用于高固含率气液固三相流化床的EMT系统构建
发布时间：2021-08-19 14:48
气液固三相流化床是石油化工、生物工程等反应中的重要反应设备,流化床内各相介质流动特性的在线测量对流动过程和流化床的优化设计具有重要意义。电磁层析成像技术面向电导率或磁导率分布测量,具有非侵入性、高实时性、非辐射等优点,为流化床内高磁导率固相介质分布测量提供了一种有效方法。针对气液固三相流化床中磁性催化剂的测量需求,本文使用隧道磁敏电阻传感器（TMR）代替测量线圈,提出了面向固相颗粒磁导率分布测量的电磁层析成像系统,主要工作如下:1、在已实现的电磁层析成像系统中,线圈被用作测量元件,其感应电压强度与激励频率与线圈尺寸相关,线圈之间的容性耦合也会影响测量信号精度。本系统对比分析了TMR传感器与线圈的磁场测量敏感特性,并对TMR-线圈传感器阵列进行了优化设计。实验结果表明TMR传感器测量电压与激励频率无关,具有更高的磁场灵敏度,有助于提高EMT系统的测量性能。2、现有的电磁层析成像系统主要关注电导率分布重建。为满足磁性催化剂分布的测量需求,在COMSOL仿真平台中利用模拟扰动法计算了本EMT系统针对磁导率测量的二维和三维灵敏度系数矩阵,并在仿真平台中使用多种图像重建算法获得了物场内磁导率分布...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MTJ内部结构
第1章绪论7产生的磁场灵敏度很小，而TMR中铁磁层之间基本不存在层间耦合，只需很小的磁场即可使其中一个铁磁层的极化方向反向，从而产生很大的磁场灵敏度[48]。因此，TMR器件开始引起了广泛关注。TMR效应的产生于自旋相关的隧穿效应。TMR电阻内部的多重隧道结（Multiple-TunnelJunction,MTJ）结构如图1-2所示。TMR电阻具有敏感轴测量特性，MTJ中铁磁层（被钉轧层，自由层）和反铁磁层之间的交换耦合作用决定了TMR电阻的敏感轴方向。图中自由层和被钉轧层的磁矩方向由箭头标出，被钉轧层的磁矩固定，而自由层磁矩可随外界磁场自由旋转。当自由层磁矩与被钉轧层磁矩平行或反向平行时，MTJ分别处于低阻态或高阻态；当自由层磁矩与被钉轧层磁矩垂直时，TMR电阻处于理想工作点[49]，此方向即为TMR电阻测量敏感轴方向。当待测磁感应强度方向与TMR敏感轴方向存在夹角时，TMR电阻测量的是磁感应强度的敏感轴方向分量。图1-2MTJ内部结构为了获得线性的电压输出，提高测量灵敏度，TMR器件内部常使用4个TMR电阻条构成推挽式全桥结构，如图1-3所示。R1、R2、R3、R4为4个独立的TMR电阻条，各自的敏感轴方向如图中箭头所示，在外部磁场作用下可产生推挽输出。图1-3推挽式电桥结构
天津大学硕士学位论文16和稳定性。本系统选用WurthElektronik公司生产的磁屏蔽贴纸作为磁屏蔽层，该贴纸由相对磁导率为110的铁氧体制成，厚度为0.6mm。在模型中，设置了相同参数的圆环作为磁屏蔽层。表3-1激励线圈参数线圈外直径/mm线圈内直径/mm线圈高度/mm线径/mm匝数402450.6192仿真模型的有限元计算网格剖分如图3-2所示，为了便于显示，磁屏蔽层部分的网格剖分未在图中给出。线圈区域的网格剖分较细化。线圈和物场区域共剖分8254个网格，4446个边界单元和1156个边单元。图3-2EMT模型网格剖分3.1.2TMR敏感轴放置方向优化由第一章可知，TMR传感器具有敏感轴测量特性，即它只对某一特定方向的磁感应强度敏感。当实际磁感应强度与该方向存在夹角时，TMR传感器测量磁感应强度在敏感轴上的分量。因此，传感器敏感轴放置方向的优化是线圈-TMR传感器阵列设计的关键。为了优化敏感轴放置方向，需要知道不同的激励线圈工作时，各TMR传感器处待测磁场的方向。EMT系统常采用循环激励测量的工作模式。首先激励1号线圈，利用TMR传感器测量2-8号位置处的磁感应强度，之后激励2号线圈，测量其余七个位置处的磁感应强度值，如此循环一周，直到8个线圈均激励一次。由传感器阵列结构与激励测量策略可知，激励线圈与TMR传感器的典型位置关系可分为七种，即2至8号线圈激励时各线圈与1号传感器的位置关系。其余激励测量通道线圈
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进的Tikhonov正则化图像重建算法[J]. 温丽梅,周苗苗,李明,马敏. 计量学报. 2018(05)
[2]基于CCERT与声发射技术的气液固三相流相含率测量[J]. 张凯,胡东芳,王保良,冀海峰,黄志尧,李海青. 北京航空航天大学学报. 2017(11)
[3]基于隧道磁阻传感器的车辆探测器研究[J]. 高俊,王劲东,仇福伟. 仪器仪表学报. 2017(08)
[4]TMR传感器及其在电磁检测中的应用[J]. 张继楷,杨芸,康宜华,雷啸锋. 无损检测. 2016(12)
[5]基于TMR的平面电磁传感器仿真设计[J]. 安寅,陈棣湘,田武刚. 无损检测. 2016(04)
[6]电磁层析成像灵敏度矩阵实验测试方法[J]. 刘泽,薛芳其,杨国银,邢哲,孙秀芳. 仪器仪表学报. 2013(09)
[7]重油分级催化裂化反应性能[J]. 高浩华,王刚,张兆前,白跃华,高金森. 石油学报(石油加工). 2012(06)
[8]隧道磁电阻（TMR）磁传感器的特性与应用[J]. 吕华,刘明峰,曹江伟,白建民,魏福林,杨正,王建国. 磁性材料及器件. 2012(03)
[9]基于互易原理磁感应成像中灵敏度矩阵的计算[J]. 吕轶,王旭,金晶晶,陈玉艳,杨丹,韩长军. 仪器仪表学报. 2012(03)
[10]基于灵敏度分析的EMT传感器优化设计[J]. 徐凯,尹武良,王化祥. 测试技术学报. 2011(01)
博士论文
[1]气—液—固三相流化床流动特性的实验研究与数值模拟[D]. 曹长青.天津大学 2005
硕士论文
[1]汽—液—固多管循环流化床蒸发器流动特性的研究[D]. 王兵兵.天津大学 2012
本文编号：3351614
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MTJ内部结构
第1章绪论7产生的磁场灵敏度很小，而TMR中铁磁层之间基本不存在层间耦合，只需很小的磁场即可使其中一个铁磁层的极化方向反向，从而产生很大的磁场灵敏度[48]。因此，TMR器件开始引起了广泛关注。TMR效应的产生于自旋相关的隧穿效应。TMR电阻内部的多重隧道结（Multiple-TunnelJunction,MTJ）结构如图1-2所示。TMR电阻具有敏感轴测量特性，MTJ中铁磁层（被钉轧层，自由层）和反铁磁层之间的交换耦合作用决定了TMR电阻的敏感轴方向。图中自由层和被钉轧层的磁矩方向由箭头标出，被钉轧层的磁矩固定，而自由层磁矩可随外界磁场自由旋转。当自由层磁矩与被钉轧层磁矩平行或反向平行时，MTJ分别处于低阻态或高阻态；当自由层磁矩与被钉轧层磁矩垂直时，TMR电阻处于理想工作点[49]，此方向即为TMR电阻测量敏感轴方向。当待测磁感应强度方向与TMR敏感轴方向存在夹角时，TMR电阻测量的是磁感应强度的敏感轴方向分量。图1-2MTJ内部结构为了获得线性的电压输出，提高测量灵敏度，TMR器件内部常使用4个TMR电阻条构成推挽式全桥结构，如图1-3所示。R1、R2、R3、R4为4个独立的TMR电阻条，各自的敏感轴方向如图中箭头所示，在外部磁场作用下可产生推挽输出。图1-3推挽式电桥结构
天津大学硕士学位论文16和稳定性。本系统选用WurthElektronik公司生产的磁屏蔽贴纸作为磁屏蔽层，该贴纸由相对磁导率为110的铁氧体制成，厚度为0.6mm。在模型中，设置了相同参数的圆环作为磁屏蔽层。表3-1激励线圈参数线圈外直径/mm线圈内直径/mm线圈高度/mm线径/mm匝数402450.6192仿真模型的有限元计算网格剖分如图3-2所示，为了便于显示，磁屏蔽层部分的网格剖分未在图中给出。线圈区域的网格剖分较细化。线圈和物场区域共剖分8254个网格，4446个边界单元和1156个边单元。图3-2EMT模型网格剖分3.1.2TMR敏感轴放置方向优化由第一章可知，TMR传感器具有敏感轴测量特性，即它只对某一特定方向的磁感应强度敏感。当实际磁感应强度与该方向存在夹角时，TMR传感器测量磁感应强度在敏感轴上的分量。因此，传感器敏感轴放置方向的优化是线圈-TMR传感器阵列设计的关键。为了优化敏感轴放置方向，需要知道不同的激励线圈工作时，各TMR传感器处待测磁场的方向。EMT系统常采用循环激励测量的工作模式。首先激励1号线圈，利用TMR传感器测量2-8号位置处的磁感应强度，之后激励2号线圈，测量其余七个位置处的磁感应强度值，如此循环一周，直到8个线圈均激励一次。由传感器阵列结构与激励测量策略可知，激励线圈与TMR传感器的典型位置关系可分为七种，即2至8号线圈激励时各线圈与1号传感器的位置关系。其余激励测量通道线圈
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进的Tikhonov正则化图像重建算法[J]. 温丽梅,周苗苗,李明,马敏. 计量学报. 2018(05)
[2]基于CCERT与声发射技术的气液固三相流相含率测量[J]. 张凯,胡东芳,王保良,冀海峰,黄志尧,李海青. 北京航空航天大学学报. 2017(11)
[3]基于隧道磁阻传感器的车辆探测器研究[J]. 高俊,王劲东,仇福伟. 仪器仪表学报. 2017(08)
[4]TMR传感器及其在电磁检测中的应用[J]. 张继楷,杨芸,康宜华,雷啸锋. 无损检测. 2016(12)
[5]基于TMR的平面电磁传感器仿真设计[J]. 安寅,陈棣湘,田武刚. 无损检测. 2016(04)
[6]电磁层析成像灵敏度矩阵实验测试方法[J]. 刘泽,薛芳其,杨国银,邢哲,孙秀芳. 仪器仪表学报. 2013(09)
[7]重油分级催化裂化反应性能[J]. 高浩华,王刚,张兆前,白跃华,高金森. 石油学报(石油加工). 2012(06)
[8]隧道磁电阻（TMR）磁传感器的特性与应用[J]. 吕华,刘明峰,曹江伟,白建民,魏福林,杨正,王建国. 磁性材料及器件. 2012(03)
[9]基于互易原理磁感应成像中灵敏度矩阵的计算[J]. 吕轶,王旭,金晶晶,陈玉艳,杨丹,韩长军. 仪器仪表学报. 2012(03)
[10]基于灵敏度分析的EMT传感器优化设计[J]. 徐凯,尹武良,王化祥. 测试技术学报. 2011(01)
博士论文
[1]气—液—固三相流化床流动特性的实验研究与数值模拟[D]. 曹长青.天津大学 2005
硕士论文
[1]汽—液—固多管循环流化床蒸发器流动特性的研究[D]. 王兵兵.天津大学 2012
本文编号：3351614
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