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关键词： 涡流检测   近似解析计算   腐蚀缺陷   亚表面缺陷   自然缺陷  

摘要： 高温高压输油气管道和高铁列车轨道等铁磁性材料,经常会由于工况和外界载荷作用产生应力腐蚀缺陷或者疲劳裂纹,从而造成巨大经济损失,有时候严重地甚至会威胁到相关人员的生命安全。对金属构件的缺陷检测,进而检测监护材料的健康状况,预测金属材料的使用寿命一直是推动机械工业发展的重要方向。电涡流检测作为金属缺陷无损检测方法的重要方法之一,它具备安全、绿色、便捷、经济的特点,一直备受无损检测领域科研人员的关注,从上个世纪五六十年代起就已在航天飞机、轮船、汽车、管道等领域的缺陷检测发挥着重要作用。本文主要对电涡流对腐蚀缺陷、亚表面缺陷和缝状自然缺陷检测进行理论研究,推导了磁矢量势的表达式,研究了缺陷的深度、宽度、体积、埋藏深度等几何参数影响磁场分布的过程,开展以下研究内容:首先针对在石油、煤炭、天然气等领域要求的具有耐高温耐高压的多层管道壁腐蚀缺陷进行理上的近似计算。具体的近似方法是将常见的多层管道内壁腐蚀缺陷作为盲孔缺陷的组合,将盲孔缺陷的磁场叠加,作为多层管道壁圆锥缺陷检测的磁场的近似,发现保证误差的情况下近似计算的效率是数值仿真计算的40倍。然后对高速铁路轨道检测领域遇到的亚表面暗伤以及皮下型腐蚀缺陷进行理论解析计算,建立含亚表面缺陷的数学解析模型,运用截断区域(TREE)法计算缺陷区域的特征值,利用每层之间的边界条件求解每层磁矢量势的系数表达式,并将计算结果与有限元数值仿真结果进行了对比分析,发现解析计算的相对误差都在3.5%以内,计算效率是数值仿真计算的100倍。最后,用包含过渡区域的缺陷作为自然缺陷,且运用椭圆型自然缺陷对缝状自然缺陷进行了近似计算,并且发现采用等比例的近似方法能使近似计算与数值仿真计算的相对误差控制在1.16%以内。通过对缝状缺陷的四种近似方法设置实验,最终实验结果证明了采用等比例近似的方法效果最好。通过以上研究内容,有助用于深入理解理解电涡流检测解决实际工程问题中缺陷影响涡流场分布的过程;另一方面可以快速计算出在含不同类型缺陷时涡流无损检测电磁场便于针对不同的缺陷种类线圈进行优化,合理选择缺陷特征信号。

关键词： 辐射波模拟器   电磁脉冲   双锥-平面线栅天线   电磁场   数值模拟  

摘要： 双锥-平面线栅结构的水平极化辐射波天线对辐射场半宽影响较小且架设方便、易于维护,掌握该型天线场分布规律是确定模拟器场均匀区、开展电磁脉冲效应实验的前提。利用天线理论研究双锥-平面线栅天线的场分布规律,结合数值模拟和实际天线试验对理论分析结果进行验证。结果表明:在天线结构和激励电压确定的条件下,双锥中心正下方辐射电场极化分量仅与测点到源的距离相关,二者呈反比;Oxz平面内以双锥中心为圆心的圆弧上任意一点辐射电场极化分量的幅值相等,并在同一时刻达到峰值;Oxz平面内同一水平线上的测点总辐射场幅值相等,方向沿测点所在圆弧的切线方向;各辐射场分量关于Oxz平面和Oyz平面对称分布;对于实际模拟器,地面反射会使辐射场波形下降沿陡降,导致地面附近辐射场半宽变小;线栅极板会影响附近的场分布,且极板外侧4个角点处的反射相对较强,其他位置辐射场分布与理论分析一致。

关键词： 屏蔽效能   气体绝缘组合电器   电磁场理论   等效模型   感应电流   敏感设备   电能损耗   GIS变电站  

摘要： 气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)变电站运行时会产生环流使电磁环境变得复杂,导致外壳产生感应电流,造成电能损耗,引起GIS绝缘损坏,产生重大隐患。在外部装机箱外壳可大大减少变电站复杂环境的影响。考虑设备散热和接线的问题,对机箱外壳开孔进行了研究。首先对敏感设备机箱进行建模,导入仿真软件中进行仿真,然后根据电磁场理论建立外壳的等效模型,利用通过多层自适应交叉近似算法提取外壳等效模型的相关参数,预测外壳的屏蔽效能,最后与仿真结果对比验证有效性。

关键词： 土壤   传感器   含水率   电导率   阻抗变换   电磁仿真  

摘要： 为了提高基于驻波比原理(Standing Wave Ratio,SWR)的土壤剖面水分传感器非接触式测量精度及传感器在田间土壤水分测量中的实用性,该研究基于电磁仿真软件和印刷电路板工艺设计了一种基于边缘电磁场理论的小型定向测量探头,并进行了探头阻抗变换电路的设计,最后借助矢量网络分析仪探究了探头阻抗与介质、电导率的关系。在论证检测原理有效性的基础上,首先采用High Frequency Structure Simulator电磁场仿真验证探头结构的合理性。并配置不同介电常数的介质溶液进行试验,确定了剖面土壤水分传感器的阻抗特性及测量范围。同时,为了分析土壤电导率对测量结果的影响,配置不同水分、电导率梯度的土壤样本,利用矢量网络分析仪分析了探头阻抗与水分及电导率的关系。结果表明,在土壤含水率3%~56%、土壤电导率0~6 300μS/cm时,测量最大绝对误差6.33%。与ET-5、5TE两种商用传感器受土壤电导率影响精度性能进行对比,传感器在非盐碱土壤(电导率在0~6 300μS/cm内)土壤体积含水率相对误差相比其他两款传感器减少了0.17~5.27个百分点,受电导率影响在非盐碱土壤测量时更小,基本满足非盐碱地土壤田间实际检测需求。研究成果可为土壤剖面水分测量提供理论基础与技术参考。

关键词： 体征信息   4G通信技术   抗电磁干扰   实时监测  

摘要： 由于输电线路产生的高强度交变磁场的影响,带电作业过程中,常规的体征监测系统无法对作业人员的体征信息进行准确的识别,使其生命安全难以得到有效保障。针对上述问题,设计并开发了一种抗电磁干扰的带电作业体征监测系统。该系统在不影响作业人员正常工作的前提下,对其体征信息进行监测,通过4G通信技术实现了作业人员体征信息的实时回传。同时,为了使监测设备在带电作业高强度交变电磁场环境下能正常工作,有针对性地设计了可切换多频带通滤波器,实现了滤波器对信号的选择性地滤除,使其满足通信及抗电磁干扰的需求。移动端软件可显示实时数据曲线、报警提示、时间、设备电量等信息,并且可以将获得的体征信息进行处理,提前评估作业人员的体征状况,从而保证作业人员进入亚健康状态之前便可及时停止作业,达到了实时监控、信息报警的功能。

关键词： 蝶式感应加热中间包   电磁场   流场   温度场   升温特性  

摘要： 针对传统连铸设备中间包钢液入口与浇注口距离近无法安装感应加热装置的问题,设计出一种新型蝶式感应加热中间包,并建立三维非稳态磁-热-流耦合数学模型研究电磁场对蝶式中间包内流场和温度场的影响,得到感应加热功率与升温特性间的关系.结果表明,感应电流在中间包中形成闭合回路且主要集中在通道处.偏心电磁力使得钢液在通道内产生旋流并伴有较大切向速度,流出通道的钢液向浇注室上方运动.中间包过流量为2 t/min时,无感应加热情况下出口温降为7 K,而有感应加热情况下,当加热功率由600 kW增至1000 kW,出口温升由8 K增至27 K.

关键词： 工程电磁场   理论教学   思政元素   慕课  

摘要： 本文围绕电气工程专业基础课程中的《工程电磁场》的教学特点,对如何将思政教育融合进理论课教学中进行了简单的探索:集思广益,深挖课程中的思政元素;结合雨课堂、慕课等教学新手段和形势,将思政教育融进课前课中和课后。在推进思政教育的过程中,重构教学目标,梳理教学过程和教学评价,是保证思政教育效果的重要工作。

关键词： HL-2M装置   初始等离子体   实时控制   晶闸管电源  

摘要： 为满足HL-2M装置初始等离子体放电参数的需求,根据磁场电源的主回路拓扑结构设计了一套实时控制系统。系统硬件架构基于NI PXI与CompactRIO控制器,采用基于共享内存网络的千兆光纤网络传输数据,并在本地将中控传输的控制数据处理为对应的触发脉冲,具备很强的实时性与准确性。经过首次等离子体放电实验的验证,磁场电源实时控制系统可完全满足首次等离子体放电的需求。

关键词： MAGNET   电磁场   仿真   干式变压器   阻抗   计算  

摘要： 利用专用的电磁仿真软件MAGNET对轴向双分裂和大容量等复杂干式变压器进行了不同运行工况下的磁场分析和验证。基于场路耦合法根据需要模拟的工况建立合适的2D或3D等效模型,并利用正确的等效电路和边界条件对变压器的运行工况进行有限元分析模拟,最终通过能量法或电压法得到相应工况下变压器的阻抗。实际测试结果表明该方法的计算精度可满足产品实际要求,可使用MAGNET对干式变压器的阻抗进行仿真计算和设计改进。