电磁参数（精选七篇）
电磁参数 篇1
Metamaterial是具有超常物理特性的、由金属谐振器按规则排列组成的人工电介质复合材料。其电磁性质主要取决于其几何结构而不是其构成材料的性质。通过改变metamaterial的几何结构,可以改变这种人工复合材料的内在性质(有效介电常数ε和磁导率μ)。通过这种方式,metamaterial显现出不曾在自然界出现的电磁性质——负折射性质、隐身效果等等。近年来,metamaterial领域的研究吸引了越来越多的学者,同时取得了杰出的研究成果。许多有趣的性质和现象的发现,如负折射现象[1,2]、超级透镜[3,4]和隐身斗篷[5,6]等更加促进了这个新兴领域的迅速发展。
1968年,Veselago首次从理论上系统的研究了双负材料所具有的不同寻常的电磁性质,如:逆菲涅尔折射效应、逆多普勒效应以及逆契仑可夫辐射效应等等。Veselago认为当有效介电常数ε和磁导率μ同时为负数时,就会产生一个具有负折射率的metamaterial[7]。D.R. Smith 利用开口谐振环和金属线的周期排列实现了负折射现象。当使用频率低于等离子体频率的连续金属线时可以产生负介电常数ε,实现负磁导率μ的基本思路是激发圆电流产生磁场共振。目前,基于开口谐振环和金属线周期排列的复合结构[8],已经设计和制作了大量的负折射metamaterial。
本文提出了一种极化独立的“渔网”结构。采用有限元法模拟电磁波垂直入射一维metamaterial平板,可以获得metamaterial的S参数的振幅和相位。根据第二部分分析的参数获取方法,利用S参数矩阵可以获得metamaterial的有效电磁参数(有效介电常数ε和磁导率μ)。在10.85 GHz到11.45 GHz频段范围内,metamaterial表现出明显的负折射现象和较高的透射性质。
1 有效电磁参数获取方法
为了得到metamaterial的有效介电常数ε和磁导率μ,需要把metamaterial看作是各向均匀的电介质。利用反射(S11)和透射(S21)数据的转换可获得metamaterial的有效电磁参数。当平面电磁波垂直入射一个厚度为d的有限的metamaterial平板表面时, S11就相当于反射系数,S21同透射系数的关系为S21=Teik0d,k0表示入射波在真空中的波数。S参数同折射率n和阻抗z的关系如下[9,10,11]:
其中,k0=ω/c,R=(z-1)/(z+1)。
等式(1)和式(2)经过转换可得到阻抗z和折射率n,如下:
由等式(4)可得到折射率n的值,如下:
式(1)中,m是整数,(.)`和(.)``分别表示取数值的实部和虚部。等式(3)和式(5)都具有多个值。为了能够唯一的确定阻抗z和折射率n,我们需要考虑材料本身的性质。根据关系式(6)和式(7)折射率n的虚部和阻抗z就可以唯一的确定下来:
然而,n`由于算法的原因暂时还无法唯一的确定。为了确定n`,整数m必须满足下面的关系:
这样阻抗z折射率n就可以唯一的确定下来。根据有效介电常数ε=n/z,有效磁导率μ=nz。可以得到metamaterial的有效电磁参数。阻抗z、折射率n、有效介电常数ε和有效磁导率μ都是关于频率的等式。当阻抗z和折射率n唯一的确定下来时,有效介电常数和磁导率就会很容易被确定了。
2 结构和模拟
本文提出的“渔网”结构是由一个十字交错的金属线薄片、一个圆形金属片和一个金属方形框组成的复合结构。这个“渔网”结构的尺寸如图1(a)所示:d=9 mm,b=0.35 mm,w=0.72 mm,R=2.65 mm。图1(b)显示组成metamaterial的一个细胞单元。电介质两表面的金属层采用厚度为17.5 μm的铜片,铜的电导率σ=5.8×107 S/m。电介质采用RT/Duroid,厚度为2.5 mm,介电常数 ε=10.2,损耗参数tanσ=0.023。由于结构的对称性,本结构可在任意线性极化波下工作。
采用有限元法的模拟器HFSS[12](High Frequency Structure Simulator)模拟本结构。设置合适的边界条件,使得当波垂直入射到metamaterial表面时,电场方向平行于x轴,磁场方向平行于y轴。Metamaterial 的S参数的振幅和相位变化如图2所示。
图2(a)中的振幅透射谱线(|S21|)在10.85 GHz到11.45 GHz显示通带现象。在11 GHz,透射和反射值分别为-0.55 dB和-13.30 dB。在11.34 GHz,透射达到最大值-0.27 dB,反射为最小值-30.70 dB。电磁波入射单负材料时,其振幅在材料中严重衰减。只有当有效介电常数ε和磁导率μ的值同时为正或者负时,电磁波才可以通过材料。所以,我们可以假设在上述的通带中,metamaterial具有负折射现象。
在11 GHz时,电介质表面有很大的表面电流,反向平行的表面电流证明了磁振荡的存在。图3(a)和(b)显示电介质两表面的表面电流分布。
3 有效电磁参数
根据有效介质原理,当组成材料的单元尺寸远远小于入射波长时,介质可以看作是一个连续的各向均匀的材料[13,14]。本文中,metamaterial的厚度为
2 535 μm,大约相当于在11 GHz时入射波长的1/10。因此,metamaterial可以看作是一个厚度为2 535 μm的各向均匀的介质板。
为了分析负折射特性,根据第二部分的分析方法,利用S参数转化获取metamaterial的有效电磁参数。图4分别显示metamaterial的阻抗z、折射率n、有效介电常数ε和磁导率μ。
图4(c)和(d)所示,在10.85 GHz到11.45 GHz频段有效介电常数ε和磁导率μ的实部同时取负值。如此,在上述频段中折射率n也为负数,正如图4(b)中所示一样。负折射带宽为0.6 GHz。
考虑到可能的应用,需要了解metamaterial的负折射能力。品质因数(FOM=|n`/n``|)可以有效说明metamaterial的负折射能力问题。如图5所示,在10.96 GHz,FOM=22.5;当n`=-1时,FOM=15.5。
4 结论
本文详述了一个工作在微波频段的负折射metamaterial。文中提出的结构具有极化独立性。当电磁波垂直入射metamaterial表面时,由透射谱可知道在11 GHz左右有一个负折射的透射带。在11.43 GHz透射值达到最大为-0.27 dB,反射值达到最小值为-30.70 dB。S参数矩阵通过转化,可以得到metamaterial的有效电磁参数。从10.85 GHz到11.45 GHz,metamaterial显示出双负材料性质。本文描述的metamaterial工作在微波频段,为了更好的应用于实践,将来的研究目标是工作在更高频段的metamaterial,尤其在可见光频段。
电磁参数 篇2
传输／反射法测量材料电磁参数的研究
分析了材料样品填充的矩形波导或同轴线等效网络的.归一化通用矩阵，提出了一种求解材料电磁参数(εr,μr)的解析方法。分析表明，特性阻抗ZC与传播常数γ均可直接由传输／反射参数确定。同时应用特性阻抗与传播常数得到了磁性材料的电磁参数(εr,μr)。利用特性阻抗ZC、传播常数γ以及同时利用二者分别得到了三个确定电介质材料复介电常数的公式，其解的离散程度反映出测量误差大小。它们可用于提高测量精度并确定测量误差；同时，可用于解决复介电常数测量的多值性问题与π模糊性问题。实际测试结果证明本文方法是有效的且有实用意义。
作 者：田步宁 杨德顺 唐家明 刘其中 作者单位：西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室，陕西 西安 710071 刊 名：电波科学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF RADIO SCIENCE 年，卷(期)： 16(1) 分类号：O441.6 关键词：传输/反射法 归一化通用矩阵 电磁参数电磁参数 篇3
1、料槽倾角对物料输送速度的影响
电磁振动供料器料槽的安装形式有向上倾斜安装和向下倾斜安装两种形式, 其倾角是影响输送速度的一个重要参数, 大小直接影响给料速度的快慢, 在料槽是向上倾斜安装的前提下, 保持其它参数不变, 在f=50Hz、β=30o、A=1mm条件下, 改变料槽的倾角进行仿真实验, 仿真结果如图1所示, 可以看出, 随着料槽倾角的增大, 物料的输送速度在减小。因此, 料槽倾角与物料输送速度成反比。
2、频率对物料输送速度的影响
电磁振动供料器的工作过程, 就是由电磁铁的吸引和支承弹簧的反向复位作用, 使料槽产生高速、高频、微幅的振动, 保持电磁振动供料器其它参数不变的情况下, 改变激振力的频率, 在θ=0o、β=30o、A=1mm条件下进行仿真实验, 可得到如图2所示的仿真结果, 可以看出, 随着激振力频率的增大, 物料的输送速度也在增大。因此, 物料的输送速度与激振力的频率成正比。
3、料槽振动方向角对物料输送速度的影响
料槽振动方向角是指料槽振动方向与物料沿料槽表面运动方向之间的夹角, 其大小直接影响着作用在物料上的惯性力在垂直于料槽和沿料槽水平两个方向上分量的比例, 选择振动方向角应在其他条件相同的保持电磁振动供料器其它参数不变的情况下, 改变料槽的振动方向, 在θ=0o、f=50Hz、A=1mm条件下进行仿真, 可得到如图3所示的仿真结果, 可以看出, 随着料槽振动方向角的增大, 物料的输送速度在减小。因此, 料槽振动方向角与物料输送速度成反比。
根据物料在料槽中的运动可以得出振动方向角与幅值、频率以及相位差的关系:
可以看出调节垂直和水平两个方向振动的幅值、频率以及相位差就可以方便的调节值, 所以通过控制垂直和水平两个方向振动的幅值、频率以及相位差即可控制物料的输送速度。
4、振幅对物料输送速度的影响
电磁振动供料器振幅的调节可以通过改变电磁线圈的输入电压和激振力来完成, 在保持电磁振动供料器其它参数不变的情况下, 改变料槽的振幅, 在θ=0o、f=50Hz、β=30o条件下进行仿真, 可得到如图4所示的仿真结果, 可以看出, 随着振幅的增大, 物料的输送速度也在显著的增大。因此, 物料的输送速度与振幅成正比。
电磁振动供料器物料输送的生产率是体现其性能的重要参数之一, 而物料输送速度是影响输送生产率的重要因素。电磁振动供料器料槽的振幅、频率、振动方向角和倾角等参数对物料输送速度有着非常大的影响, 本文采用MATLAB软件对电磁振动供料器进行分析及计算, 并充分利用MATLAB软件强大的可视化功能, 编制相应的程序对计算结果进行可视化, 为振动参数的优化设计奠定了基础;料槽倾角、振动方向角、频率和振幅等参数对物料输送速度影响的分析, 为电磁振动供料器的使用提供了理论参考。
摘要：物料输送速度是影响电磁振动供料器输送生产率的重要因素, 其料槽的振幅、频率、振动方向角和倾角等参数对物料输送速度有着非常大的影响, 本文采用MATLAB软件对电磁振动供料器进行分析及计算, 并充分利用MATLAB软件强大的可视化功能, 编制相应的程序对计算结果进行可视化, 为振动参数的优化设计奠定了基础, 对电磁振动供料器的使用提供了理论参考。
关键词：电磁振动供料器,参数,输送速度,模拟仿真
参考文献
[1]王艳, 周辉.电磁振动给料机参数的确定原则[J].橡塑技术与装备, 2010.02.
[2]陈永亮等.基于耦合场分析的电磁振动料斗的动态设计[J].机械强度, 2006.01.
电磁参数 篇4
从整体上看目前我国的机械方面发展现状,借助技术的不断升级辅助我国机械行业也逐渐走向高端。在这种局势下机械对传动机械的性能提出了更高的要求,这是因为传动系统性能的高低直接关系到整个机械的工作性能等多个方面。机械传动作为机械系统中的重要组成部分,在生产力水平逐渐提高的当下其对机械系统的性能也在逐渐产生影响。传动机械学作为机械学中的重要分支,借助科学技术的发展与进步出现的复合传动机构比起以往的单一传动形式展现出更大的优势。
1.超环面机电传动概述
超环面机电传动是一种结合环面蜗杆攒动与行星轮传动的复合传动机构[1]。为了实现工业等实际生产过程中更加高效的运作,机械传动系统逐渐将各种高新技术结合展现出更加强大的应用实力。从而呈现出了新的传动形式,促使传动展现出更好的工作性能。与传统的机电传动不同,超环面机电传动融合了机械、电磁和驱动技术三个方面的先进技术,不仅仍然具有原有系统的良好性能,同时还展现出更好的可控性,具有更加广泛的应用前景。
超环面机电由蜗杆定子、行星轮、环面外定子和行星架转子组成[2]。超环面机电传动的原理是通过利用行星架转子、永磁行星轮等内部构件,实现运动与动力的输出。其中永磁行星轮圆周上均匀的安置NS级的永磁齿,通过这个形成磁性齿完成啮合。融合了各项高端技术的超环面机电传动的运动过程已经不再是原有单纯的力或力矩的传递,而是通过实现直接驱动的方式再次提高驱动效率。
2.超环面机电传动的结构参数分析
2.1传动关系分析
想要了解超环面机电传动的传动关系,首先需要了解的就是超环面机电传动的传动比,简单一点而言,通过对蜗杆内定子、行星轮、环面外定子、行星架转子进行分析最后再将得到的数据进行转化即可。
需要注意的是,在对具有NS两级的螺旋进行安装的过程中,一定是采用成对安装的方式即偶数安装。通过蜗杆内定子的极对数、极数就可以知道环面外定子齿数需要满足的条件与关系[3]。结合计算以及以往的实践经验发现,在传动关系中,环面外定子磁极齿数与蜗杆内定子槽内线圈绕组的关系与数学中的等差数列一致,而且是极数为2倍公差。通过对传动关系进行分析发现,想要实现以及能够实现的传动比均是偶数,而且全部都是正偶数。而传动比的大小则是由环面外定子齿数决定的。另外一个需要注意的是,在设计的过程中想要获得最大的传动比,其环面外定子的齿数要控制数值。
2.2行星轮数
从行星轮数的角度出发,想要获得更多的超环面机电传动的电磁啮合点,就需要从装配的角度分析,这就需要在蜗杆内定子和环面外定子形成的有限空间内安装最多的行星轮,只有通过这种方式才能够达到增加输出力矩的作用,也就能够增加电磁啮合点。
在蜗杆内定子和环面外定子的空间内安装行星轮,上文中已经明确行星轮的齿数必定为偶数,在这种情况下再进行行星轮安装条件的确定,另外通过了解可安装行星轮个数从而获得极对数与环面外定子齿数与安装个数之间的存在某种特定关系。通过对蜗杆内定子极数、装配关系、可安装行星轮个数和传动比之间的关系,发现行星轮数的安装个数不仅与环面外定子的齿数有关,同时蜗杆内定子的极对数也关系到行星轮的安装个数。虽然通过安装尽可能多的行星轮能够增加输出力矩,但是另外一个重点就是要保证整个传动系统的正常运行,因此需要保证两个行星轮之间的距离保证在不会发生碰撞的可能性内。安装的过程中最好留有一定的孔隙保证其顺利安装。另外一个需要注意的就是在安装行星轮个数选择的过程中,在个数与厚度方面需要综合考虑。
3.超环面机电传动的电磁啮合分析
超环面机电传动作为一种新型传动,其驱动的原理就是环面蜗杆产生的环面旋转磁场用来驱动永磁体为轮齿的多个行星轮转动,从而支撑行星轮的行星架转动实现低速大转矩的动力输出[4]。对超环面机电传动的电磁啮合分析的目的在于了解传动固有的输出特性,获得良好的输出性能。
3.1行星轮初始安装位置的计算
在初始安装的过程中,先安装一个基准轮,考虑到行星轮与行星架固连,可以根据比例关系完成行星轮的初始位置安装。在确定了行星轮齿数之后进行八齿行星轮的安装[5]。针对其他齿数行星轮的安装,由于环面定子内部空间以及行星轮大小有限,因此行星轮个数和行星轮齿数的选择有限。
在超环面机电传动中,不同的蜗杆绕组级对数,根据环面定子的特殊性,选取不同的行星轮齿数和行星轮个数进行安装[6]。
3.2啮合齿对数分析
超环面机电传动中,需要先确定行星轮的初始位置,只有完成这个之后才能够进行下一步。在安装过程中,考虑到蜗杆和参与到啮合行为的行星轮齿数,其对输出力矩和速度起到关键作用。为了保证传动表现出良好的性能,就需要通过进行电磁啮合分析,重点加强对波动规律的分析,在了解的基础上提出针对性的控制方法。在安装过程中,最先需要考虑的是基准行星轮的安装,而其他形式的行星轮只需要通过同步或异步关系完成判断即可。通过这种方式就能够了解超环面机电传动和啮合情况。
而想要了解基准行星轮的啮合情况,不仅需要了解行星轮齿数、蜗杆包角等参数,还需要对基准啮合齿对数进行分析。
通过研究发现,啮合区大小与包角的关系由多个是参与啮合的分段斜线组成,在包角逐渐增大的情况下,当行星轮参与啮合的齿数越多,而异步行星轮参与啮合的齿数也会随之增多。各个段区间的大小又与异步轮数有关,异步行星轮越多,分段就越细小[7]。
如果改变开始出现变行星轮齿数,又想要得到最大的输出力矩,就需要从蜗杆包角等多个方面分析,由于电磁啮合是从基准行星轮开始,而且在后期的运行中可能还会有更多齿参与到啮合中,这时需要考虑异步值和基准轮异步的行星轮齿数,将其想加之后乘以倍频值,就可以得到参与啮合的齿数。可以发现区间的大小与行星轮齿数和安装方式的异步轮个数有关。
4.结语
与传统的机电传动模式有很大的区别,超环面融合了电磁、蜗杆等多项技术和参数,属于一种全新的空间传动模式。利用技术的先进与升级超环面机电传动表现出结构紧凑、直接驱动等多项特点。本次研究中通过对结构参数和电磁啮合两个方面进行分析,从而了解到传动可以实现所有正偶数的传动比和得到内外定子螺旋升角随着结构参数变化的变化规律,最终目的就是希望能够为传动的相关性能提供可靠的理论基础。
参考文献
[1]郝秀红,许立忠.机电集成超环面传动啮合参数激励下的稳定性分析[J].中国机械工程,2007,51(24):2947-2950.
[2]蔡毅,许立忠.机电集成传动的啮合原理研究[J].机械设计,2008,33(04):42-44.
[3]刘欣,许立忠,聂岭.双定子混合励磁超环面电机结构及电感参数分析[J].电机与控制学报,2014,10:60-67.
[4]刘欣,许立忠,聂岭.新型超环面混合励磁电机的结构及特性分析[J].中国电机工程学报,2015,33(20:)5335-5343.
[5]许立忠,高艳霞.机电集成超环面传动非线性机电耦合动力学研究[J].燕山大学学报,2013,21(01):15-21+44.
[6]郝秀红,朱学军,许立忠.机电集成超环面传动系统参数振动研究[J].振动与冲击,2013,53(22):113-118+134.
电磁参数 篇5
我国自2014年起对于Ⅲ类医疗器械实施电磁兼容 (EMC) 强制检验, Ⅱ类医疗器械电磁兼容强制检验自2015年逐步推进, 故多参数监护仪已被纳入监管范围, 实施电磁兼容安全性检验。而在电磁兼容检验中, 重点关注多参数监护仪专用标准解读与抗扰度符合性准则判据适用性, 其中符合性准则涉及基本安全与基本性能。本文将主要从多参数监护仪电磁兼容检测、监护仪专用标准和基本性能等方面进行阐述。
1 多参数监护仪的电磁兼容专用标准及检测方法
在多参数监护仪电磁兼容检测中, 各项监护仪专用标准使检测有法可依, 保证了检测的规范性和可重复性, 具有十分重要的意义, 同时对于检验机构具有重要指导作用。
以下列出了多参数监护仪各模块电磁兼容检测中涉及到的中英文标准, 见表1。
在开展实际的检测工作时, 应明确标准间的主次关系, 制定测试方案以及把握检测重点可按照以下顺序进行。
(1) 紧扣电磁兼容行业基础标准《YY0505—2012医用电气设备第1-2部分:安全通用要求并列标准:电磁兼容要求和试验》《GB4824—2013工业、科学和医疗 (ISM) 射频设备电磁骚扰特性限值和测量方法》以及GB/T 17626系列标准, 这些标准是电磁兼容检验的基础, 详细规定了EMC各项试验的要求, 诸如场地、限值、测试距离、试验方法等。
一般多参数监护仪在GB 4824中分类为1组A类, 共进行9项试验, 分别为:传导发射 (CE) 、辐射发射 (RE) 、静电放电 (ESD) 、射频电磁场辐射抗扰 (RI) 、电快速脉冲群 (EFT) 、浪涌 (Surge) 、射频场感应的传导骚扰抗扰 (CI) 、电压暂降及短时中断 (DIP) 以及工频磁场 (PFM) 。
(2) 查阅各专业标准, 尤其关注被检多参数监护仪各监护模块对应的专标, 如多参数监护仪普遍都配备的心电模块、血氧模块、体温模块等, 而其中血压模块比较特殊, 分为无创血压 (NIBP) 和有创血压 (IBP) , 无创血压监护通过袖带连入, 较常见, 而一些功能较全的多参数监护仪才能同时配备无创血压和有创血压监护模块。因此, 工程师应在检测之初, 通读说明书, 熟悉仪器应用及操作, 参考表1中各项专标, 制定合理科学的检测方案。
比如典型的血压 (NIBP/IBP) 模块, 在《YY 0667-2008医用电气设备第2-30部分:自动循环无创血压监护设备的安全和基本性能专用要求》《YY0783-2010医用电气设备第2-34部分:有创血压监测设备的安全和基本性能专用要求》及相应IEC英文标准中, 对于高频手术设备干扰均有具体测试等级和布局要求, 如图1。
对于高频手术设备干扰这项试验, 电磁兼容国行标等各基础标准并未提及, 如果忽视专用标准要求, 则所做试验项目不完整, 电磁兼容测试也就失去全面性和可靠性。
综上所述, 在多参数监护仪的电磁兼容检测中, 首先考虑EMC行业及基础标准, 如YY0505, GB4824, GB17626系列等标准, 在确定测试方向及试验项目后, 详细研读被测多参数监护仪各监护模块对应的专用标准, 细化测试流程和方法, 对于中文标准释义不清处可参考相应英文标准, 力求使电磁兼容检测准确全面。
2 符合性判据与基本性能
在多参数监护仪各专用标准的具体章节中, 除规定电磁兼容检测方法及布局要求外, 还明确了基本性能 (essential performance) 。多参数监护仪电磁兼容测试中关于“合格”与否的评判标准——符合性判据, 即包括了通用标准符合性准则与专用标准符合性准则。
通用标准符合性准则参见YY0505-2012条款36.202.1 j) 。
——器件故障;
——可编程参数的改变;
——工厂默认值的复位 (制造商的预设值) ;
——运行模式的改变;
——虚假报警;
——任何预期运行的终止或中断, 即使伴有报警;
——任何非预期运行的产生, 包括非预期或非受控的动作, 即使伴有报警;
——显示数值的误差大到足以影响诊断或治疗;
——会干扰诊断、治疗或监护的波形噪声;
——会干扰诊断、治疗或监护的图像伪影或失真;
——自动诊断或治疗设备和系统在进行诊断或治疗时失效, 即使伴随着报警。
专用标准符合性准则参见各专标EMC条款, 如心电模块 (ECG) IEC60601-2-27:2011 Clause 202.6.2.2, 标准规定:在静电放电期间, 被测设备可出现暂时性能降级, 需在10s内恢复之前的运行模式, 设置参数不改变, 且无存储数据丢失。因此在多参数监护仪EMC检测中, 需综合考量通用标准符合性准则和专用标准符合性准则。
此外对于多参数监护仪EMC检测还应参考各专用标准中的基本性能章节, 如表2中列出了多参监护仪英文专用标准IEC60601-2-49:2011中基本性能的具体要求。
3 电磁兼容检测中的关注点
在实际临床使用中, 因多参数监护仪处于不同的工作环境, 如ICU手术室、救护车等, 会受到各种各样的干扰, 从而给传感器提取信号带来困难, 引起测量误差, 导致监护参数的不准确, 影响仪器的正常使用。这些干扰主要包括环境、工频电源、周围仪器产生的电磁场等[1], 而电磁兼容检测恰恰提供了一个非常全面的测试环境, 重点关注在各种骚扰下多参数监护仪的安全性和有效性。
因此, 在电磁兼容测试中应尽量避免由于检验员本身操作不当而引发的电生理参数测试偏差, 以下总结了几个典型关注点。
3.1 心电模块的使用问题
由于心电信号比较微弱, 仅为m V级, 所以心电监护仪极易受到使用环境的影响。心电监护中, 电极应安放于正确部位;如果要用ECG电极同时提取呼吸波, 则更应注意电极的摆放位置。因此在EMC测试中, 要注意排除心电模拟仪本身是否受到了干扰, 同时应关注提取呼吸波形的电极, 并正确设置心电模拟仪。
在抗干扰方面, 尽管各个厂家在产品设计和开发时, 已充分考虑并采取一定的措施来增加其抗干扰能力, 但像工频磁场 (PFM) 这样的干扰仍旧难以克服, 工频干扰主要来自与仪器所使用的交流电网50 Hz, 这是一种很普遍的干扰[2], 接专用地线可有效减小骚扰, 但由于监护仪多为流动设备, 很难保证每个病房都有专用地线, 因此防范困难。同时也提醒检测人员, 多参数监护仪电磁兼容测试应重点关注工频磁场, 因为一般情况下, 受试设备在工频磁场出问题的几率较小, 检测人员可能会掉以轻心而忽略了一些细微的ECG波形变化, 从而导致检测结论偏差。
3.2 血氧饱和度模块的使用问题
血氧饱和度多使用双波长的光电转换法, 如果环境中有较强的光源, 如手术灯、荧光灯或者是阳光直射时, 会使探头的光敏元件接收值偏离正常范围, 因此需要避强光, 在电磁兼容检测中需加以注意。
3.3 无创血压模块的使用问题
测量不准确是使用中最常见的问题。测量时模拟器的患者肢体端移动、所选用的袖带过大或过小、袖带捆的位置不正确等, 都是导致测量不准确的主要原因。
3.4 报警限设置不正确
报警限设置不正确, 导致误报警或不报警, 这样监护仪就失去了监护的意义。在电磁兼容检测中也要善于应用报警提醒, 这对于及时观察受试设备状态及评定试验判据都具有重要意义。
4 结束语
本文从多参数监护仪应用背景入手, 围绕检测中的关注点, 着重介绍了监护仪各电磁兼容专用标准的适用情况, 并落脚于基本性能及符合性判据要求, 结构完整, 为多参数监护仪电磁兼容检测提供了理论和实践依据。
参考文献
[1]余璐.多参数监护仪原理及质控检测原理探讨[C].上海:第四届上海市医学会临床医学工程学分会学术论坛, 2000.
电磁参数 篇6
笔者基于水处理技术抑垢及缓蚀性能在线评价实验台, 通过加磁与不加磁的对比实验, 对循环冷却水中重要成垢参数中的钙浓度、总碱度、电导率和p H值进行测量与分析, 研究电磁作用下各水质参数产生变化的原因, 并找出它们之间存在的关系, 最后运用关联度分析方法进行验证。
1实验 (1)
1.1动态模拟实验系统
水处理技术抑垢及缓蚀性能在线评价实验台如图1所示, 采用管材和几何尺寸完全相同的彼此独立的双管循环系统, 主要由循环水系统、恒温水浴控制系统、空冷控制系统和在线监测平台4部分构成。恒温水浴段模拟管壳式换热器, 在其入口处对其中一路循环水作加磁处理。
1.2实验条件
用去离子水将试剂无水Na CO3和Ca Cl2按照1∶1的摩尔比配置成实验用1g/L的高硬度水 (以Ca CO3计) 。薄壁铜管中的循环介质为29℃的碳酸钙过饱和溶液, 以0.4m/s的流速流经50℃的恒温水域, 随着温度的提升在铜管内壁生成碳酸钙污垢。实验周期一般为5~7d, 每3h采集一次循环水的电导率和p H值, 每6h测量一次钙硬度和总碱度。
1.3测量方法
钙离子浓度和碱度是循环冷却水中重要的水质参数, 二者的变化趋势即可反映溶液结垢的趋势。具体方法参见《锅炉用水和冷却水分析方法》中钙的络合滴定法和碱度测定方法。为了减小误差, 每个试样滴定3次取其均值。
2关联度分析法
关联度分析包含于灰色系统理论, 适用于少数据、贫信息和不确定性问题的探讨与整理, 以寻求原始数据的现实规律[13]。通过所生成序列曲线几何形状的相似程度, 判断子序列与母序列的联系是否紧密, 曲线变化趋势越接近, 相应序列之间的关联度越大;反之越小。
关联度分析是两个系统之间的因素随时间或不同对象而变化的关联性大小的量度。其参考序列 (母序列) 反映系统的行为特征, 设为:
1———壁温1;2———壁温2;3———壁温3;4———水浴温度;5———加热管;6———出口温度;7———入口温度;8———在线仪表测量池;9———水浴水箱;10———下水箱;11———水冷散热器;12———空冷散热器;13———搅拌器;14———空冷水泵;15———循环水冷;16———空冷风机;17———空冷温度传感器;18———补水箱;19———上位机;20———工控机
比较序列 (子序列) 影响系统行为的因素, 设为:
fk时刻的绝对差值:
xj对xi在k时刻的关联系数:
Δmax和Δmin为所有比较序列在各时刻的绝对差中的最大值与最小值, 一般取Δmin=0;η为分辨系数, η∈ (0, 1) 。
则母因素与子因素的关联度:
3分析
3.1加磁对循环水钙离子和总碱度的影响
实验测得不加磁和在频率为1k Hz电磁场作用下, 如图2所示的循环水钙离子浓度和总碱度, 加磁使得循环水钙离子浓度降低、总碱度升高。
本实验选择去离子水为溶剂, 溶质只有氯化钙和碳酸钠, 因此溶液中发生的化学反应为:
加磁循环水中的Ca2+和CO32-在电磁场中受洛仑兹力作用加速运动, 相互碰撞的机会增多从而快速生成大量晶核, 已形成的晶核在溶液中起到晶种的作用, 快速吸附在洛仑兹力下运动到晶核表面的成垢离子, 从而引发二次成核作用, 使得碳酸钙以颗粒垢形式快速生长并从水中析出。因此加磁溶液中留存的Ca2+要比不加磁溶液中的少。碳酸钙的大量析出使得化学反应持续向右进行, 促进了CO2水解, 生成比不加磁溶液数量更多的HCO3-, 从而增大了水的碱度。
3.2加磁对循环水电导率和p H值的影响及分析
图3所示为定期测取的电导率和p H值散点图, 加磁与不加磁两种情况下电导率随时间均呈下降趋势, 但加磁溶液的电导率要比不加磁溶液相对高一些。二者的p H值相差不大, 加磁溶液p H值与不加磁溶液的p H值基本持平, 有时略高一点。
电导率是表征水中含盐量的一个指标, 表示水溶液中带电离子的导电能力。本研究中主要涉及氯离子、钠离子、钙离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子、氢离子和氢氧根离子。因动态实验是对比实验, 二者的工况如温度和离子初始浓度基本相同, 在电导率的比较中, 氯离子和钠离子对二者的作用效果相同, 可以不做考虑。而氢离子和氢氧根离子浓度数量级小到可以忽略, 因此电导率的大小只取决于钙离子、碳酸根离子和碳酸氢根离子的浓度。随着钙离子和碳酸根离子结合成垢从水中不断析出, 电导率不断下降。由于加磁溶液促进二氧化碳水解生成了较多的碳酸氢根, 从而增大了溶液的导电能力, 在数值上会比不加磁溶液的电导率要高一些。
从反应式 (1) 可以看出, 加磁溶液在反应初期受洛仑兹力影响会生成数量较多的碳酸钙, 从而生成较多的氢氧根, 因此加磁溶液的p H值在反应初期会明显高于不加磁溶液。随着碳酸钙垢的生成沉淀, 自然推动反应向右进行, 促进二氧化碳水解, 碳酸氢根水解生成氢离子, 逐步中和氢氧根离子使得p H值逐步下降直到平衡状态。加磁生成相对较多的氢氧根离子, 同时也生成了相对较多的氢离子, 二者中和的结果就是加磁对循环水p H值的影响甚微。
3.3应用关联度方法验证水质参数间的关联程度
要建立电磁场与污垢之间的数学模型, 必须选择合适的水质参数分别与电磁场和污垢建立联系。经分析, 电导率是相比p H值建立电磁场参数与多水质参数的数学模型更合适的参数。但只用电导率一个参数无法直接量化磁场的影响, 需要找到既与电导率具有密切关联关系又与污垢建立起联系的水质参数。从3.2节的分析得出电导率取决于致垢参数钙离子和总碱度的和, 直观来看电导率和总碱度关联关系要更加密切, 这一点需要借助关联度分析方法加以证实。
为验证其关联程度, 设定电导率为参考列X0, 钙浓度值和总碱度为比较序列X1和X2。用初值化处理将母因素电导率与子因素钙浓度和总碱度值标准化, 即分别除以第一个数值, 归一化。关联度分析依据各因素数列曲线形状的接近程度, 给系统发展态势提供了量化的度量。如果两个因素变化态势一致, 即同步变化程度较高, 则关联度值愈大, 可以认为两者关联较小。图4所示为加磁与不加磁两种情况下, 电导率与钙浓度和总碱度之间的关联系数。由图4a可以看出, 在加磁情况下, 电导率与碱度的关联系数明显要高;从图4b可以看出, 不加磁情况下, 电导率则与钙浓度的关联系数稍高。
表1为1k Hz频率及不加磁情况下, 电导率与钙浓度和总碱度的关联度计算结果, 两种情况下电导率与钙和总碱度都具有一定的关联程度;加磁情况下, 电导率与钙离子关联程度要比总碱度低得多, 说明加磁后, 洛仑兹力作用下生成较多的碳酸钙晶体沉淀, 因而钙离子浓度较低, 与此同时生成大量的碳酸氢根离子, 增大了溶液碱度, 因而对溶液电导率的提高做出贡献。不加磁情况, 钙浓度相对总碱度与电导率的关联程度更大一些。原因是此时水中钙离子浓度较高, 对电导率的贡献较大, 总碱度则相对不高, 对电导率的贡献相对小一些。
4结束语
电磁参数 篇7
电控燃油喷射系统是柴油机电控技术的核心,而喷油器电磁阀是决定柴油机电控燃油喷射系统性能的关键部件。喷油器电磁阀的性能对柴油机喷射系统的喷油量、喷油定时等参数有着重要影响。喷油器针阀的响应能力和动态特性决定了柴油机的动力性、燃油经济性和排放物的生成。目前,大部分研究人员从喷油器的受力模型着手,结合ANSYS软件设计喷油器电磁阀,在理论上,为喷油器电磁阀的机械设计提供了重要依据[1~4]。然而,在研究中发现,针阀开启所需电磁力与多个参数有关,而这些参数对电磁阀通电后产生的磁场产生很大影响,为此,基于磁场分析对电控柴油机喷油器电磁阀结构参数进行设计是很有必要的。
1.针阀2.磁轭3.电磁线圈
1 针阀开启所需电磁力计算模型
选择采用虚功原理来计算针阀开启所需电磁力。如图1所示,假设柴油机喷油器内,电磁线圈与针阀组成的系统由n个回路,假定其中某个磁路在磁场力作用下出现位移ds,并且系统中各回路磁链变化为,则外电源所作功等于系统储能的增加与磁场力之和[5~7],即:
其中,电源作功用于抵抗磁链变化产生的感生电动势,它所提供的能量为:
系统所具有的总磁场能量为:
系统内电磁线圈储能的增量为:
由于喷油器内电磁线圈电流由交流发电机+B端输出,且由于电磁线圈的感抗较小,则存在d Ii=0,从而有:
则:Fds=d Wm,并由此可得:
假设针阀轴向移动位移s,则在移动过程受到的电磁力F为:
2 结构分析
假设某款电控柴油发动机,针阀长度l1为46mm,针阀横截面积A为4mm,喷油器喷油压力为13.5Mpa。若忽略针阀自重,则针阀开启所需电磁力大小为16966N。
由于针阀开启所需电磁力与电磁线圈匝数、电磁线圈通电电流强度、磁轭材料、针阀材料有关。因此,通过合理选择电磁阀结构参数,可以达到针阀开启所需电磁力大小。
2.1 电磁线圈匝数选择
考虑到喷油器的安装问题,电磁线圈结构不应过大。为此,可选择其匝数为1000匝,采用铜线缠绕。电磁线圈电阻约为1Ω,由电源系统提供14V直流电,则其通电电流I为14A,线圈电流的安匝数为14000。
2.2 针阀材料的选择
电磁线圈通电后,由于磁化场存在时,具有很高的磁感应强度,针阀受到较大的电磁力。而当磁化场去掉之后,电磁力消失。为了达到这一控制效果,应选择针阀材料为永磁材料。结合电磁力大小考虑,可选择相对磁导率Mu为1.1,剩磁Br为1.30的软磁材料。
2.3 磁轭材料的选择
喷油器工作过程中,磁轭基本不受到载荷冲击,且由于磁轭安装于喷油器内,因此其表面应尽量光滑。为此,选择非线性磁材料作为磁轭材料。所选材料的B-H曲线如图2所示。
3 系统磁场分析
采用ANSOFT公司的Maxwell3D/2D软件对喷油器电磁阀进行电磁场分析。电磁线圈与针阀所组成的系统为轴对称模型,求解区沿针阀轴线方向。考虑到场量在边界处数值仍然很大,强制截断会引起反射,为避免令场量为0而引起较大误差或者产生错误结果,在进行磁场分析时,选择采用Maxwell2D提供的气球边界功能,将系统外区域设置为气球边界即可。指定为气球边界处,磁场即不平行也不垂直于边界。
在对系统进行网格划分时,需要对划分进行控制。在ANSOFT中,有强大的2D网格生成器(Manual Mesh),可对划分进行有效的控制。通过Manual Mesh工具细化针阀与电磁线圈、磁轭附近的密度,并设置命令与边界线匹配。划分完成的系统网格图如图3所示。
在利用Maxwell3D/2D软件进行分析求解过程中,需要根据针阀、磁轭等部件实际尺寸生成几何模型,并给针阀、电磁线圈、磁轭等部件指定已选好的材料属性,建立气球边界条件,选择激励源的参数为14000安.匝,设定电磁力为求解参数,完成以上步骤后便可进行求解分析。
得到的求解结果如图4所示。(a)为系统的磁感应强度图,从图中可以看出针阀靠近电磁线圈处的磁感应强度B最大可达到2.4T。当电磁线圈通电瞬间,针阀体内便存在较强的磁感应强度,从而增强了针阀开启的动态特性。(b)为系统的磁力线分布图,显然可见在针阀靠近电磁线圈处的磁力线分布最密,在针阀底部磁力线分布较稀。
Maxwell3D/2D软件分析求解得到的轴向电磁力为17846N,大于克服调压弹簧所需弹力16966N约882N,以确保针阀开启的快速响应。此外,根据求解结果,针阀同时受到163N的横向作用力,这有可能导致针阀在开启过程中偏离轴心线,从而导致阀体磨损。为此,需要将阀体上部材料进行表面强化处理,以增强其耐磨性能。
4 结论
从系统磁感应强度与磁力线分布图及电磁力结果可以看出,所提出的采用虚功原理来计算针阀开启所需电磁力的方法是有效和可行的。针对某款电控柴油发动机所设计的喷油器电磁阀结构参数,能使针阀开启瞬间获得克服调压弹簧弹力所需的电磁力,有效提高针阀开启的动态特性和响应能力。
通过Maxwell3D/2D软件得到的电磁力结果还表明了针阀开启承受横向作用力,这为实际开发时,改进喷油器针阀表面材料提供了重要依据。
参考文献
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