磁悬浮式人工心脏中的电涡流位移传感器优化设计

摘要

磁悬浮式人工心脏中的电涡流位移传感器线圈需要透过两层钛合金薄壳测量转子内与线圈尺度相近的感应环位移，这与普通电涡流传感器直接测量大尺度被测金属位移情况不同。为解决磁悬浮人工心脏中磁悬浮转子位移检测的难题，设计出能应用于磁悬浮人工心脏中检测转子位移的电涡流位移传感器，本文分析了人工心脏中电涡流传感器的工作原理，并结合人工心脏的结构特点设计出合适的传感器检测电路，然后研究了人工心脏中钛合金薄壳的存在对传感器线圈特性的影响以及不同频率激励信号下传感器线圈的性能，并对线圈几何尺寸进行优化设计。
　　本文主要对以下几个方面进行了深入研究：
　　1.磁悬浮式人工心脏中电涡流位移传感器工作机理分析与检测电路设计。
　　根据电涡流位移传感器的工作原理，研究磁悬浮式人工心脏中电涡流位移传感器工作机理，建立了传感器等效模型，并分析影响人工心脏中传感器性能的主要因素。同时根据磁悬浮式人工心脏的结构特点，设计了传感器检测电路，并对电路的元器件参数值进行优化选择，使传感器检测电路具有最佳的灵敏度。
　　2.穿透金属薄壳的电涡流传感器线圈特性的研究。
　　通过有限元仿真分析传感器的电涡流分布特点，并设计实验测试平台，通过测试线圈的电参数，研究了定子钛合金薄壳与转子钛合金薄壳对传感器线圈特性的影响，以及不同频率的激励条件下穿透金属薄壳的电涡流传感器线圈特性。
　　3.被测导体尺度与传感器线圈相近的条件下线圈几何尺寸对传感器性能影响研究。
　　通过实验测试磁悬浮式人工心脏结构中不同几何尺寸线圈的性能，研究当被测金属尺度与传感器线圈相近的条件下，线圈几何尺寸对传感器性能的影响。优化设计出一款线圈，并测试其实际传感器性能。
　　通过以上研究对透过金属薄壳测量被测金属位移的电涡流传感器进行了分析，掌握了电涡流的分布特点，得到金属薄壳对线圈特性的影响规律，为透过金属薄壳测量被测金属位移的电涡流位移传感器设计提供了依据。并将传感器线圈的几何尺寸进行了优化设计，可为类似的被测导体尺度与线圈相近的电涡流传感器线圈尺寸优化设计提供参考。通过对所设计的传感器进行实际测量，发现传感器性能符合预期，满足要求。

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第一章 绪 论

1.1 国内外研究现状分析

1.2 研究目的与意义

1.3 主要研究内容和所要解决的关键问题

第二章 磁悬浮式人工心脏中电涡流传感器理论分析

2.1 电涡流传感器工作原理

2.2 磁悬浮人工心脏中电涡流传感器工作机理

2.3 人工心脏中电涡流传感器检测电路

第三章 传感器线圈性能研究方法

3.1 线圈性能研究常用方法

3.2 传感器线圈有限元仿真计算

3.3 传感器线圈参数实验测试

第四章 穿透金属薄壳的电涡流传感器线圈特性研究

4.1 钛合金薄壳对传感器线圈性能影响

4.2 激励频率对传感器线圈性能影响

第五章 被测导体尺度与线圈相近时线圈几何尺寸对传感器性能影响研究

5.1 线圈形状对传感器性能影响

5.2 被测导体尺度与线圈相近时线圈几何尺寸优化

5.3 优化设计的电涡流传感器性能测试

第六章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢