表面的带宽及调控范围,同时简化了设计及制备难度。基于电场及等效电路分析,阐释了频选表面带宽可重构的机理。提出了基于折纸结构设计的单层机械可重构频选表面的设计方法。
陈德旭[8](2021)在《基于液态金属的温控超材料设计与特性研究》文中研究表明电磁超材料作为一种人工制造的电磁结构,能根据不同的应用需求选择合适的材料,设计出不同的结构、尺寸、旋转方向的电磁结构单元或阵列,对入射电磁波的特性参数进行按需调控,实现新型高性能空间滤波、波束调控、聚焦透镜、全息成像等新颖平面功能器件与系统,在光学、电子学等技术领域已受到广泛关注。以流体、弹性体等材料作为介质基底或者作为基体设计的可控超材料,在对入射电磁波特性参数的按需、实时调谐方面,具有明显的性能优势,成为了电磁超材料领域的新兴热点研究方向。目前已报道的流体超材料在非线性耦合互作用效应等方面仍存在诸多关键技术难题和研究空白。论文针对流体超材料热非线性这一极具价值的研究领域,深入研究了液态金属基温控超材料工作机理、设计和分析方法;创新探索了液态金属基温控超材料热可控/非线性耦合分析理论、数值仿真方法、制备工艺及测试方法等关键技术;实验研究验证了液态金属基温控超材料电磁调控机理,揭示了液态金属基温控电磁超材料热非线性耦合机理及效应。论文主要的研究工作及特色如下:1.分析Fano、EIT、Anapole、ELC四种谐振模式及其高Q值机理,优化设计出四种液态金属基高Q值温控超材料单元结构,所设计的Anapole结构实测平均谐振Q值可达240,所设计的EIT结构实测温控灵敏度可达17.12MHz℃,实测FOM值可达1.09/℃。2.利用基于有限元的全波电磁仿真软件HFSS,数值仿真获取四种谐振模式液态金属基温控电磁超材料热可控调谐特性数据,以标准尺寸矩形波导为测试环境,搭建实验测试平台,完成了液态金属基温控超材料温控可重构机理的测试验证。3.基于电磁热理论及传热控制理论,对ELC反射型液态金属基温控电磁超材料电磁热机理和传热控制机理进行了分析,建立了液态金属基温控电磁超材料多物理场非线性耦合关系模型;利用COMSOL多物理场仿真软件,完成了液态金属基温控电磁超材料在不同功率入射电磁波激发下电磁热仿真,以及非线性耦合效应仿真,结合数据拟合,揭示了液态金属基温控电磁超材料热非线性耦合及调控机理;搭建实验平台,完成了液态金属基温控电磁超材料热非线性特性验证。本论文研究成果发展出液态金属基温控超材料的热非线性特性与热调控机理研究关键技术,具有良好的科学意义和工程价值。
黄平[9](2021)在《油气管道低频电磁外检测技术若干问题研究》文中研究指明随着现代工业化科技水平的不断进步,石油和天然气等能源扮演着极其重要的角色,而管道是承载石油天然气等化工原料运输、存储的主要介质,在使用过程中受土壤、空气、水等酸碱环境侵蚀,经常发生腐蚀、变形、应力集中等现象,油气管道健康状况不容乐观,潜在危险也在急剧增加,保障油气管道安全稳定运行对国防工业、国民经济的发展具有重要意义。对于油气田站场内部管道而言,也面临着腐蚀风险,由于该区域管道口径不一且外表面含有包覆层或涂有防腐漆,对于传统的涡流、超声、渗透、射线以及漏磁等无损检测检测方式已不再适用。低频电磁检测技术是近年来快速发展的一种新兴无损检测方法,主要采用可变磁化强度的非饱和交流磁化方式完成对被检材料内部及外部腐蚀缺陷的检测,具有剩磁小、设备轻盈、使用便捷等优势,且可根据被检材料自身属性(材质、厚度等)适当调整激励幅值、驱动频率等参数,有效增加了励磁方式的多样性。开展基于低频电磁检测技术对油气田站场内部管道的全面检测主要面临以下三个问题:一是由于励磁方式的多样性和非饱和磁化的特点,无法对油气管道表面缺陷腐蚀程度进行准确地预测和评估;二是无法区分当前所检出缺陷位于油气管道上表面还是下表面,给后期油气管道的维护带来不便;三是由于提离高度的增加,针对含包覆层油气管道外表面缺陷(壁损、焊缝、较大腐蚀点)形成的低频漏磁场极其微弱,检测较为困难。综上所述,论文主要基于低频电磁技术对油气田站场内部管道进行检测的相关问题,开展了大量理论计算、仿真分析、实验验证的工作。论文首先从麦克斯韦方程组角度出发,推导并建立了低频空间电磁场电势、磁势等矢量扩散方程,并详细阐述了外加激励磁场在被检试件缺陷与空气分界面处的磁折射效应,为缺陷处低频漏磁场分布形态的分析提供理论基础。同时论证了低频电磁技术检测机理,并引入基于励磁线圈和感应式磁传感器检测线圈组合的双空芯线圈互感数学模型,对检测线圈输出电压及相位的影响因素进行了理论推导计算,为后续实验平台的搭建、实验参数的设置以及检测数据的分析处理提供了强有力的理论支撑。论文基于感应式磁传感器检测线圈输出信号与其几何中心点处磁场强度呈线性关系的原理,构建了检测线圈数学模型并给出具体尺寸关系。结合低频电磁检测机理设计开发了低频电磁检测实验系统,详细阐述了检测系统组成结构和工作机制,同时基于STM32控制器完成了多通道阵列励磁探头、激励电路、信号调理采样电路及存储读取一体化电路模块的系统化设计,嵌入四参数正弦拟合算法,通过实验验证了系统检测结果与理论研究的一致性,体现出所开发低频电磁检测实验系统的高稳定性和高可靠性,为低频电磁无损检测技术的进一步发展提供了优良的实验基础。论文基于磁偶极子理论推导并建立了不同类型缺陷(V形、梯形、半圆形和矩形凹槽裂纹缺陷)低频漏磁场分布模型,并设计了由高灵敏度磁阻传感器和感应式磁传感器检测线圈组成的复合阵列探头作为低频漏磁场有效拾取介质,更多的收集缺陷特征。实验结果表明,所建立磁偶极子数值模型可用于分析磁阻传感器输出切向及法向分量上下包络差值曲线变化趋势,且在不同励磁条件下(改变激励幅值、驱动频率、提离值)得到的切向分量包络差值曲线单峰变化值ΔH(x)、法向分量包络差值曲线双峰变化值ΔH(y)均与沿着检测方向的缺陷横截面积呈线性正相关,为后期对被检材料表面缺陷腐蚀程度的评估提供理论基础。论文从分辨油气管道检出缺陷所处位置(上表面或下表面)的角度,提出在感应式磁传感器检测线圈阵列探头中嵌入自发自收高频涡流线圈阵列,利用集肤效应完成对缺陷位置的判断。通过理论计算得到涡流线圈相关影响因素(线圈厚度h、内外径差值(r1-r2)、匝数N等),讨论了涡流检测线圈与感应式磁传感器检测线圈相互间的影响机制,并通过实验验证了低频励磁场存在对涡流线圈的干扰。在此基础上,提出电压频率积的概念,在本文实验环境下给出了单通道涡流线圈识别被检材料表面10%壁厚缺陷的极限励磁条件(电压频率积约为760VHz)。实验结果表明,涡流检测线圈基本不会影响感应式磁传感器检测线圈检测结果,并允许低频励磁线圈根据被检材料属性在较大范围内调整。论文构建了含包覆层的多层导体(金属保护层、腐蚀缺陷等)油气管道低频脉冲涡流检测技术数学模型,并通过理论推导得到激励线圈在探头区域的矢量磁位分布,指出了相关影响因素。此外,提出基于利兹线绕制脉冲涡流检测线圈,并建立了利兹线数学分析模型,给出了其涡流损耗与激励频率、线圈匝数、股数和线径等参数之间的相互依存关系,并采用相等截面积、同一匝数和同材质的铜导线线圈作为对比实验,结果表明,利兹线检测线圈相对于铜导线,品质因素得到显着提高,优化了信噪比,并实现了在较大频率范围内降低了涡流损耗。
杨益林[10](2020)在《太赫兹成像系统前端技术》文中研究表明太赫兹波泛指频率在100GHz到10THz之间的电磁波,又称为亚毫米波或者远红外光。其电磁频谱处于传统电子学向光子学的过渡区,因此具有频带宽、量子能量低、透射性好等优点。太赫兹技术在高速通信、生物医疗、射电天文、空间探测、安全检测等领域具有广泛的应用前景。在众多应用中,成像技术一直是太赫兹科学领域的前沿课题和研究热点,受到了各国政府和科研机构的高度重视。太赫兹成像系统可以实现高分辨率成像、微小目标探测、复杂环境下的目标探测以及隐身目标探测,可用于战场环境侦察、公共场所安全检查、医学疾病诊断、无损探伤等领域。太赫兹成像前端的研究水平,包括高稳定度太赫兹波源和高灵敏度探测器的性能指标,一直是决定太赫兹成像技术发展水平的关键因素。本文基于固态太赫兹技术,从半导体器件机理和建模入手,对太赫兹成像系统中的关键电路(倍频器和混频器)开展深入研究,旨在打破国外的技术垄断,开发出具有自主知识产权的太赫兹肖特基二极管、高性能太赫兹关键电路和太赫兹成像前端,推动太赫兹成像系统的全面国产化。本文主要研究内容包括以下几个方面:(1)太赫兹混频技术。混频器是太赫兹接收机的核心电路,决定了接收机的整体性能。本文自肖特基二极管建模与参数分析入手,提出二极管“场–路”结合的建模方法。为了提升混频二极管性能从而提升太赫兹混频器的整体性能,分析了二极管寄生参量对混频器变频损耗和噪声温度的影响,并提出了低寄生参量混频二极管的设计方法,该研究成果可以在未来指导国产太赫兹混频二极管结构和工艺参数的进一步优化。基于混频二极管理论,利用国产混频二极管研制了220GHz和330GHz混合集成分谐波混频器,性能均接近国际先进水平。此外,结合单片集成电路的发展,利用国产二极管工艺研制了220GHz砷化镓单片集成混频器。通过将肖特基混频二极管集成在电路基片上提升电路集成度。同时优化二极管结构尺寸,减小二极管寄生参量,从而降低混频器的变频损耗和噪声温度。实验结果与仿真预测吻合较好,验证了二极管建模准确性和电路优化方法的有效性。(2)太赫兹高效率倍频技术。固态倍频链路是当前太赫兹雷达发射前端的主要实现形式。本文针对220GHz视频合成孔径雷达的应用需求,利用国产肖特基变容二极管开展高效率220GHz三倍频器研究。首先从变容二极管的工作机理和建模方法入手,建立了二极管的精确三维电磁仿真模型。考虑肖特基二极管热效应对二极管和电路性能的影响,本文将“电–热”分析方法引入倍频器研究中。通过建立倍频二极管“电–热”仿真模型,将二极管阳极结温度纳入倍频器的电路仿真中,以此提高电路分析的准确性;这种方法的使用在国内尚属首次。基于倍频器热仿真分析,本文选用具有高热导率的Al N基板进行220GHz三倍频器设计。实验结果表明本文中的220GHz三倍频器峰值输出功率为38.2m W,峰值倍频效率为17.8%,为当前所有公开文献中同频段三倍频器之最。同时,基于“电–热”分析的仿真方法与传统的仿真方法相比,仿真结果与实测结果更为一致,验证了本文使用的“电–热”分析法的有效性。(3)太赫兹集成接收前端研究。小型化和集成化已成为当前太赫兹前端和系统发展的必然趋势。本文开展220GHz宽带集成接收前端研究,在研究中发现本振倍频器与太赫兹混频器不经匹配直接相连会导致混频器和宽带接收机前端性能的恶化。为了解决这一问题,本文总结了基于负载牵引阻抗提取方法和谐波平衡仿真法的太赫兹接收机前端中混频器与本振倍频器的级间匹配方法。利用该方法研制的220GHz集成接收前端性能优于220GHz混频器与110GHz倍频器直接级联得到的接收机前端,同时,模块整体尺寸减小了50%,在保证前端性能的同时实现了接收机前端的小型化。(4)太赫兹成像前端系统验证。在完成太赫兹成像前端关键电路的基础上,本文继续开展太赫兹成像系统实验研究,通过太赫兹成像结果检验太赫兹成像前端的性能。首先利用220GHz和330GHz低噪声混频器搭建了辐射计实验系统。实验结果表明,220GHz辐射计和330GHz辐射计的亮温灵敏度分别为0.46K和0.33K。随后利用两个频段的辐射计搭建了太赫兹机械扫描被动成像系统。系统成像效果良好,验证了太赫兹被动成像前端的良好性能。除此之外,本文同时开展了330GHz逆合成孔径雷达和220GHz视频合成孔径雷达的实验研究。本文中报道的330GHz混合集成混频器、220GHz混合集成混频器和220GHz高效率倍频器为这两套主动成像系统的核心模块。这两套高分辨雷达系统的成像结果进一步验证了太赫兹主动成像前端的性能。
二、基于灵敏度的电磁结构形状优化方法研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基于灵敏度的电磁结构形状优化方法研究(论文提纲范文)
(1)高速电磁层析成像关键技术研究及应用(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 ET技术概述 |
1.2 电磁层析成像技术 |
1.2.1 EMT系统结构 |
1.2.2 EMT数学模型 |
1.2.3 EMT技术发展概况 |
1.3 钢轨探伤概述 |
1.3.1 钢轨探伤的意义 |
1.3.2 钢轨探伤技术现状 |
1.4 课题来源与研究意义 |
1.5 论文主要研究内容及创新 |
1.6 论文各章节安排 |
2 数据复用条件下基于FPGA的 EMT快速解调方法 |
2.1 解调概述 |
2.1.1 正交序列解调 |
2.1.2 FFT解调 |
2.1.3 半周期解调 |
2.1.4 非整周期解调 |
2.2 数据解调中的问题 |
2.2.1 采样频率较低 |
2.2.2 物体移动较快 |
2.3 数据复用技术 |
2.4 数据复用条件下基于FPGA的快速解调方法 |
2.5 MATLAB仿真分析 |
2.5.1 无噪情况下解调分析 |
2.5.2 含噪情况下解调分析 |
2.6 实验 |
2.6.1 实验设计 |
2.6.2 实验系统信噪比 |
2.6.3 实验结果及分析 |
2.6.4 算法耗时比较 |
2.7 小节 |
3 基于EMT解调技术的高速钢轨探伤 |
3.1 电磁钢轨探伤原理 |
3.2 电磁钢轨探伤传感器结构 |
3.2.1 双线圈结构 |
3.2.2 三线圈结构 |
3.3 电磁钢轨探伤系统 |
3.3.1 硬件系统结构 |
3.3.2 系统软件设计 |
3.4 实验 |
3.4.1 低速实验 |
3.4.2 高速实验 |
3.5 小节 |
4 快速电磁层析成像图像重建算法 |
4.1 图像重建算法概述 |
4.1.1 LBP算法 |
4.1.2 Tikhonov正则化算法 |
4.1.3 SVD算法 |
4.1.4 TSVD算法 |
4.1.5 Landweber迭代算法 |
4.2 灵敏度矩阵计算 |
4.2.1 实测法 |
4.2.2 扰动法 |
4.2.3 场量提取法 |
4.3 基于矩阵降维的快速图像重建算法 |
4.3.1 算法描述 |
4.3.2 仿真 |
4.3.3 实验 |
4.3.4 算法时间复杂度分析 |
4.4 优化LANDWEBER快速图像重建算法 |
4.4.1 算法描述 |
4.4.2 仿真 |
4.4.3 算法时间复杂度分析 |
4.5 小节 |
5 平面电磁层析成像钢轨探伤 |
5.1 检测原理分析 |
5.2 数学计算模型 |
5.3 平面传感器阵列模型 |
5.4 激励检测模式 |
5.5 灵敏度矩阵计算 |
5.6 灵敏度矩阵优化 |
5.7 仿真分析 |
5.7.1 仿真模型 |
5.7.2 仿真结果分析 |
5.8 实验 |
5.8.1 实验系统 |
5.8.2 实验结果 |
5.9 小节 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(2)多相流电磁相关流量测量技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状及分析 |
1.2.1 多相流流量测量方法研究现状 |
1.2.2 电磁相关流量测量技术研究现状 |
1.3 本文的主要内容及组织结构 |
第二章 电磁相关流量测量方法研究 |
2.1 电磁相关流量测量的基本原理 |
2.2 励磁线圈形状对流量测量结果影响分析 |
2.2.1 矩形励磁线圈感应磁场分布计算与仿真研究 |
2.2.2 跑道形励磁线圈感应磁场分布计算与仿真研究 |
2.2.3 马鞍形励磁线圈感应磁场分布计算与仿真研究 |
2.2.4 不同形状励磁线圈在测量管道中磁场分布对比研究 |
2.3 检测电极参数对流量测量结果影响分析 |
2.3.1 电磁相关流量的检测电极敏感场评价指标 |
2.3.2 检测电极尺寸对传感器敏感场影响仿真分析 |
2.3.3 上下游检测电极距离对敏感场影响仿真分析 |
2.4 环境电磁干扰对流量测量结果影响分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 电磁相关流量测量系统设计 |
3.1 电磁相关流量测量系统总体设计 |
3.2 电磁相关流量测量系统硬件设计 |
3.2.1 励磁驱动电路设计与实现 |
3.2.2 信号处理电路设计与实现 |
3.2.3 电源电路设计与实现 |
3.2.4 数据存储电路设计与实现 |
3.2.5 MCU主控电路设计与实现 |
3.3 电磁相关流量测量系统软件设计 |
3.3.1 系统初始化 |
3.3.2 励磁控制程序设计 |
3.3.3 A/D转换程序设计 |
3.3.4 数据存储程序设计 |
3.3.5 上位机软件设计 |
3.4 本章小结 |
第四章 系统测试及结果分析 |
4.1 试验平台简介 |
4.2 试验测量装置组装及调试 |
4.3 室内试验及结果分析 |
4.3.1 室内试验方案设计 |
4.3.2 试验过程及结果分析 |
4.4 温度压力试验 |
4.4.1 试验目的和内容 |
4.4.2 试验过程 |
4.4.3 试验结论 |
4.5 室外试验及结果分析 |
4.6 本章小结 |
第五章 总结和展望 |
5.1 主要完成的工作 |
5.2 创新点 |
5.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
(3)基于微纳加工的高灵敏度微波湿度传感器设计方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 国内外在湿度传感器方向的研究现状及分析 |
1.2.1 湿度传感器的研究现状 |
1.2.2 基于微波检测平台的传感器 |
1.2.3 基于集成无源微纳加工工艺的微波传感器 |
1.2.4 不同湿度传感器的研究机理分析 |
1.3 本文主要研究内容及解决的问题 |
第2章 高灵敏度湿敏材料的制备方法研究 |
2.1 引言 |
2.2 金属氧化物及其衍生物湿敏纳米材料 |
2.2.1 金属氧化物及其衍生物湿敏纳米材料的制备方法 |
2.2.2 金属氧化物及其衍生物湿敏纳米材料的表征 |
2.3 高分子聚合物薄膜湿敏纳米材料 |
2.3.1 高分子聚合物薄膜湿敏材料的制备和优化 |
2.3.2 高分子聚合物薄膜湿敏纳米材料的测试结果 |
2.4 微波电磁场协同作用下的湿敏纳米材料 |
2.4.1 基于金属有机框架的磁性湿度敏感材料的制备 |
2.4.2 基于金属有机框架的磁性湿度敏感材料的特性分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 湿度传感检测单元结构的设计方法研究 |
3.1 引言 |
3.2 电容式湿度检测单元结构的设计 |
3.2.1 金属–绝缘体–金属电容湿度检测单元结构设计 |
3.2.2 金属–绝缘体–金属电容湿度检测单元的测试结果 |
3.3 微波谐振式湿度检测单元结构的设计方法 |
3.3.1 水汽敏感频点标定及检测单元的设计 |
3.3.2 微型化微波湿度检测谐振器结构设计 |
3.3.3 基于微波谐振器的湿度传感测试 |
3.4 本章小结 |
第4章 湿度传感检测单元的加工方法研究 |
4.1 引言 |
4.2 电容式湿度传感器的加工 |
4.2.1 基于聚合物感湿层的电容湿度传感器加工过程 |
4.2.2 优化聚合物感湿层的不同刻蚀方法 |
4.3 微波式湿度传感器的微纳加工 |
4.3.1 微型化集成无源微纳加工步骤 |
4.3.2 溅射刻蚀工艺提高集成无源电感的性能分析 |
4.3.3 退火工艺提高集成无源电容的性能分析 |
4.4 优化的加工技术制备微型化微波湿度传感器 |
4.5 本章小结 |
第5章 湿度传感器面向体征监测的应用研究 |
5.1 引言 |
5.2 电容式湿度传感器的湿敏特性分析及应用 |
5.2.1 电容式湿度传感器的湿度检测结果 |
5.2.2 电容式湿度传感器面向体征检测应用分析 |
5.3 微波式湿度传感器的湿敏特性分析及应用 |
5.3.1 微波湿度谐振器的电磁仿真设计与测试 |
5.3.2 微波湿度传感器面向呼吸检测应用验证 |
5.3.3 微波湿度传感器面向汗液检测应用验证 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(4)磁致伸缩传感器的灵敏度提升方法及实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究意义 |
1.2 磁致伸缩传感器理论基础 |
1.2.1 磁致伸缩正效应 |
1.2.2 磁致伸缩逆效应 |
1.2.3 磁致伸缩的产生机理 |
1.3 磁致伸缩传感器研究现状 |
1.4 磁致伸缩传感器灵敏度提升方法研究现状 |
1.5 本文主要研究内容 |
第2章 基于感知元件形状优化的灵敏度提升方法 |
2.1 磁致伸缩谐振传感器工作原理 |
2.2 谐振传感器灵敏度性能分析 |
2.3 谐振传感器感知元件形状优化 |
2.4 基于沙漏型感知元件的传感器灵敏度提升 |
2.4.1 沙漏型谐振传感器结构 |
2.4.2 沙漏型谐振传感器模态分析 |
2.4.3 感知元件参数变化对谐振频率的影响 |
2.5 沙漏型谐振传感器振动分析及等效电路模型 |
2.5.1 沙漏型谐振传感器振动分析 |
2.5.2 沙漏型谐振传感器等效电路模型 |
2.6 本章小结 |
第3章 负泊松比基体结构优化的灵敏度提升方法 |
3.1 磁致伸缩压磁传感器结构与工作原理 |
3.1.1 传统压磁传感器结构组成 |
3.1.2 磁致伸缩压磁传感器工作原理 |
3.2 负泊松比结构特性及形变理论分析 |
3.2.1 负泊松比结构特性分析 |
3.2.2 负泊松比蜂窝材料形变理论分析 |
3.3 负泊松比基体结构优化的传感器灵敏度提升方法 |
3.3.1 基于负泊松比基体结构的压磁传感器模型 |
3.3.2 负泊松比结构参数对传感器灵敏度的影响 |
3.3.3 负泊松比基体结构仿真分析 |
3.4 传感器基体材料和加工方法 |
3.5 负泊松比压磁传感器等效电路模型 |
3.6 本章小结 |
第4章 检测系统参数对传感器灵敏度的影响及仿真分析 |
4.1 磁致伸缩传感器检测系统仿真简介 |
4.1.1 多物理场仿真平台COMSOL求解流程 |
4.1.2 三维磁场分析有限元基础 |
4.1.3 磁致伸缩传感器检测系统构成 |
4.2 激励磁场参数对传感器灵敏度的影响 |
4.2.1 激励磁场的作用 |
4.2.2 激励线圈理论模型的建立 |
4.2.3 激励参数对传感器灵敏度的影响仿真分析 |
4.3 偏置磁场参数对传感器灵敏度的影响 |
4.3.1 偏置磁场的作用 |
4.3.2 偏置磁场理论模型的建立 |
4.3.3 偏置磁场参数对传感器灵敏度影响仿真分析 |
4.4 检测线圈参数对传感器灵敏度的影响 |
4.4.1 检测线圈的作用 |
4.4.2 检测线圈理论模型的建立 |
4.4.3 检测线圈对传感器灵敏度影响仿真分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 磁致伸缩传感器灵敏度提升的实验研究 |
5.1 传感器灵敏度检测系统实验平台搭建 |
5.1.1 传感器机械加载实验平台 |
5.1.2 传感器输出信号检测系统 |
5.1.3 传感器灵敏度检测系统 |
5.2 感知元件形状优化提升传感器灵敏度性能实验 |
5.2.1 沙漏型感知元件加工及检测模型 |
5.2.2 沙漏型谐振传感器灵敏度性能测试 |
5.3 基于负泊松比基体的传感器灵敏度提升实验 |
5.3.1 负泊松比基体压磁传感器检测模型 |
5.3.2 负泊松比基体传感器灵敏度性能实验 |
5.3.3 负泊松比基体结构参数对灵敏度的影响 |
5.4 检测系统对灵敏度影响实验 |
5.4.1 激励磁场参数实验结果 |
5.4.2 偏置磁场参数实验结果 |
5.4.3 检测线圈参数实验结果 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
(5)高温电涡流传感器感应探头的设计与优化(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 电涡流传感器技术的发展现状 |
1.2.2 基于LTCC技术传感器的研究现状 |
1.3 本文主要的研究内容 |
2 高温下涡流检测原理分析与探头结构设计 |
2.1 涡流检测基本原理 |
2.2 感应探头阻抗与温度、位移的映射关系 |
2.3 感应探头的结构设计 |
2.4 探头线圈形状的确定 |
2.4.1 仿真模型的建立 |
2.4.2 线圈形状的确定 |
2.5 感应探头材料的选择 |
2.5.1 线圈材料的选择 |
2.5.2 探头基底材料的选择 |
2.6 本章小结 |
3 感应探头阻抗特性分析与结构参数优化 |
3.1 感应探头阻抗特性影响因素分析 |
3.1.1 激励源对阻抗特性的影响分析 |
3.1.2 被测物尺寸对阻抗特性的影响分析 |
3.1.3 被测物电磁特性对阻抗特性的影响分析 |
3.2 MATLAB遗传算法优化线圈几何参数 |
3.2.1 遗传算法优化流程设计 |
3.2.2 数学优化模型的建立 |
3.2.3 优化结果与分析 |
3.3 单层线圈厚度与总层数的优化 |
3.4 互联通孔和电极结构的确定 |
3.5 本章小结 |
4 感应探头的制作和性能测试 |
4.1 感应探头的制作与关键工艺分析 |
4.1.1 LTCC工艺 |
4.1.2 制作材料及设备 |
4.1.3 感应探头的制作工艺 |
4.2 感应探头结构参数测试 |
4.3 探头阻抗特性测试 |
4.3.1 测试平台搭建 |
4.3.2 频率的影响 |
4.3.3 被测物电磁特性的影响 |
4.3.4 被测物尺寸的影响 |
4.4 探头位移特性测试 |
4.4.1 水平位移测试 |
4.4.2 竖直位移测试 |
4.4.3 接近度测试 |
4.5 探头温度特性测试 |
4.6 本章小结 |
5 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 研究展望 |
参考文献 |
攻读硕士期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(6)汞基人工电磁结构特性及其温度感测关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究工作的背景与意义 |
1.2 人工电磁结构技术研究进展 |
1.2.1 调幅型人工电磁结构技术 |
1.2.2 调相型人工电磁结构技术 |
1.2.3 调极化方式型人工电磁结构技术 |
1.2.4 多参量调控型人工电磁结构技术 |
1.3 可控调谐型人工电磁结构技术研究进展 |
1.3.1 固态可控调谐型人工电磁结构技术 |
1.3.2 液态可控调谐型人工电磁结构技术 |
1.4 基于人工电磁结构的感知技术研究进展 |
1.4.1 基于常规人工电磁结构的感知技术 |
1.4.2 基于谐振型人工电磁结构的感知技术 |
1.5 本论文的主要贡献与创新 |
1.6 本论文的结构安排 |
第二章 人工电磁结构理论基础 |
2.1 电磁理论基础 |
2.2 人工电磁结构特性的分析理论 |
2.2.1 等效媒质分析理论 |
2.2.2 传输线分析理论 |
2.2.3 等效电路分析理论 |
2.3 汞基人工电磁结构特性的仿真与实验研究方法 |
2.3.1 汞基人工电磁结构特性的仿真方法 |
2.3.2 汞基人工电磁结构的制备方法 |
2.3.3 汞基人工电磁结构特性的测试方法 |
2.4 本章小结 |
第三章 液态基可控调谐型人工电磁结构特性研究 |
3.1 液态基人工电磁结构单元 |
3.2 液态基人工电磁结构特性的受控机理研究 |
3.2.1 电磁感应力产生机制及特性研究 |
3.2.2 电磁感应力-液体阻力互作用效应研究 |
3.3 液态基人工电磁结构的可控电磁响应特性研究 |
3.3.1 液态基人工电磁结构的可控电磁响应特性仿真研究 |
3.3.2 液态基人工电磁结构的可控电磁响应特性实验研究 |
3.4 本章小结 |
第四章 汞基人工电磁结构特性及温控机理研究 |
4.1 汞基双开口谐振环的电磁特性研究 |
4.1.1 汞基双开口谐振环设计及理论分析 |
4.1.2 汞基双开口谐振环电磁特性仿真分析 |
4.2 高Q值汞基人工电磁结构设计及其温控特性研究 |
4.2.1 类EIT式汞基人工电磁结构设计及其温控特性研究 |
4.2.2 反射型汞基人工电磁结构设计及其温控特性研究 |
4.2.3 非对称式汞基人工电磁结构设计及其温控特性研究 |
4.2.4 Anapole式汞基人工电磁结构设计及其温控特性研究 |
4.3 本章小结 |
第五章 汞基人工电磁结构吸波热效应特性研究 |
5.1 汞基人工电磁结构的吸波热效应机理研究 |
5.1.1 汞基人工电磁结构吸波热效应能量耦合机理 |
5.1.2 汞基人工电磁结构的电磁加热机理研究 |
5.1.3 汞基人工电磁结构的热传控机理研究 |
5.2 汞基人工电磁结构的吸波热效应特性仿真研究 |
5.2.1 汞基人工电磁结构电磁吸波率仿真 |
5.2.2 汞基人工电磁结构电磁热转化率仿真 |
5.2.3 汞基人工电磁结构电磁热耗散率仿真 |
5.2.4 汞基人工电磁结构的吸波热效应特性分析 |
5.3 汞基人工电磁结构的吸波热效应特性实验研究 |
5.3.1 汞基人工电磁结构的吸波热效应特性测试平台搭建 |
5.3.2 汞基人工电磁结构的吸波热效应特性测试与分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 汞基人工电磁结构式温度传感器设计及其特性研究 |
6.1 微带线耦合的汞基人工电磁结构式温度传感器特性研究 |
6.1.1 馈电耦合结构简介 |
6.1.2 非对称Fano型汞基人工电磁结构式温度传感器特性研究 |
6.1.3 Anapole式汞基人工电磁结构式温度传感器特性研究 |
6.2 汞基人工电磁结构式温度传感器设计及特性研究 |
6.2.1 汞基人工电磁结构式温度传感器设计 |
6.2.2 汞基人工电磁结构式温度传感器性能测试研究 |
6.3 本章小结 |
第七章 全文总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(7)柔性微波频选电磁结构的设计及其电磁特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 柔性频选电磁结构的国内外研究现状 |
1.2.1 适用于可展曲面的可弯曲频选电磁结构 |
1.2.2 适用于不可展曲面的可延展频选电磁结构 |
1.3 论文选题意义与结构安排 |
第二章 基于平面结构设计的柔性频选电磁结构 |
2.1 引言 |
2.2 基于O型槽结构加载的柔性天线设计 |
2.2.1 平面单极子天线 |
2.2.2 天线的设计及柔性化制备 |
2.2.3 天线的性能研究 |
2.2.4 小结 |
2.3 基于蛇形结构加载的柔性频选表面 |
2.3.1 直线结构频选表面 |
2.3.2 蛇形结构频选表面 |
2.3.3 小结 |
2.4 基于人工表面等离激元结构的柔性电磁诱导透明器件 |
2.4.1 电磁诱导透明结构的设计及验证 |
2.4.2 器件的应用探究 |
2.4.3 小结 |
2.5 本章小结 |
第三章 基于区块化设计的柔性频选电磁结构 |
3.1 引言 |
3.2 基于区块化设计的柔性频选表面 |
3.2.1 区块化设计策略 |
3.2.2 器件设计与制备 |
3.2.3 器件分析与验证 |
3.2.4 小结 |
3.3 基于区块化设计的柔性电磁诱导透明器件 |
3.3.1 调控机理讨论及验证 |
3.3.2 调控器件设计及验证 |
3.3.3 区块化设计策略研究 |
3.3.4 小结 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于三维折纸结构设计的柔性频选电磁结构 |
4.1 引言 |
4.2 基于折纸结构的电磁引诱透明器件 |
4.2.1 结构设计及概念 |
4.2.2 器件设计及验证 |
4.2.3 电路模型及参数研究 |
4.2.4 小结 |
4.3 基于折纸结构的频选表面 |
4.3.1 结构设计及概念 |
4.3.2 器件分析及验证 |
4.3.3 理论解释 |
4.3.4 小结 |
4.4 本章小结 |
第五章 全文总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 主要创新点 |
5.3 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(8)基于液态金属的温控超材料设计与特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 电磁超材料研究进展 |
1.2.1 基于流体介质基底的超材料研究现状及发展趋势 |
1.2.2 基于液态金属的超材料研究现状及发展趋势 |
1.3 本论文的结构安排 |
第二章 液态金属基温控超材料理论及仿真方法 |
2.1 电磁超材料基本理论及分析方法 |
2.1.1 电磁超材料基本理论 |
2.1.2 电磁超材料分析方法 |
2.2 液态金属基温控超材料主要研究方法 |
2.2.1 液态金属基温控超材料全波电磁仿真方法 |
2.2.2 液态金属基温控超材料多物理场仿真方法 |
2.3 本章小结 |
第三章 基于液态金属的高Q值温控超材料谐振单元设计 |
3.1 基于Fano谐振的液态金属基高Q值超材料单元设计 |
3.1.1 Fano谐振机理 |
3.1.2 Fano结构单元设计 |
3.2 基于EIT谐振的液态金属基高Q值超材料单元设计 |
3.2.1 EIT谐振机理 |
3.2.2 EIT结构单元设计 |
3.3 基于Anapole谐振的液态金属基高Q值超材料单元设计 |
3.3.1 Anapole谐振机理 |
3.3.2 Anapole结构单元设计 |
3.4 基于ELC谐振的液态金属基高Q值超材料单元设计 |
3.4.1 ELC谐振机理 |
3.4.2 ELC结构单元设计 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于液态金属的温控超材料热可控特性研究 |
4.1 液态金属基温控超材料热可控特性数值仿真 |
4.1.1 Fano型液态金属基温控超材料热可控特性仿真 |
4.1.2 EIT型液态金属基温控超材料热可控特性仿真 |
4.1.3 Anapole型液态金属基温控超材料热可控特性仿真 |
4.1.4 ELC型液态金属基温控超材料热可控特性仿真 |
4.2 液态金属基温控超材料结构单元加工 |
4.3 液态金属基温控超材料热可控特性实验测试 |
4.3.1 Fano型液态金属基温控超材料热可控特性测试 |
4.3.2 EIT型液态金属基温控超材料热可控特性测试 |
4.3.3 Anapole型液态金属基温控超材料热可控特性测试 |
4.3.4 ELC型液态金属基温控超材料热可控特性测试 |
4.4 本章小结 |
第五章 基于液态金属的温控超材料热非线性特性研究 |
5.1 基于液态金属的温控超材料热非线性耦合机理 |
5.2 基于液态金属的温控超材料电磁热理论 |
5.2.1 电磁热机理分析 |
5.2.2 影响液态金属基温控超材料电磁热的主要因素 |
5.3 基于液态金属的温控超材料传热控制机理 |
5.3.1 三种基本传热方式 |
5.3.2 液态金属基温控超材料传热控制方程 |
5.4 基于液态金属的温控超材料热非线性特性仿真 |
5.4.1 液态金属基温控超材料电磁吸波率仿真 |
5.4.2 液态金属基温控超材料电磁热仿真 |
5.4.3 液态金属基温控超材料热非线性动态耦合仿真 |
5.4.4 液态金属基温控超材料热非线性调控关系 |
5.5 基于液态金属的温控超材料热非线性特性实验验证 |
5.5.1 液态金属基温控超材料热非线性特性测试平台简介 |
5.5.2 液态金属基温控超材料热非线性特性测试 |
5.6 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 全文工作总结 |
6.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的成果 |
(9)油气管道低频电磁外检测技术若干问题研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究的目的与意义 |
1.1.1 课题研究的目的 |
1.1.2 课题研究的意义 |
1.2 交变电磁场检测技术国内外研究现状 |
1.3 低频电磁检测技术发展现状 |
1.4 当前存在的问题及论文主要研究内容 |
1.4.1 存在的问题及分析 |
1.4.2 论文主要研究内容 |
1.5 论文整体结构 |
第2章 低频电磁检测技术理论研究 |
2.1 低频电磁基本理论 |
2.1.1 麦克斯韦方程组 |
2.1.2 矢量扩散方程 |
2.1.3 磁折射效应 |
2.2 低频电磁检测技术原理 |
2.2.1 低频漏磁场产生机理 |
2.2.2 低频漏磁场组成 |
2.3 低频电磁检测技术分析方法 |
2.3.1 双空芯线圈理论数学解析模型 |
2.3.2 影响因素分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 低频电磁检测实验系统研究 |
3.1 基于感应式磁传感器检测线圈的多通道探头阵列 |
3.1.1 感应式磁传感器检测线圈数学模型及理论计算 |
3.1.2 多通道感应式磁传感器检测线圈及励磁线圈模块 |
3.2 低频电磁检测实验系统各组成模块设计与分析 |
3.2.1 激励电路模块 |
3.2.2 信号调理电路模块 |
3.2.3 信号采样电路模块 |
3.2.4 存储读取一体化电路模块 |
3.2.5 低频电磁检测实验系统 |
3.3 四参数正弦拟合算法分析 |
3.4 低频电磁检测实验系统初步实验验证 |
3.4.1 缺陷深度与检测信号关系 |
3.4.2 励磁线圈驱动频率与检测信号关系 |
3.4.3 提离值与检测信号关系 |
3.5 本章小结 |
第4章 油气管道不同类型缺陷低频漏磁场分布特征研究 |
4.1 不同类型缺陷低频漏磁场理论分析 |
4.1.1 基于磁偶极子理论的数学模型建立 |
4.1.2 不同类型凹槽裂纹缺陷低频漏磁场数值仿真分析 |
4.2 实验及结果分析 |
4.2.1 实验平台搭建 |
4.2.2 不同类型缺陷低频漏磁场分布实验结果与分析 |
4.3 本章小结 |
第5章 低频电磁技术中油气管道上下表面缺陷分辨方法研究 |
5.1 基于涡流线圈的复合探头设计 |
5.1.1 涡流线圈并联谐振分析 |
5.1.2 涡流检测线圈阻抗理论计算 |
5.2 复合探头影响因素 |
5.2.1 涡流检测线圈性能参数分析 |
5.2.2 涡流线圈与感应式磁传感器检测线圈干扰机制分析 |
5.3 实验及结果分析 |
5.3.1 实验平台搭建 |
5.3.2 涡流线圈实验结果分析及讨论 |
5.3.3 感应式磁传感器检测线圈实验结果分析及讨论 |
5.4 本章小结 |
第6章 包覆层下油气管道表面腐蚀缺陷检测方法研究 |
6.1 低频脉冲涡流检测技术理论分析 |
6.1.1 含包覆层油气管道低频脉冲涡流检测技术模型建立 |
6.1.2 激励线圈矢量磁位分析计算 |
6.1.3 检测线圈感应磁场分析计算 |
6.2 利兹线理论研究 |
6.2.1 利兹线理论数学模型建立 |
6.2.2 利兹线涡流损耗与铜导线对比分析 |
6.3 实验及结果分析 |
6.3.1 低频脉冲涡流检测线圈 |
6.3.2 低频脉冲涡流检测线圈相关参数测试分析 |
6.3.3 脉冲涡流检测线圈实验 |
6.4 本章小结 |
第7章 结论 |
参考文献 |
附录A 符号说明 |
在学研究成果 |
致谢 |
(10)太赫兹成像系统前端技术(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与选题意义 |
1.2 太赫兹被动成像系统及前端发展动态 |
1.3 太赫兹主动成像系统及前端发展动态 |
1.4 太赫兹关键电路发展动态 |
1.4.1 太赫兹混频器国内外发展动态 |
1.4.2 太赫兹倍频器国内外发展动态 |
1.5 本文研究内容及章节安排 |
第二章 基于平面肖特基二极管的太赫兹混频器研究 |
2.1 引言 |
2.2 平面肖特基混频二极管 |
2.2.1 肖特基二极管等效电路模型及关键参数 |
2.2.2 混频二极管三维电磁模型 |
2.2.3 低寄生参量太赫兹混频二极管 |
2.2.4 表面沟道肖特基二极管制作工艺 |
2.3 太赫兹混合集成分谐波混频器研究 |
2.3.1 太赫兹混合集成混频器优化方法 |
2.3.2 220GHz混合集成分谐波混频器 |
2.3.3 330GHz混合集成分谐波混频器 |
2.4 2 0GHz宽带单片集成混频器 |
2.4.1 单片集成混频器技术 |
2.4.2 220GHz单片集成混频二极管优化 |
2.4.3 220GHz单片集成混频器仿真优化 |
2.4.4 220GHz单片集成混频器实验研究 |
2.5 本章小结 |
第三章 固态太赫兹高效率三倍频器研究 |
3.1 引言 |
3.2 肖特基倍频二极管分析与建模 |
3.2.1 肖特基变容二极管理论 |
3.2.2 肖特基倍频二极管建模与分析 |
3.3 太赫兹三倍频器研究 |
3.3.1 太赫兹三倍频电路 |
3.3.2 太赫兹倍频二极管“电–热”模型 |
3.3.3 太赫兹高效率倍频器研究 |
3.3.4 220GHz高效率三倍频器仿真优化 |
3.3.5 220GHz高效率三倍频器实验研究 |
3.4 本章小结 |
第四章 太赫兹集成接收前端研究 |
4.1 引言 |
4.2 太赫兹集成接收机前端研究背景 |
4.3 110GHz宽带三倍频器 |
4.3.1 110GHz宽带三倍频器电路 |
4.3.2 110GHz宽带三倍频器仿真优化 |
4.3.3 110GHz宽带三倍频器实验研究 |
4.4 220GHz宽带集成接收机前端仿真优化 |
4.4.1 分立模块组合太赫兹接收机前端性能分析 |
4.4.2 太赫兹接收机前端中倍频器与混频器级间匹配优化方法 |
4.4.3 220GHz宽带集成接收机前端仿真 |
4.5 220GHz宽带集成接收机前端实验研究 |
4.6 本章小结 |
第五章 太赫兹成像前端系统验证 |
5.1 引言 |
5.2 太赫兹被动成像系统验证 |
5.2.1 太赫兹被动成像简介 |
5.2.2 太赫兹平面扫描被动成像系统组成 |
5.2.3 太赫兹宽带辐射计研究 |
5.2.4 天线、伺服系统及数据采集 |
5.2.5 太赫兹平面扫描被动成像系统实验结果 |
5.3 太赫兹主动成像系统验证 |
5.3.1 太赫兹合成孔径雷达简介 |
5.3.2 330GHz逆合成孔径雷达系统 |
5.3.3 220GHz视频合成孔径雷达系统 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 论文研究工作总结 |
6.2 论文的主要创新点 |
6.3 未来展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
四、基于灵敏度的电磁结构形状优化方法研究(论文参考文献)
- [1]高速电磁层析成像关键技术研究及应用[D]. 霍继伟. 北京交通大学, 2021
- [2]多相流电磁相关流量测量技术研究[D]. 王航超. 西安石油大学, 2021(09)
- [3]基于微纳加工的高灵敏度微波湿度传感器设计方法研究[D]. 于赫. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [4]磁致伸缩传感器的灵敏度提升方法及实验研究[D]. 丛沫岳. 东北电力大学, 2021(09)
- [5]高温电涡流传感器感应探头的设计与优化[D]. 崔得位. 大连理工大学, 2021(01)
- [6]汞基人工电磁结构特性及其温度感测关键技术研究[D]. 马亮. 电子科技大学, 2021(01)
- [7]柔性微波频选电磁结构的设计及其电磁特性研究[D]. 陈思宏. 电子科技大学, 2021(01)
- [8]基于液态金属的温控超材料设计与特性研究[D]. 陈德旭. 电子科技大学, 2021(01)
- [9]油气管道低频电磁外检测技术若干问题研究[D]. 黄平. 沈阳工业大学, 2021(02)
- [10]太赫兹成像系统前端技术[D]. 杨益林. 电子科技大学, 2020(03)