涡流效应对动圈式地震检波器芯体悬体质量的影响研究

合集下载

高中物理-专题涡流与电磁阻尼问题(解析版)

2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-2）第四部分电磁感应专题4.46 涡流与电磁阻尼问题一．选择题1．（2020年5月青岛二模）如图，物理老师做了一个奇妙的跳环实验：他把一个带铁芯的线圈L、开关S 和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，使铁芯穿过套环，闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起；某同学另找来器材再做此实验，他连接好电路，重复实验，发现线圈上的套环没有动。

对比老师做的实验，下列四个选项中，导致套环没有动的原因可能是A．线圈接在了直流电源上B．电源的输出电压过高C．所选线圈的匝数过多D．所用套环的材料与老师的不同【参考答案】D【名师解析】闭合开关S的瞬间，套环中产生感应电流，受到安培力作用，使套环立刻跳起；某同学另找来器材再做此实验，他连接好电路，重复实验，发现线圈上的套环没有动，导致套环没有动的原因可能是所用套环的材料可能为非导体或套环不闭合，套环中不能产生感应电流，即所用套环的材料与老师的不同，选项D正确。

2．（2020广东东莞模拟自测）如图所示，一根质量为M、长为L的铜管竖直放置在水平桌面上，现让一块质量为m、可视为质点的强磁铁从铜管上端由静止下落，强磁铁在下落过程中不与铜管接触，不计空气阻力．下列说法正确的是图A ．强磁铁下落过程中，桌面对铜管的支持力小于MgB ．强磁铁下落过程中，铜管和强磁铁组成的系统机械能守恒C ．若将铜管换成铝管，强磁铁将做自由落体运动D ．强磁铁下落到桌面的时间【参考答案】D【名师解析】强磁铁在下落过程中，在铜管中产生感应电流，强磁铁受到向上的阻尼作用，下落的加速度小于重力加速度，强磁铁下落到桌面的时间。

根据牛顿第三定律，强磁铁对铜管的作用力向下，所以强磁铁下落过程中，桌面对铜管的支持力大于Mg ，选项A 错误D 正确；强磁铁在下落过程中，在铜管中产生感应电流，铜管和强磁铁组成的系统机械能不守恒，选项B 错误；若将铜管换成铝管，强磁铁在下落过程中，在铝管中产生感应电流，强磁铁将做加速度小于g 的下落运动，选项C 错误。

基于STM32的涡流检测系统

基于STM32的涡流检测系统张荣华;刘建旭【摘要】Consider of the needs for detection of surface defects on ferromagnetic material in today′s industrial safety production, based on the principle of eddy current testing and new anisotropic magnetoresistance HMC1043 with three-axis induced spatial magnetic field information , a new simplified non-destructive testing system was designed. In this system STM32F103 processor was used to resetHMC1043 and collect Data and display the pro-cessed data. Also, the data was sent to the PC to analyze through the serial port. A COMSOL software which based on the finite element analysis was used to simulate principle. The testing effect of this system has been proved by experiments. It shows that, nondestructive testing system can do the fast and effective judgment on the surface of the ferromagnetic materials with micro defects under the surface between 2 to 3 millimeter.%针对当今工业安全生产中对非铁磁性试件表面缺陷检测的需求,根据涡流检测原理,基于新型异向磁阻三轴磁场传感器HMC1043感应空间磁场信息,同时运用STM32F103处理器对HMC1043进行置位与数据的采集处理和显示,并将数据利用串口发送给上位机进行分析,从而设计了一种新型简易的无损检测系统.运用基于有限元分析法的COMSOL软件进行原理仿真,并对系统的检测效果进行实验验证.实验结果表明:该无损检测系统能够对非铁磁材料表面及其表面下2~3 mm微小缺陷进行快速有效的判断.【期刊名称】《天津工业大学学报》【年(卷),期】2017(036)002【总页数】5页(P64-68)【关键词】涡流检测系统;AMR传感器;STM32处理器;COMSOL软件【作者】张荣华;刘建旭【作者单位】天津工业大学电气工程与自动化学院,天津 300387;天津工业大学电气工程与自动化学院,天津 300387【正文语种】中文【中图分类】TH702目前，无损检测技术主要有X射线、红外线成像技术、超声波技术等.其中，X射线设备体积大，有辐射；红外热成像设备结构复杂，体积大，且检测人员需要有丰富的经验；超声波技术在设备上以及检测的灵敏度上都有很大的提高，但是超声波检测需要与试件接触，且每次检测试件不同位置需要涂抹耦合剂，不能够进行实时检测.涡流检测（ECT）是一种众所周知的低成本检测技术，经常用来对导电材料进行无损检测[1-3].涡流检测的工作原理基于电磁技术，当被测样品处在变化的磁场周围时，其内部会产生相应的涡流，若被测样品表面有缺陷，其涡流产生的磁场也会变化，此时经过磁传感器就能对其变化做出相应的输出，进而获得非铁磁性材料的磁导率、缺陷位置、厚度、大小等信息.因此，通过对磁场变化量的正确测量就能对材料表面的缺陷进行精确的定位[4-5].在许多工业应用中，对磁场变化的测量必须具有良好的精度，才能够对被测材料的完整性、可靠性以及安全性进行综合评估. 本文设计了一种基于STM32的简易涡流检测系统.选择Honeywell公司生产的HMC1043磁传感器对试件表面进行缺陷检测，数据经过放大处理后，再经STM32F103对数据进行采集以及滤波处理，再传给上位机进行波形显示[6-7].此系统具有操作简单、成本低廉、灵敏度高、可实时检测的优点.图1所示为涡流检测原理示意图.给线圈通一大小不断改变的电流，在其周围就会有变化的磁场，变化的磁场在导体内部产生涡流，涡流的变化能够产生变化的磁场，通过线圈两端的电压变化能够测出导体的部分特性.基于上述原理，该涡流检测系统主要包括电源部分、励磁信号产生部分、采集板部分、STM32数据处理部分以及结果显示部分，系统框图如图2所示.系统首先由信号发生器供给正弦信号给激励线圈[8]；中间通过一个恒流源将信号发生器产生的电压激励变换为电流激励，以此来产生励磁磁场；探头沿着灵敏轴扫描试件并采集数据，经过放大处理后由STM32读取数据，然后进行分析，提取出幅值信息；最后描述缺陷信息，以此来反应非铁磁材料有无缺陷.2.1 HMC1043传感器为满足实验精度，本文选用HMC1043磁场传感器.HMC1043是一种采用霍尼韦尔各向异性磁阻（AMR）技术的微型三轴磁场传感器，测量范围为±6 gauss，其一般应用在需要检测微弱磁场变化的装置中.通过设定由STM32给出的S/R脉冲信号频率，来确定实验的检测磁场频率.由HMC1043传感器的电桥电压输出口输出的差动电压就可以记录下S/R脉冲信号一个周期中各个轴方向下的磁场强度.图3为HMC1043基本惠斯通电路单元，其中电路差动电压输出端为OUT-、OUT+，VB为供电电压，VSS为公共接地端.在试验中若要检测空间三轴的磁场强度，就需分别测量OUT-X与OUT+X、OUT-Y与OUT+Y、OUT-Z与OUT+Z之间的电压差.给传感器电压为3 V时，差动电压变化的灵敏度为3 mV/gauss.检测的差动电压是高频信号，电压范围也只有0～18 mV，因此需要在每个轴的输出端接入放大电路.2.2 励磁线圈在涡流检测中，敏感线圈的设计起到至关重要的作用，其形状、尺寸、位置对磁阻传感器的灵敏度以及测量的范围影响很大[9-11].本文采用PCB板设计的两个双单向线圈垂直正交放置.给两个线圈分别通入经过电流源处理后的相位差为90°的正弦电流，如图4所示.由电磁感应定律得出中心点便是产生螺旋涡流的中心，把HMC1043传感器放在此位置以提高其检测的灵敏度.励磁信号发生器选用的是美国国家仪器PXI机箱配备的PXI-5412板卡.PXI-5412是一款100 Ms/s的任意波形发生器，其失真小于20 ps，使用PXI-5412板卡产生相位移差90°的正弦激励信号分别经恒流源后给2个励磁线圈.2.3 采集电路板采集板主要包括电源部分、HMC1043重置电路部分以及信号放大部分.2.3.1 HMC1043重置电路因为HMC1043是基于惠斯通电桥装置型的磁阻传感器，因此在工作状态时需要给一定频率的置位和复位（S/R）信号.其中，检测磁场输出的信号频率需要和提供的S/R信号频率一样.HMC1043的外围电路如图5和图6所示.图6中，当给P1接入幅值为3 V的方波SR信号时（由STM32产生），在方波的下降沿会触发U6的N沟道MOSFET和U7的P沟道MOSEFET，对RS+和RS-引脚产生一个正向脉冲置位信号来改变磁畴方向，使其平行于易磁化轴的正向，这样电桥输出的电压就是正电压.实际操作过程中产生的置位脉冲信号如图7所示.同理，若为方波信号的上升沿，那么电桥两端电压就是负电压.所以一个方波周期中就可以检测到HMC1043周围三轴磁场分别在正负轴方向上的磁场强度，共6个量.2.3.2 信号放大电路放大电路模块采用AD620对差动电压进行放大，考虑到HMC1043的检测范围为±6 gauss，对应的输出电压的范围为±18 mV，就要把输出电压范围放大100倍为±1.8 V，输出结果才能比较明显，其中一路放大原理图如图8所示.由HMC1043产生的差动电压引入到AD620芯片的-/+IN引脚中，由AD620放大后从OUTPUT引脚输出.AD620增益G与可调电阻RG的关系如下：由式（1）和式（2）得出：若放大倍数为100，需接入一个499 Ω的电阻，设计电路中接入一个阻值400 Ω的电阻，再串联一个500 Ω电位器.电位器起到微调增益阻值的作用，进而弥补了电阻本身不准确所造成的3个轴放大倍数不统一的缺陷.软件的主要功能是产生一定频率的方波，当捕获到方波上升沿时开启AD转换，对采集结果进行滤波并显示.在程序设计的过程中采用了模块化的设计方法，如图9所示，包括系统初始化模块、中断模块、数据采集模块、软件滤波模块和结果显示模块.经多次试验分析，在探测过程中，涡流检测系统的噪声主要是高频部分，包括采集板的抖动等.所以本系统选择了简单整系数低通滤波器来滤除部分高频信号[12-14].其系统函数与频率响应函数如下：综合式（3）和式（4）得出：考虑到实际需要，取m=2，p=3带入式（5）求出转移函数为：转移到时域方程为：根据式（7），依靠加法运算，在STM32F103处理器中实现低通滤波.4.1 仿真分析基于涡流检测原理，利用COMSOL Multiphysics建立模型进行仿真.COMSOL Multiphysics是一种基于有限元分析法仿真实际物理现象的软件，可以灵活的利用它进行所需模型的建立，将实际的物理环境通过计算机重现在虚拟环境中并进行仿真.本实验建立的仿真模型如图10所示，选用样品尺寸为长×宽×高= 300mm×200 mm×15 mm，选用图10所示的方形线圈，通一峰值0.3 mA的正弦电流，分别对有缺陷和无缺陷2种情况进行仿真，其中缺陷的尺寸为150 mm× 5 mm×10 mm，结果如图11所示.由图11可以看出，有缺陷的试件，其涡流在试件的中间缺陷位置也有明显的变化，进而引起试件周围磁场的变化，和理论分析相符合.4.2 实验验证采用STM32设计的涡流检测系统对表面有缺陷的铝板进行检测，缺陷的长×宽×高为50 mm×3 mm× 3 mm.采集板探头对铝板进行自左向右匀速扫描，其中励磁频率设定为500 Hz，采样频率由STM32设定为2 000 Hz，实验中主要检测的是Z轴方向上的磁场强度，采集板相对铝板提离高度设定为6 mm，对应传感器检测到的磁场强度为3×10-4T时所输出的电压大概为9 mV，放大倍数由电位器设定为100倍，由于HMC1043传感器的磁场强度检测范围为±6 gauss，由放大倍数得到输出的电压范围为±1.8 V.样板测试结果如图12所示.由图12可以看出，在没有缺陷的部分，系统输出电压的幅值基本保持恒定；当检测到有缺陷的时候，输出电压有明显的突变，进而可以判断缺陷的存在，从而验证了系统的可行性.同时，该系统能够实时的把检测结果数据上传给上位机，具有实时性的特点.本设计基于涡流检测原理和新型异向磁阻（AMR）三轴磁场传感器HMC1043（测量范围在±6 gauss），用STM32对HMC1043数据进行采集与处理.结果表明：基于STM32的涡流检测系统能够精确地对导电材料表面微小缺陷进行无损检测，由于HMC1043是一种小型的三轴表面安装的传感器序列系统，适用于低磁场磁性的检测，并且尺寸小，灵敏度极高，可靠性强，同时设计的系统具有成品体积小、成本低、灵敏度高、输出电压信号容易采集和分析、可实现实时检测的特点，所以基于STM32的涡流检测系统具有明显的优势.本实验发现试件与磁探头之间的距离大小对检测结果的影响比较显著，今后还需针对最佳检测距离作进一步研究.【相关文献】[1]夏纪真.中国大陆无损检测技术的现状与发展[C]//2011全球华人无损检测高峰论坛.厦门：无损检测资讯网，2011：737-743. XIA J Z.The actuality and development of NDT in Chinese mainland[C]//2011 Global Chinese NDT Forum.Xiamen：NDT News，2011：737-743（in Chinese）.[2]周正干，孙广开，马保全，等.先进复合材料超声无损检测新技术的应用[J].科技导报，2014，32（9）：15-20. ZHOU Z G，SUN G K，MA B Q，et al.Application of new developed techniques for ultrasonic nondestructive testing for advanced compositematerials[J].Technology Review，2014，32（9）：15-20（in Chinese）.[3]陈佩华.平板导体缺陷复合式涡流检测技术研究[D].杭州：浙江大学，2014. CHEN P H.Study on multi-mode eddy current technology for defect inspection of planar conductive structures[D].Hangzhou：Zhejiang University，2014（in Chinese）.[4]谢完成，戴瑜兴.一种新的基于霍尔传感器的电流测量方法[J].电子测量与仪器学报，2012，26（8）：705-710. XIE W C，DAI Y X.New current measurement method based on Hall sensors[J].Journal of Electronic Measurement and Instrument，2012，26（8）：705-710（in Chinese）.[5]GARCIA MARTIN J，GOMEZ GIL J，VAZQUEZSANC-HEZ E.Non-destructive techniques based one eddy current testing[J].Sensors，2011，11（3）：2525-2565.[6]HOSSEINI S，LAKIS A A.Application of time-frequency analysis for automatic hidden corrosion detection in a multilayer aluminum structure using pulsed eddycurrent[J].NDT&E International，2012，47：70-79．[7]YANG G，ZENG Z，DENG Y，et al.3D EC-GMR sensor system for detection of subsurface defects at steel fastener[J].NDT &E International，2012，50：20-28.[8]BERNIERI A，BETTA G，FERRIGNO L，et al.Multifrequency excitation and support vector machine regressor for ECT defect characterization[J].Instrumentation and Measurement，IEEE Transactioson，2014，63（5）：1272-1280.[9]ANGANI C S，PARK D G，KIM C G，et al.The pulsed eddy current differential probe to detect athickness variation in an insulated stainless steel[J].Nondestruct Eva，2010，29（4）：248-252.[10]HE Y，TIAN G Y，PAN M，et al.Non-destructive testing of low-energy impact in CFRP laminates and interior defects in honeycomb sandwich using scanning pulsed eddy current[J]. Composites Part B：Engineering，2014，59：196-203.[11]THEODOULIDIS T，WANG H，TIAN G Y.Extension of model for eddy currentinspection of cracks to pulsed excitation[J]. NDT&E International，2102，47：144-149. [12]吕绪敬.宽阻带微带低通滤波器的设计与研究[D].成都：电子科技大学，2013：1-2. LYU X J.Design and research of wide stopband microstrip low-pass filter[D].Chengdu：University of Electronic Science and Technology，2013：1-2（in Chinese）.[13]龚作豪，沈君凤.巴特沃斯低通滤波器的仿真设计[J].信息通信，2014，29（7）：40-41. GONG Z H，SHEN J F.The simulation design of butterworth low passfilter[J].Information&Communications，2014，29（7）：40-41（in Chinese）.[14]赵晓群，张洁.巴特沃斯低通滤波器的实现方法研究[J].大连民族学院学报，2013，15（1）：72-75. ZHAO X Q，ZHANG J.Research on implemental methods of butterworth low-pass filter[J].Journal of Dalian Nationalities University，2013，15（1）：72-75（in Chinese）.[15]GHONI R，DOLLAH M，SULAIMAN A，et al.Defect characterizationbasedoneddycurrent technique：Technical review[J]. Advances in Mechanical Engineering，2014（6）：1-11．[16]HE Y，TIAN G，ZHANG H，et al.Steel corrosion characterization using pulsed eddy current systems[J].IEEE Sensors J，2012，12（6）：2113-2120.。

zdt

高分辨率地震检波器综述朱卫星（中国石油大学（华东）地球资源与信息学院，山东东营257061）摘要：地震检波器作为地震信号的接受装置，检波器的性能是高分辨率地震数据采集中的一个重要因素，对地震资料的品质影响很大。

因此，随着高分辨率地震勘探的发展，地震检波器的发展也越来越受到人们的关注。

本文就是针对国内外地震检波器的发展状况做一个归纳和总结。

关键词：地震勘探；地震检波器；高分辨率；动态范围，光栅Review of seismic geophone ofhigh-resolutionZhu Weixing(Faculty of Resource and Information Technology，University of Ptroleum of China,Dongying 257061，China)Abstract：As the acceptation installment of seismic signal, the characteristic of seismicgeophone is an important factor in acquisition of domestic high-resolution seismic data, which affects the attribute of seismic data very much. So with the development of high resolution seismic exploration, the development of seismic geophone also more and more receives people’s attention.This article is aims at the development condition of the domestic and foreign seismic geophone to make an induction and the summary.Keyword: seismic exploration; seismic geophone; high resolution; dynamic range; grating 引言高分辨率地震勘探技术是一个系统工程，主要包括数据采集、数据处理和资料解释三个重要环节。

涡流发生器应用发展进展

涡流发生器应用发展进展黄红波;陆芳【摘要】This paper presents the basic concept of votex generator and its application in aviation, fluid mechanic, metallurgic industry and chemical engineering field.What’s more ,the application of vortex generator in transportation is mainly introduced.The vortex generator changes the flowing around propeller,which can rapidly reduce the pressure fluctuation and vibration of the ship.%介绍了涡流发生器原理、种类、用途以及涡流发生器较成熟地应用于航空、流体机械、冶金、化工等领域,并取得巨大成绩.重点介绍拓展涡流发生器新功能,成功应用于船舶交通领域,通过改变船舶尾部流场,能大幅度减低船舶螺旋桨空泡诱导的脉动压力,从而有效降低船舶尾部振动水平.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2011(035)003【总页数】5页(P611-614,618)【关键词】涡流发生器;流体分离;脉动压力【作者】黄红波;陆芳【作者单位】中船重工集团第七0二研究所无锡214082;中船重工集团第七0二研究所无锡214082【正文语种】中文【中图分类】U671.99涡流发生器（vortex generator）自1947年首次被美国联合飞机公司的Bmynes 和Tayler提出，到目前已广泛应用于航空、流体机械、冶金化工、汽车、船舶等领域.涡流发生器实际上是以某一安装角垂直地安装在机体表面上的小展弦比小机翼，所以它在迎面气流中和常规机翼一样能产生翼尖涡，由于其展弦比较小，翼尖涡的强度相对较强.这种高能量的翼尖涡与其下游的低能量边界层流动混合后，就把能量传递给边界层，使处于逆压梯度中的边界层流场获得附加能量后能够继续贴附在机体表面而不致分离.1 涡流发生器应用分类1.1 涡流发生器尺寸大小分类涡流发生器按大小分三类，即普通涡流发生器（VG）、亚附面层涡流发生器（SBVG）和微型涡流发生器（MVG）.普通涡流发生器初期多布置于飞机外翼段，也有布置于机翼根部和机翼中部，由于其外形尺寸较大，其高度与当地附面层的厚度相当甚至略大，对附面层分离的控制效果较好，但带来的附加阻力也相应增加，特别是在非工作状态，即附面层不分离情况下，产生较大的额外附加形状阻力，正是由于此原因，普通涡流发生器应用较大局限性，逐渐淡出人们的视野.亚附面层涡流发生器和微型涡流发生器主要是指其高度是当地附面层厚度的1／10～1／2，大量试验结果表明，亚附面层或微型涡流发生器延迟附面层的分离效果与普通涡流发生器效果相当，而附加阻力仅是普通VG的1／10.特别是MVG在许多增升装置中成功应用，如美国NASA Langley研究中心的J.C.Lin［1］等研究的微型涡流发生器应用在三段翼型的襟翼上，在相同的迎角下，分别把升力系数和升阻比提高10%和80%.1.2 涡流发生器应用形式分类根据涡流发生器控制附面层分离情况，可以分为被动型和主动型.目前应用最为广泛的是固体式的被动型涡流发生器.此类涡流发生器安装在特定位置，针对特定工况下，可以很好的延缓湍流附面层的分离，起增升降阻作用，但当不存在流动分离的情况下，被动式涡流发生器会增加形阻.主动式涡流发生器是指涡流射管（vortex generator jet），在易产生流动分离区域前方一定距离处，安装特定管径、特定偏航角度（与主流方向间夹角）、特定俯仰角度、特定射流速度（与主流速度比值）的射管，根据运行工况，可以调节涡流射管射流速度，达到合理利用涡流发生器控制流动分离的目的.2 被动式涡流发生器应用2.1 被动式涡流发生器在增升降阻中的应用早在20世纪60年代，Schubauer，Lachmann，Pearcey［2］对涡流发生器控制平板湍流附面层的流动机理进行了研究，研究了涡流发生器流动的湍流结构、流向涡的发展等.进入20世纪90年代，涡流发生器应用于飞机部件流动控制的研究进入高潮，Klausmeyer［3］，J.C.Lin，Wheeler，Broadley［4］，Fulsang Ashill［5］等对用于翼型和机翼湍流附面层控制的涡流发生器原理作了大量试验研究工作.国内对涡流发生也进行了大量研究，如段卓毅［6］等简要回顾了涡流发生器在飞机增升装置中的应用.倪亚琴［7］研究涡流发生器及其对边界层的影响.阎文成［8］对涡流发生器进行系统性研究总结，并针对一超临界翼形，在西北工业大学国防重点试验室NF－3低速风洞试验室中进行了超临界翼型的转捩特性，压力分布特性及气动力特性等.涡流发生器，关键因素之一是其高度与当地附面层厚度之间的关系.因为湍流边界层速度特性如图1所示，边界层厚度0.2δ以下，是粘性作用的主要区域，速度从零增长到外流速度的75%左右，在粘性和逆压梯度双重作用下，导致边界层在该区域发生分离，可见，只要该区域的流动速度得到提高，边界层抵抗分离的能力就增加，因此涡流发生器控制流动分离的机理是：涡流发生器产生的涡流应尽可能地注入到边界层厚度0.2δ（δ为边界层厚度）以下，靠近物面边界层的底部.图1 湍流边界层速度剖面2.2 被动式涡流发生器在加速热交换中的应用涡流发生器由于其能加速后方湍流附面层内流体的流动速度，使边界层厚度变薄，从而减小热阻，起到强化热交换的目的，因此逐步应用于冶金、化工、石化、能源等领域进行强化换热，提升热能利用.如周国兵［9］，郑慧凡［10］等进行了涡流发生器对强化换热的试验.结果表明，涡流发生器能明显改善换热效果，而且影响换热效果关键因素为迎流夹角及排列方式等.2.3 被动式涡流发生器在船舶领域的应用涡流发生器由于其能延缓流体分离，加速附面层内流体的流体速度，因此，近年来船舶工作者将其引入，收到意想不到的效果.Lee Pyungkuk［11］等人利用CFD计算技术，探讨了三角形涡流发生器对低速船舶尾流场的影响.他们在划分网格时，在涡流发生器附近进行加密处理后，共计算了涡流发生器在船舶不同纵向位置、不同高度（横向位置）、不同迎流夹角等螺旋桨处流场特性，即计算涡流发生器后流线，轴向伴流分数以及速度分布云图，计算结果表明，安装合适的涡流发生器后轴向速度可增加10%左右，如图2，图3.图2 螺旋桨0.7R处伴流曲线图3 涡流发生器在不同纵向位置速度分布2008年，中船重工702研究所陆芳、黄红波［12］等人遇到某大湖型船螺旋桨存在严重的桨船连体涡空泡，试验中螺旋桨空泡诱导脉动压力极为剧烈，超出此类船舶脉动压力可接受范围，为了解决脉动压力引起船舶振动问题，重新设计多个螺旋桨（增大侧斜，改变纵倾，叶梢部御载等）均未解决螺旋桨连体涡空泡，随后利用CFD的计算分析发现，该船尾有严重的流动分离现象，如图4a）所示，通过在船体尾部合适位置安装优化的涡流发生器后，船尾流动分量消失，如图4b）所示，随后在船模尾部合适位置安装合适涡流发生器，在大型循环水槽进行了原桨空泡脉动压力试验，在涡流发生器条件下，螺旋桨连体涡空泡完全消除，并大幅度降低螺旋桨激振力大小，如图5所示.渤海重工建造实船按此方案安装涡流发生器后，大幅度降低船舶振动，受到船东，船厂多方高底赞扬.这是涡流发生器首次在国内船舶减振上成功应用.图4 大湖型船涡流发生器安装前后船尾流动比较图5 涡流发生器对脉动压力影响2010年，某多用途船［13］在实船首次试航时，实航航速满足要求，但其船尾部振动剧烈，各舱室、房间及办公场所振动、噪声几乎全超标，无法顺利交船.分析此船轴向伴流场发现，此船伴流场分布形式与2008年大湖型船伴流场极为相似，因此考虑使用涡流发生器作为该多用途船减振手段，在大型循环水槽进行了涡流发生器优化试验方案研究，试验结果表明：合适的涡流发生器能大幅度降低螺旋桨空泡诱导脉动压力大小，如图6所示.图6 涡流发生器安装前后脉动压力实船预报结果对比实船按模型试验优化方案安装涡流发生器后进行了第二次实船试航，实船航速几乎无变化（两次航速变化在0.2%以内），但船尾部分测点（主机房、主甲板、二层甲板、三层、四层甲板的房间以及办公场所、驾驶室以及雷达桅杆处甲板等）处振动明显减小，如图7所示.实船二次试航结束半月后，船厂圆满完成了交船任务. 图7 涡流发生器安装前后振动测量结果比较3 主动式涡流发生器应用主动式涡流发生器（vortex generator jet）可以实现主动流动控制，在不同运行工况均能工作，并取得较好效果.特别是在流体机械领域，叶轮和扩压器内流动分离失速直接关系到压缩机的运行安全，人们在对流体机械内流动机理进行研究的同时，逐渐将目光转到对流体机械内部流动控制方面的研究上.在过去用于流动分离控制的技术设备中，最成功的策略是向将要发生分离的边界层内吹入高动量的流体，以抑制流动分离的发生，提高压缩机性能.与固体涡流发生器相比涡流喷管具有实现主动流动控制的潜力.主动的直接作用于湍流的微细涡流控制方法，可以随着流动状态的变化适时地加以调整，是一种非常灵活的控制策略.通过调节阀门，控制诱发涡的强度，在适当的流动条件下，当分离失速控制不需要实施时，只要关闭喷射管就可以了，采用涡流喷管不会象固体涡流发生器那样产生阻力损失.涡流喷管的性能主要包括以下参数：安装位置、管径、射流管与流动方向所形成的前向倾斜角、射流管与壁面所形成的侧向倾斜角、射流速度与主流速度之比，如果布置多个射管，还需要考虑涡流射管的个数与间隔，常见涡流发生器配置如图8所示.图8 涡流发生器配置示意涡流射管技术最初于1952年被Wallis作为一种主动的控制方法引入，主要用于推迟湍流边界层激波分离的目的.2003年，Rixon［14］和Johari在水筒中利用粒子成像技术对涡流发生器控制边界层的效果进行实验测量，实验得到主流涡的流通环量、峰值强度及在壁面法线上的位置与喷射速度成线性关系，旋涡的位置、强度和影响范围与向射流的前向偏斜角、速度比有着密切关系，在了一个最优位置和尺寸参数使得流动分离控制效果达到最佳状态.郭婷婷［15］等人研究了射入均匀横流中单股湍动射流对流场的影响，认为倾斜角度和速度比对流场影响很大，射流对主气流的影响主要集中在射流发生弯曲直至与主流平行的区域中.孙得川［16］等人对平板单股射流干扰流场和喷管扩张段二次射流干扰流场进行了数值研究，数值结果显示射流／主流总压比的升高使射流穿透深度增加，分离点远离射流处，并且射流与主流的夹角、射流宽度对干扰流场的主要特征有一定影响.Linu［17］和Nishi等人采用雷诺平均N－S方程结合紊流模型对4种类型的扩压器在带有和不带有涡流发生成器时内部流动进行了数值分析.数值结果考察了速度比、涡流发生成器配置数目、位置、孔径等参数对扩压器性能的影响以及纵向涡、二次涡在扩压器内的生成、发展和衰减过程.在一定的速度比范围内，压力恢复系数随射流速度比增大而增大.随着流动向下游发展，诱发涡的强度迅速衰减（非线性的），涡的尺寸（流动影响区域）增大.关于涡流发生器流动控制的研究，大多数都提示了其在流动控制领域的应用价值和巨大潜力.通过对涡的生成、迁移和耗散过程及其对边界层内部流场的研究，为进一步提高其控制性能打下坚实的基础.美国、日本等发达国家在涡流发生器机理及其在湍流边界层分离控制中的应用等方面进行了卓有成效的研究.目前我国关于涡流发生器的研究处于发展阶段，对于涡流发生器在叶轮机械中的应用，特别是在抑制叶轮机械内流动分离、扩大稳定工况范围等方面还没有进行实际有效的研究，还有许多问题有待解决.4 结论1）船舶振动噪声问题日益增多，绿色环保船舶是未来发展趋势，涡流发生器是解决船舶尾部振动最为简便有效措施之一，值得深层次分析研究，拓展其应用广度. 2）涡流射管作为一种主动控制手段，可广泛应用多个行业领域，但其控制参数众多且相互影响，需要归纳主要控制参数影响规律，扩大其在工程应用可靠性.3）涡流发生器涡生成机理，涡运行过程，是认识涡流发生器功效最根本原因，需理论分析并试验验证.参考文献［1］Lin J C.Control of turbulent boundary－layer separation using micro－vortex generators［R］.AIAA paper NO.99－3404，1999.［2］Peake D J，Henry F S，Pearcy H H.Viscous flow control with air－jetvortex generators［R］.AIAA paper NO.99－3175，1999.［3］Klausmeyer S M，Papadakis M，Lin J C.A flow physics study of vortex generators on a multi－element airfoil［R］.AIAA Paper NO.96－0548，1996.［4］Broadley I，Garry K P.Effectiveness of vortex generator position and orientation on highly swept wings［R］.AIAA paper NO.97－2319，1997. ［5］Ashill P R，Fulker J L，Hackett K C.Research at dera on sub boundary layer vortex generators（SBVGS）［R］.AIAA paper No.2001－0887，2001. ［6］段卓毅，陈迎春，赵克良，曹旭.微型涡流发生器在飞机增升装置中的应用［J］.国际航空，2004（3）：58－59.［7］倪亚琴.涡流发生器研制及其对边界层的影响研究［J］.空气动力学学报，1995（1）：110－116.［8］阎文成.超临界翼型附面层分离及控制方案研究［D］.西安：西北工业大学工程力学系，2004.［9］周国兵，张于锋，齐承英.几种翼型涡流发生器强化换热及流组性能的实验研究［J］.天津大学学报，2003，36（6）：735－738.［10］郑慧凡，高平安.新型强化换热方法的换热性能的研究［J］.四川化工与腐蚀，2003，6（4）：52－55.［11］Lee Pyungkuk，JeongYoungjun，Byun Taeyoung.A study on the stern flow affected by vortex generator for low speed vessel［C］／／Proceedings of 3rd PAAMES and AMEC，2008：63－68.［12］Lu Fang，Huang Hongbo.Cavitation observation and pressure fluctuation measurements for model propellers of××D WT bulk carrier ［R］.无锡：702所科技报告，2008.［13］黄红波，陆芳.涡流发生器在民船减振上的应用研究［R］.无锡：702所科技报告，2010.［14］Rixon G S，Johari H.Development of a steady vortex generator jet in a turbulent boundary layer［J］.Transaction of the ASME，2003，125：1006－1015.［15］郭婷婷，徐忠，李少华.2种角度横向紊动射流的实验分析［J］.西安交通大学学报，2003，37（11）：1 207－1 210.［16］孙得川，蔡体敏.超声速流动中横向射流场的影响参数［J］.推进技术，2001，22（2）：147－150.［17］Liu X M，Nishi M.Time－averaged flow in a conical diffuser with vortex generator jets［C］／／The Fourth Internation Conference on Pumps and Fans.Beijing（Invited Paper），2002.。

地震检波器

爱因斯坦在他的学习墙上放着法拉第的一张照片，并将其与牛顿和麦克斯韦放在一起。
一、运动方程的建立
检波器内部各组成部分的运动关系如右图所示。于是有：
y=z+x
1.弹簧克服惯性体重力后
的拉力FK FK kx
2.线圈受到的电磁阻尼力
FL
s2 R
dx dt
3.铝制线圈的电磁阻尼力
FT
dx dt
根据牛顿第二定律导出电动式检波器的运动方程如
信号的？
3.（独立）分析电动式检波器的幅频特性和相频特性。
第二节压电式地震检波器
压电效应：某些介质。当沿一定方向对其施力而使它变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷（作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变）。当外力去掉后，又重新恢复不带电的状态，这种现象称为压电效应。
时，没有尖峰出现。
③当 D=h/ω0 1/ 2
时，刚好不出现尖峰，或者说尖峰出现在无穷远处，这种状态称为最佳阻尼。
D=h/ω0 1/ 2
（2）电动式检波器的相位特性为：
φ （ ω ）＝ -arctan2Dω ω 0 ω 20-ω 2
绘出电动式检波器的相位特性如图：
可知，φ（0）=0°， φ （ω0）=-90°， φ（∞）=180°，在ω=0、 ω0、 ∞三个频率处，不同阻尼的电动势检波器均有相同的相移，而其它频率上，不同阻尼的电动式检波器的相移是不相同的。
压电陶瓷属于铁电体一类的物质，是人工制造的多晶压电材料。它具有类似铁磁材料磁畴结构的电畴结构。
这种由机械效应转变为电效应，或者由机械能转换为电能的现象，就是正压电效应，而由电效应转变为机械效应或者由电能转变为机械能的现象，就是逆压电效应。

第二章地震检波器

第二章地震检波器地震检波器是把传输到地面或水中的地震波转换成电信号的机电转换装置，它是野外地震数据采集的关键部件。

第一节电动式地震检波器工作原理：当地震波到达地面引起机械振动时，线圈对磁铁作相对运动而切割磁力线，根据电磁感应原理，线圈中产生感生电动势，且感生电动势的大小与线圈和磁铁的相对运动速度成正比。

图2-1（a）电动式检波器基本结构图2-1（b）电动式检波器外形图2-2 检波器内各部分的运动关系图2-2 检波器内各部分的运动关系12一、运动方程的建立运动方程反应的是检波器线圈运动与地面运动的关系。

规定：z ——地面产生的向上位移y ——线圈框架（惯性体）的向上位移x ——线圈相对磁铁的向下位移（x ＜0），并且：y z x =+1．弹簧克服惯性体重力后的拉力K FK F kx =- （2-1）2．线圈受到的电磁阻尼力根据法拉第电磁感应定律，线圈两端输出的电动势为dtdxs dt dx dx d n dt d ne ⋅=⋅==φφ dxd ns φ=称为机电转换系数，也叫空载灵敏度。

线圈中的感应电流为：c o e ei R R R==+式中c R 是线圈内阻，o R 是线圈负载电阻。

感应电流受到的电磁力L F ：dtdx R s R e s i dx d n F L ⋅-=⋅-=⋅-=2φ （2-2） 3．铝制线圈框架受到的电磁阻尼力当圆筒形铝制线圈框架在磁场中运动时，线圈框架内将产生涡电流。

涡电流产生涡旋磁场，此涡旋磁场与永久磁场相互作用的结果也是阻止线圈框架的运3动，这种电磁阻尼力与线圈框架相对磁铁的运动速度成正比：dtdxF T μ-= (2-3) 根据牛顿第二定律，将式（2-1）、（2-2）和（2-3）相加：2222222()k L T s dxF F F k x R dtd yd z d x M M dt dtdt μ++=-⋅-+⋅⎛⎫=⋅=⋅+ ⎪⎝⎭ 即 222221dtzd x M k dt dx R s M dt x d -=+⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅+μ （2-4）一般式 2220222dtz d x dt dx h dt x d -=++ω （2-5）MRs h 2/2+=μ——衰减系数，M K /0=ω——自然频率。

考虑涡旋效应的圆柱形TLD多维减震效果研究

Ａｓｒｃ：ＴｎｄｌｕｄｄｍｅＴＤ）ｃｎｒｄｃｙａｉａｐｉｄｓｏａｓｕｔｒｕｄｒｅｒｑａｅｈｂｔａｔｕｅｉｉａｐｒ（Ｌｑａｅｕｅｄｎｍｃｍｌｕｅｆｔｃｅｎｅａｈｕｋ．Ｔｅｔｒｕｔ
略。有鉴于此，文对利用圆柱形调液阻尼器实现偏本心结构多维耦联振动控制的力学原理及减震效果进行了研究。结果表明合理布置的调液阻尼器能有效控制结构的平一扭耦联振动，于严重偏心的结构不能忽对
何浩祥等：考虑涡பைடு நூலகம் 效应的圆柱形ＴＤ多维减震效果研究Ｌ
１７２
减震效果亟需提高等方面。文献［］究了地震作用６研
下利用环形调液阻尼器来控制偏心结构振动的扭转耦
为ｍｍｈ／ｒｎ（ｒｈ，棚＝Ａ３ｔｈ／）式中，ａｍ为圆柱体内液体
摘要：调谐液体阻尼器可以控制地震作用下的结构动力响应。研究了利用圆柱形调液阻尼器来控制结构在地
震作用下的扭转耦联振动。采用薄膜法建立了包含脉冲动压力和对流动压力的调谐液体阻尼器液动压力模型。基于准均匀涡旋理论获得了考虑调谐液体的抗扭力模型。建立了考虑偏心扭转效应的结构控制运动方程。以一装有调谐液体阻尼器的偏心结构为算例，对结构在地震作用下的扭转耦联减震效果进行研究，并分析了调谐液体的脉冲动压力、对流动
总质量，为圆柱体内液体高度，为圆柱体容器半径。ｒ作用于容器壁上的合液脉冲动压力为：

涡流检测文献综述

摘要：涡流无损检测是以电磁感应原理为基础的一种常规无损检测方法，在现代工业中有着广泛的应用。

脉冲涡流无损检测是在涡流无损检测技术上发展起来的一种新技术。

相对于传统的涡流无损检测方法，脉冲涡流具有包含的频率分量丰富、检测信号信息量大、时域分析方便等优点，因此具有广阔的应用前景。

本文围绕涡流无损检测技术研究现状及其发展趋势，和脉冲涡流无损检测技术研究现状及其发展趋势展开综述分析，最终确定将深层缺陷脉冲涡流无损检测电磁场理论与实验研究作为研究课题。

本文由以下两部分组成：第一部分包括：1）涡流无损检测电磁场理论的研究现状和发展趋势；2）涡流无损检测技术的研究现状和发展趋势；3）涡流无损检测的实验研究和应用；4）深层缺陷涡流无损检测技术的研究现状和发展趋势。

第二部分包括：1）脉冲涡流无损检测电磁场理论的研究现状和发展趋势；2）脉冲涡流无损检测技术的研究现状和发展趋势；3）脉冲涡流无损检测中的信号处理；4）脉冲涡流无损检测的实验研究和应用。

通过以上综述分析，确定了将脉冲涡流无损检测作为研究课题，采用聚焦线圈与GMR（Giant MagnetoRestance）传感器相结合的脉冲涡流无损检测方法来实现深层缺陷检测。

关键词：脉冲涡流；深层缺陷；聚焦线圈；GMR传感器Abstracts:Eddy current non-destructive testing is a conventional non-destructive testing method based on the electromagnetic theory, which has wide applications in modern industries. Pulsed Eddy Current Testing(PECT) is a new technique developed on the basis of eddy current testing. In contrast to conventional eddy current excitation, PEC has a lot of advantages, such as rich frequency components and informations, convenient time-domain analysis, so it has wide potential applications. Through analysis for research and development of eddy current testing and PECT, the research will focus on the theory and experiment of pulsed eddy current testing for deep-seated flaws.The paper has two parts: the first part includes: 1) the theory research and development trends of eddy current non-destructive testing.2)the technology research and development trends of eddy current non-destructive testing. 3) the experimental research and application of eddy current non-destructive testing.4)the research and development trends of deep-seated flaws.the second part include:1) the theory research and development trends of PECT.2) the technology research and development trends of PECT.3) the signal processing of PECT.4) the experimental research and application of PECT. Summary of the above analysis, WE determine to take the pulse eddy current non-destructive testing as the research topic, using the pulsed eddy current non-destructive testing methods to detect deep-seated flaws with combination of Figure-8-shaped coil coil and GMR (Giant MagnetoRestance) sensor.Key words：PEC; deep-seated flaws; Figure-8-shaped coil coil; GMR sensor文献概述涡流无损检测理论研究是涡流无损检测技术的基础，在涡流无损检测理论研究方面，无缺陷状态的涡流电磁场解析解被推导出，采用数值计算软件，有缺陷状态的涡流电磁场各场量被计算出；为了实际应用的快速方便，还从“路”的角度得出了涡流电磁场的简化等效变压器模型，并且研究了该模型的适用范围。

常规动圈式地震检波器测试现状及漏洞分析

0 引言地震检波器在地震勘探领域的地位非常重要，它的工作原理是将机械能转换成电能，即将机械信号转换成电信号。

在地震勘探中进行检波器的校准，在生产中测试地震检波器的参数信息，精准测试是检波器的基础。

那么，检波器测试仪所使用的参数测试方法的研究对实际地震检波器的生产和地震勘探工作都有着非常重大的意义。

动圈式地震检波器主要分为实验室计量校准法以及现场测试法。

这两种方法都有其优缺点。

实验室计量校准法相对于现场测试法测试结果准确度高；现场测试法具有测试简单，适应性强，但测试的结果不准确，直接影响结果。

如何解决这种问题就是本课题研究的目的所在。

1 国内外研究现状检波器本身是一种振动传感器，在地震勘探过程中的作用非常重要。

这里主要对振动台法和直流激励法进行介绍。

各个计量实验室和仪器仪表检测单位一般都是采用振动台测量法，这种测量方法测量出来的参数值比较准确。

振动台测试方法的原理是输入一个电脉冲信号，经过信号发生器传送给功率放大器，然后传到振动台，使振动台台面产生垂直或水平方向的正弦振动，在振动台上的检波器检波器产生响应，这个响应将检波器的各个参数反馈出来。

在20世纪中期，振动测量没有统一的标准，每个国家按照自己的标准测量，使得振动测试结果各不相同。

为了统一振动测量标准，出现了互易测试技术，它的出现大大降低了测量误差，使测量技术迈上新的台阶。

20世纪60年代，出现了激光干涉技术，这种技术几乎覆盖了所有的振动幅值范围，测量准确度大大提高。

随着科学技术的进步与发展，近年来尤其是计算机技术、信号分析模拟技术和电子科学技术的出现，数据算法与软件仿真等，可以精确的计算出振动参数，将许多理论上的研究转化为现实。

动圈式地震检波器是地震勘探现场主要采用的仪器，其测试一般采用直流激励法。

直流激励方法是当电流断开时，利用检测器的输出阻尼正弦波的第一和第二峰值的幅度向检测器提供恒定电流，以测试检波器的参数。

20世纪80年代中后期，出现了SMT-100等地震检波器，这种检波器的使用和推广，能使得仪器公司使用直流激励法来测试地震检波器的参数。

电动振动台动圈的金属绕线壁筒及其加强环的涡流影响的限制与消除

ｉｄｔｙｈａａｅｇｅｔｏｇｅｓｎｕｓｒｓｍｄｒａｐｒｒｓ，ｂｔｈｅｖｅｏｎｎｘｅｉｅａｕｉｗｐｉｔｄｅｐｒｍｎｔｌｔａ
属轻合金来制造。其动圈通常都是
由驱动线圈部和台面部两部分构成。驱动线圈部一般是由驱动线圈绕组
苏州东菱振动试验仪器有限公司江运泰ＪＡＧＹｎｔｊＩＮｕ－ａ
的台面部将激振力传递给试件，以
ｅｆｃｓｏｔｅｅｗｈｒｐｌｌｃｒＣｌｆｅｔｆｈｓｉｌｏｏｅｔｉａｅｃｒｅｔｎｐｒｉｕ鑫＂ＣｕｏｕｒｎｓＩａｔｅｌｔｈｒ — ｔ
ａｔｃｅａａｍａｕｅｗｉｈｔ０ｒｉｌ．ｒｔｒｔｗｏｅｍ—
ｐｏｎｓｎｅｉｅａａｅｗｉｈｎｅｔｏａｍｔｌｂｌｔｔｕｐｅｅｎｆｒｅｅｉｕ — ｐｒｉｏｃｍｎｔｎｇｃｔｈｒｒｒｔｏｈｓｖｅａｌｌｓｔｔｅｓａｕｇｅｒｏｔ。ｈｅｏｈｒｉＳ
可采用同种轻金属材料或另一种轻金属材料来制造，当然，也可以用非金属材料来制造，但不同材料的
ｆｒｒｄｃｎａｆｅｔｆｉｌｏｅｕｉｇｂｄｅｆｃＷｈｒ－ｏ
ＰＯｌｃｒｃｌｃｒｎｓＯｌｅｔｉａｕｒｅｔ．ｅＫｅｙｗｏｒ：ｈｅｅｆｃｉｌｏｌｄｓｔｆｅｔｗｈｒｐｏｏｆ
之分（胶接成型的无绕线壁筒的驱动线圈可看作是具有非金属绕线壁筒的驱动线圈）。动圈的台面部一般由上加强环、肋板和台面组成的

涡流加速度地震检波器特性研究

几年得到了较广泛的研究与重视。
涡流检波器是一种新型地震检波器，电压输出其
信号与被检测振动加速度信号成正比。与常规的动圈式检波器相比，它具有良好的高频特性，以有效补偿可大地对地震反射波高频信号的吸收，而可显著提高因地震勘探的分辨率，高分辨率地震勘探中有着广阔在
一
１
（）＝（ＳＲ２＋２）ｓｓ）１（２
、
式（），０ｔ为固定线圈的感应电动势，．３中ｅ（）为短路环与固定线圈的互感系数。在实际情况中，械机阻尼远远小于涡流阻尼，以它的影响可以忽略不计，所此时对式（）式（）１、２和式（）３分别进行拉普拉斯变换并令
石
油
仪
器
２１年００
第２４卷
第１期
ＰＥＴＲ０ＬＥＵＭＮｓＩＴＲＵＭＥＮＴＳ
・
仪器设备・
涡流加速度地震检波器特性研究
王少伟汝超陆占林陈华
（．中原石油勘探局地球物理勘探公司１河南濮阳）（．中原油田物资供应处２河南濮阳）
运动（）ｔ与被测振动 “ ｔ的关系可以描述为：（）
，（裕）＋ｃ（）＋（）一ｃｉｅＩ＝一，“ ｆ（）ｎ（）１
深人分析，合考虑了检波器外壳、靴对检波器特性综磁
的影响，建立了涡流检波器的机电磁七参数理论模型，与四参数模型作了比较，进行了试验验证。为进行并检波器的特性分析以及参数辨识方法的进一步研究提供了理论基础。

地震仪器基础检波器

•
•
海上勘探事业部
• 转速传感器----就是旋转编码器，将转速转换成脉冲波（5VDC)送入
PLC或其它处理器进行处理。电流传感器----就是电流变送器，将0-5A或更大的电流信号转换成 4——20mA或0——20mA的标准控制信号给处理器。电压传感器----就是电压变送器，将0——100V或更大的电压信号转换成0——10V的标准控制信号给处理器。振动传感器----检测机械设备的振动，进行线性输出或继电器输出。霍尔传感器---- 就是电感式的接近开关，采用霍尔原理。检测距离不会超过10mm。输出信号一般都是直流三线制的PNP或NPN输出。缸压传感器——就是压力传感器，可以输出继电器信号也可以是线性信号。空气流量传感器——可以输出继电器信号或电压、电流的线性信号。氧传感器 —— 节气门位置传感器温度传感器 ——这个一般都是线性的电压输出。并且要配合温控器使用
海上勘探事业部
• 地震勘探中实际的地震信号可以从μV级到1V以上，其动态范围大于120dB。 • •
目前仪器记录动态范围已达120dB以上。然而仪器所能记录的信号，必定是检波器所能响应的地震信号。通过仪器所记录下来的地震信号的动态范围，首先取决于检波器本身的动态范围众所周知，国内的勘探装备现在几乎全是24位高精度遥测地震仪，仪器本身的有效动态范围已达到120dB以上(理论值140dB)，想在仪器本身提高勘探质量难度已很大，而与之配套的地震检波器其动态范围。检波器动态范围一览表动态范围(dB) 53.97 60 66.02 73.98 80 失真度（％） 0.2 0.1 0.05 0.02 0.01 目前，国内检波器的失真指标要求在0.2%以下，其动态范围小于60dB，不及仪器动态范围的一半。可见，如何提高检波器自身的动态范围，已成为提高地震勘探质量的瓶颈，虽然对提高检波器的动态范围到底对地震勘探质量的能提高多少，目前没有量的概念，但是，检波器的动态范围越大，其地震数据就越能真实的反应地质概貌，这是物探专家们的共识。所以说，低失真的检波器是勘探业内一直追求的检波器。这是本系列检波器要解决的目标之一。

动圈式地震检波器误差分析演示稿

0
-2.8 -0.5 0
0
-0.10 +0.035 0 碳膜电阻
-40℃
285
0.76
221.8
224.6
331.98 100℃ 495 1.32 331.1 330.22
+1.26
+0.27 0 -0.27
-0.10
+0.01 0 -0.01 金属膜电阻
221.49
-40℃ 285 0.76 221.8 222.08
-0.41
+1.57 0 -1.57 +0.694 0 -1.19 +0.91 0 -0.81 +1.09 0 -1.0
-1.6
+3.3 +1.7 +0.1 +1.6 +0.9 - 0.3 0 -0.9 -1.7 +1.9 + 0.8 -0.2 -0.0147 -0.0121 -0.0134 -0.0221
率温度系数这一特性指标。频率温度系数表示材料自
然（共振）频率随温度变化而改变，即表示当温度 T 变化1℃时自然频率fn 的相对变化值：
f
dfn f n dT
(1/ 0C )
（ 4）
材料的自然频率与材料弹性模量的关系为
fn d4 E kl 3
（5）
式中l、d—— 弹性元件试样的长度和直径 k —— 常数材料频率温度系数（βf）和材料弹性模量温度系数（βE）的关系为
αtB --- 外并电阻的温度系数
RB20 --- 外并电阻20℃时的电阻
(2)
式中 T --- 温度
直流电阻随温度变化的电阻 :
Rt Rct RBt Rct RBt

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理1. 引言1.1 研究背景双圆柱尾流致涡激振动是流体力学领域中一个重要的研究课题，其在航空、航天、海洋工程以及建筑结构等领域中具有广泛的应用。

双圆柱系统由两个相距一定距离的圆柱组成，当流体经过两个圆柱时会形成尾流，并在尾流中产生涡街现象，导致圆柱结构发生颤振现象。

这种颤振现象会对结构的稳定性和寿命造成影响，因此对双圆柱尾流致涡激振动进行深入研究具有重要意义。

目前，对双圆柱尾流致涡激振动的研究主要集中在对振动频率、振动幅值、振动特性等方面进行探讨。

关于质量比效应在这一振动过程中的作用机理尚未得到充分的研究。

质量比效应是指固体粒子与流体之间的质量比对振动特性的影响。

在双圆柱尾流致涡激振动中，质量比效应可能会对振动频率、振动幅值等参数产生显著的影响，因此有必要深入研究质量比效应对双圆柱尾流致涡激振动的影响机理。

1.2 研究意义双圆柱尾流致涡激振动是流体力学领域中一个重要的研究课题，对于理解流动的本质和振动机制具有重要意义。

通过研究双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应，可以深入探讨质量比在流动中的作用机理，有助于解析涡激振动的特性和振动频率的形成机制。

深入研究振动频率和振动幅值的影响因素，可以为设计和优化工程结构提供重要参考，提高结构的稳定性和性能。

对振动特性的研究方法进行探讨，可以为进一步深化对涡激振动机制的认识和解决相关工程问题提供技术支持。

研究双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理具有重要的理论和应用意义，对于提高工程结构的安全性、稳定性和性能具有重要的指导意义。

通过深入研究质量比效应在双圆柱尾流致涡激振动中的作用机理，可以为该领域的发展提供新的理论支持和实验依据。

1.3 研究目的本研究旨在探究双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理，通过对振动频率、振动幅值和振动特性等因素进行分析，揭示质量比在双圆柱尾流致涡激振动中的作用规律。

具体目的包括以下几个方面：1. 确定质量比对双圆柱尾流致涡激振动的影响程度，验证其在振动过程中的作用机理；2. 探讨不同质量比条件下振动频率的变化规律，分析其影响因素；3. 研究质量比对振动幅值的影响，探讨其作用机理及影响因素；4. 探讨不同质量比条件下的振动特性，寻找影响振动特性的因素，为进一步优化结构设计提供参考；5. 通过对质量比效应的分析，为解决双圆柱尾流致涡激振动问题提供理论基础和实践指导。

涡流地震检波器[实用新型专利]

专利名称：涡流地震检波器
专利类型：实用新型专利
发明人：段亚玲,余正杰,邵欣,李朝兰,黄峰,薛立武申请号：CN201120035735.X
申请日：20110210
公开号：CN202119920U
公开日：
20120118
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：涡流地震检波器，应用于地球物理勘探人工地震勘探中。

在芯体外护套的内壁上固定有芯体外壳，芯体外壳与芯体外护套之间镶嵌有外磁体；在芯体外护套两端有下盖和上盖；在上盖和下盖之间有环形线圈架，线圈架外壁缠绕有线圈绕组。

线圈架内有一组内磁系统，内磁系统两端分别固定有弹簧片垫块和圆形弹簧片；弹簧片的外边沿固定在铜套两端；下盖和上盖分别将两个弹簧片压紧在弹簧片垫块端部。

在线圈架上端有两个接线柱，接线柱穿过上盖上部通孔。

效果是：磁路中的使用磁场更强、更均匀，随激振频率增加其加速度响应灵敏度也随之提高。

涡流检波器体积小，尤其体积小的检波器在野外使用时，能节省人力，方便使用，适用于高分辨率地震勘探。

申请人：中国石油天然气集团公司,中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司
地址：100007 北京市东城区东直门北大街9号中国石油大厦
国籍：CN
代理机构：北京市中实友知识产权代理有限责任公司
代理人：李玉明
更多信息请下载全文后查看。

涡流检测提离效应地研究

１４２航空设备自动检测及计量保障专题研讨会论文集涡流检测提离效应的研究南昌航空工业学院测控系蔡建武任吉林张斌【摘要】本文采用三堆有限元的计算，表明传感嚣相对于导体的提离在阻抗平面图上是近似为直线的轨迹，并利用单片机实现阻抗的幅值和相位的测量，通过软件计算幅值在提离直线的垂直分量的方法，有效地押制了提高信号。

关键词：学流检测线圈提声１概述涡流方法广泛应用于导电材料的鉴定与评价。

涡流检测灵敏度高、速度快、耗费低。

然而．测量时对涡流传感器与被测试件间的相对位置十分敏感。

这种检测传感器与试件之间距离变化引起检测线豳阻抗变化的现象称为“提离效应”，线圈与试件之间的间隙称为“提离”。

当传感器在工件表面扫查时，由于工件表面的凹凸不平，粗糙和操作不当等均会产生。

“提离效应”是一种干扰信号，会对检测结果带来影响，因此，需要加以抑制。

本文利用具有ｕ型磁芯的涡流传感器，采用三维有限元模型来研究提离对测量效果的影响，并提出了利用阻抗变换来抑制提离的方法。

同时，通过实际的集成电路来实现提离的抑制。

２有限元计算在进行有限元分析时，选用的涡流传感器由一对完全相同的矩形线圈构成。

两个线圈差动反接，缠绕在一个ｕ型铁氧体磁芯的两端。

在Ｈｚ的交流激励下，所产生的磁场在两个极的末端形成通路，为图１所示。

涡流测量结果主要反映为线圈的复阻抗的变化，因此，可以利用三维有限元计算检测线圈阻抗的变化来系统的研究提离的影响。

通过利用ＡＮＳＹＳ（系统）开发的三维有限元软件的低频模式来进行分析。

选择的有限元模式是把电磁矢量和电势梯度综合作为六面体或四面体混合元素的自由度。

而且，为了减少自由度的数量，设定铁氧体为低导电率，并假定这个磁芯是无损伤的。

当在试件上进行测量时，设定苎竺竺苎兰烹苎，、警：．，罗．些：竺璧图ｌ涡流传感器器的阻抗可以被认为仅仅与板厚和。

传感器的位置有关。

由于不同传感器设置的平面均对称，故提离效应的研究只需要研究解靛空设备秘韵糗浏及诗簧糖糍专题酶避愈谂文糍１４３辑踅辩形状霸ｌ／４。

脉冲涡流检测技术研究及其应用的

位置/mm 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 峰值/mV 107.43 109.25 107.52 107.29 106.90 周期/μ s 1.54 1.54 1.48 1.49 1.54 F1/Hz 589.85 589.85 589.85 589.85 589.85 F2/Hz 3024 3005 3011 3022 3008 位置/mm 7.0 8.0 10.0 14.0 18.0 峰值/mV 104.23 102.78 103.00 102.38 101.65 周期/μ s 1.58 1.54 1.49 1.54 1.54 F1/Hz 589.85 589.85 589.85 589.85 589.85 F2/Hz 3028 3019 2999 3021 3015
脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展
5 结束语
任何一项无损检测技术的生命力都在于其技术原理存在着有别于其它技术的特殊性，同时每一项无损检测技术又都存在各自的局限性; 脉冲涡流不仅在检测深度上比常规涡流具有较大突破，而且其响应信号中包含有可深入挖掘和广泛利用的丰富信息；脉冲涡流频谱中终究是以低频涡流成分为主，因此难以克服低频涡流检测技术的一些局限性：① 激励线圈尺寸较大，不利于小的形状较复杂的机械零件上缺陷的检测，② 对于表面微小缺陷的检测能力偏低; 对于脉冲涡流检测技术的研究，不论是理论分析方面，还是实际应用方面，只有正确把握这样一种辩证关系，才有利于更快、更有效地推进该项技术的研究与发展。
p
其中，Vp为理想点线圈的感应电压，其表达式为：
Vp A B ds ( A ) ds dl.......... .......... ..(2) t t t l
脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展

涡流检测电路的设计

文献综述电子信息工程涡流检测电路的设计前沿电涡流传感器有着诸多优点，这让它成为了科学研究和工业生产中广泛使用的非接触无损检测仪器。

当金属导体处于交变磁场中时，导体表面就会产生感应电流，这种电流在导体中是自行闭合的，像水中漩涡那样在导体内旋状，所以称之为电涡流或者涡流。

电涡流的产生必然要消耗一部份能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象就称为涡流效应。

根据此涡流效应而制成的传感器，我们就称之为电涡流传感器。

由于对被测材料的敏感，电涡流传感器的广泛应用一直受到制约。

为了消除传感器对被测材料的敏感性，可以采用新的变换电路原理。

本文对电涡流传感器的建模和涡流特性进行了三维有限元仿真分析，同时电涡流传感器设计了新型的测量电路，并对该测量电路进行了仿真、优化和实验。

[2][1]主题一、电涡流传感器发展历程及应用在一般的工程实际中，涡流检测包括测量和检测。

对一些物理量，诸如距离、速度、加速度、转速等进行测量，对材料的化学成分和力学、电磁性能进行评估，对设备表面和内部线缺陷裂纹实施在线检测、分类和重构。

随着涡流检测技术更深入广泛地应用，实际工程问题对涡流检测技术提出了更高的要求，成为推动涡流问题研究向更复杂更具体方向发展的源动力。

目前关于电涡流传感器的研究主要集中在非磁性被测体方面，关于磁性被测体的研究较少。

早在1998年，英国universityofDerby的Tian等人就研究了电涡流传感器的输出与被测体的电磁特性之间的定性关系，他在论文中指出，对于非铁磁性被测体，其电阻率对输出的影响较大，而对于铁磁性被测体，其相对磁导率和电阻率都会对输出产生影响。

国内外很多文献也都指出了传感器输出对被测体电磁特性的敏感问题，并开展了相应的研究，但至今尚未发现改善这一缺陷的有效方法和思路。

二、电涡流传感器技术国内外研究现状线圈的磁场分布直接影响传感器的性能，而线圈磁场分布又与探头结构和及其几何参数紧密相关。

因此目前国内外关于电涡流传感器性能影响参数的研究主要集中在对线圈及其几何参数的研究。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

太阳电池要高０．５％左右。主要代表产品有赛维ＬＤＫ高效多晶硅片Ｍ２、Ｍ３，其高效多晶硅片晶粒较小，位错等缺陷较少，制成的太阳电池平均转换率比用普通工艺高０．３％一０．５％；保利协鑫鑫多晶ｓ２、ｓ３硅片具有碳、氧及金属杂质浓度低、少子寿命高、掺杂分布均匀等特
引言
硅片质量和电池制备工艺是影响太阳能电池光电转换效率的重要因素，多晶硅片质量的改善很大程度上取决于多晶硅定向凝固技术。从定向凝固技术的发展来看，最初是研究柱状多晶硅的生长，后来发展到类单晶技术。类单晶技术在２００６年由ＢＰＳｏｌａｒ研制成功，需要在坩埚底部平铺一层晶向相同的单晶硅块作籽晶使硅锭晶向与籽晶一致，而在实际生产过程中由于温度梯度和凝固界面的缺陷，使得类单晶边缘出现碎多晶而降低了硅锭产出率 Ⅲ 。再后来研究大晶粒技术，即具有显著大尺寸晶粒的多晶硅。该技术需在初始形核阶段准确控制温度梯度，且对提升电池效率效果不明显而并没有发展起来。近几年又出现了高效多晶硅锭技术，用该类技术制备的多晶硅片制成太阳电池，其光电转化效率比用普通多晶硅片制成的
ｉ
５０１
ｉ伪ｌ
ｌＳＯｌ
２ ∞ １
２５Ｏｌ
３ ∞ ｉ
图１融化和长晶过程工艺曲线图
产生的感生电流很大，把大量电能转化成了热能，所以永磁体的内会导致检波器芯体弹簧片上下运动时存在着扭曲及旋转，往往弹簧部温度会升的很高，这是一种电能的损耗，称为涡流损耗。片筋的宽窄和长短对失真度的影响较大，一般来讲弹簧片的筋越长我们把单个２０ＤＸ一１０型检波器的芯体放在振动台上，外接电越对失真有利，筋的宽度也是越细越好，但是当弹簧片的筋细到一流计，振动芯体，测得感生电流的范围在０．２Ａ一２Ａ之间，根据以上资定程度时，失真度又会突然增加，这个界限值Ｏ．３ａｒｍ，人为因素造成料分析，无论是在收发放过程中人为因素的振动和冲击产生的感生的失真度往往是处在一种不稳定的状态，它时大时小，极其有害。电流，还是放炮过程中产生的感生电流会使永磁体的内部发生改关于永磁体的涡流效应以及外界环境温度对永磁体悬体质量变，再加上外界高温工作环境的刺激，即永磁体的内部化学性质将改变，进而对检波器性能指标的影响。我们可以和检波器芯体的生发生质的改变，即产生的感生电流将会使永磁体的内部电解，也就产厂家联手进行科研攻关永磁体材料的研发制造，确保检波器芯体是说检波器悬体质量的会发生质的改变。这个我们在实际工作中也磁性强，受外界环境影响小，永磁体磁性能居里温度点提高，温度特验证到，有时我们用万用表测量某个坏芯体的电阻，感觉到芯体有性增强，减少控制永磁体粉化腐蚀等。参考文献电流通过。好的芯体和坏的芯体的直观比较，见图４和图５。４结束语［１】薛立武．马延芯．饯谈稀土磁体地震检波器的发展［Ｊ］．石油仪器，０００，１４（６）：９－１２．检波器芯体的悬体质量对检波器性能指标影响较大。在进行检２波器性能参数测试时，输人测试仪器的悬体质量是否真实，直接影【２】赵永红．谢石林嘲时岳．涡流检波器动特性的研究ｆＪ】．西安交通大响检波器的性能指标，特别是对灵敏度的影响最为突出，若实际检学学报，２００３，３７（３）：２６０－２６５．波器悬体质量与输人仪器的悬体质量相差较大，得到的测试结果即『３】严密．彭杭州：浙江大学出版社，０ｏ１．不真实。由此可见，要保证检波器性能参数的稳定可靠，其中一个问２题就是要保证检波器悬体质量的稳定。由于检波器在收发放搬运过［４Ｆ０丽萍．李淑清．均匀磁场对检波器失真度的影响ｆＪ］．石油仪器，程中，人为性因素的影响造成剧烈的撞击，导致检波器芯体上的并１９９８，１２（１）：３２ — ３６．作者简介：赵雨晴（１９７１一），女，籍贯：上海，学历：本科，职称：物联电阻断裂或微小裂痕，也会致使阻尼系数发生改变，影响阻尼系数指标。造成检波器芯体电阻变大，另外粉化的检波器芯体造成检探工程师，研究方向：物探设备。波器芯体电阻变小或短路。人为性因素的影响造成剧烈的撞击，也
点。另外还有新日光的Ａ＋＋＋硅片、镇江环太硅科技有限公司的高效多晶硅片、台湾中美晶研发出Ａ４＋整锭高效多晶硅片效率１７８％等等翻。目前该工艺成为高效硅片发展的主要方向。文章论述了一种基于定向凝固工艺的高效多晶硅的铸锭方法，采用法国ＥＣＭ公司生产的ＰＶ４５０多晶硅铸锭炉，利用Ｓｅｍｉｌａｂ少子寿命测试仪（一ＰＣＤ）及红外探伤仪（ＩＲ）等测试手段，研究一种新高效铸锭方法，利用此方法加工的太阳电池效率比普通电池要高
０．４ — ０．６％。
一
顶部温度， ‘ ｃ侧部温度／ ℃
—
一
—
底部温度，。Ｃ
一
热门开度，％
１实验１．１坩埚准备高温熔化长晶过程中，熔融ｓｉ和石英坩埚主要成分ＳｉＯ：的反应生成气态ＳｉＯ，高温下逸出后与石墨制品反应形成ＣＯ气体，ＣＯ
２０ｍｍ，长晶过程中控制固液界面形状和长晶速率来改善硅晶体生长过程，提高粒尺寸的均匀性。研究表明，采用定向凝固技术制备粒径大小均匀多晶硅锭，可使太阳电池的转化效率提高０．３％。关键词：定向凝固；高效；温度梯度；太阳电池
科技创新与应用ｌ２０１５年第３２期
科技创新
基于定向凝固工艺的高效多晶硅锭制备技术
高明霞朱远国张杰
（潞安太阳能科技有限责任公司，山西长治０４６０００）
摘要：提高硅片质量是提高太阳电池装换效率的重要途径之一。文章通过籽晶诱导形核，硅料融化过程中控制籽晶保留高度为
进入硅熔体中，容易形成间隙氧和替位碳，导致所制成的太阳能电池短路，电池效率急剧降低。为避免杂质影响硅锭质量，先在坩埚底部坩埚内壁涂覆高纯度的氮化硅涂层。１．２装料将硅片加工过程中产生的崩边、线痕、缺角等不合格硅片，通过筛网加工分选得到粒径大小为５ａｒｍ左右碎硅片，将加工好的碎硅
片均匀铺在石英坩埚底部作为高效硅锭生长的籽晶诱导形核１４］［５／，厚
度约３０ａｒｍ，碎硅片上面用多晶边皮料、头尾料覆盖，防止硅料在高温融化过程中碎硅片上浮，将硅原料、掺杂元素按照级配标准共计５４０－５５０ｋｇ装入８４０ｘ８４０ｘ４８０ｍｍ石英坩埚里，投人多晶硅铸锭炉准备运行。１．３定向生长在硅料融化过程中，控制加热器顶部温区温度为１５５０￣Ｃ、侧面温区温度为１５１８ ℃，使硅料融化过程中从坩埚顶部向坩埚底部稳定融化。在融化过程中，采用长晶速率测试装置，实时监测硅料融化情况，既要通过加热对熔体进行均匀化处理，又要防止籽晶被完全融