内置式梯度磁场产生装置的设计与研究

摘要

磁场在现代工业中的应用越来越广泛。在不同的工业应用环境中所需的磁场分布和磁场强弱各不相同，因此产生各种磁场分布、控制磁场强弱的磁场产生装置也各不相同。本设计是为某研究院开发的一种内置式梯度磁场产生装置，要求工作点的磁感应强度的大小以及磁场的分布曲线应满足设计要求，此外，还要达到磁场稳定性、装置散热等各项指标的技术要求。 本论文根据磁场产生装置的技术要求，选取合适的电磁材料，合理设计磁极、磁轭和铁心的形状及尺寸；设计励磁线圈的相关参数，选择线圈的绕制方法；并根据设计要求中规定的空间合理布局线圈和冷却装置，确定循环水冷却方案。应用ANSYS软件对磁场产生装置的电磁场进行有限元计算与分析，对磁极、磁轭的形状及其关键尺寸进行优化，分析磁极形状、气隙大小等因素对磁场分布的影响，以寻求最佳设计方案。 为了达到调节磁场强弱、保持磁场稳定性的技术要求，采用单片机控制系统对磁场进行闭环控制。为此设计并开发了由单片机、传感器、A/D转换器、D/A转换器以及励磁电源等器件构成的硬件系统，并用C51语言对单片机进行编程控制。该系统以89C51单片机为核心，用霍尔传感器检测磁场感应强度，经A/D转换形成反馈信号，单片机进行控制运算，经D/A转换输出控制信号，控制电源电压，从而达到调节励磁电流、控制磁场精度并保持磁场长期稳定工作的目的。此外，本系统还具有工作点磁感应强度的实时显示、键盘指令输入、上位机串口通信、监控等功能。 通过系统实验，对磁场产生装置进行标定，校核磁场分布和工作点的磁场大小，对实验结果进行了分析。本装置完全达到了各项技术要求，并通过了验收，现已投入使用，实现了它应有的科学价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

第2章 电磁场及ANSYS简介

第3章 机械结构设计

第4章 磁场产生装置的磁场计算

第5章 控制系统的设计

第6章 标定及实验结果分析

结论

致谢

参考文献

攻读硕士研究生期间发表的论文