氣液固三相流化床是石油化工、生物工程等反應(yīng)中的重要反應(yīng)設(shè)備,流化床內(nèi)各相介質(zhì)流動(dòng)特性的在線測量對流動(dòng)過程和流化床的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義。電磁層析成像技術(shù)面向電導(dǎo)率或磁導(dǎo)率分布測量,具有非侵入性、高實(shí)時(shí)性、非輻射等優(yōu)點(diǎn),為流化床內(nèi)高磁導(dǎo)率固相介質(zhì)分布測量提供了一種有效方法。針對氣液固三相流化床中磁性催化劑的測量需求,本文使用隧道磁敏電阻傳感器（TMR）代替測量線圈,提出了面向固相顆粒磁導(dǎo)率分布測量的電磁層析成像系統(tǒng),主要工作如下:1、在已實(shí)現(xiàn)的電磁層析成像系統(tǒng)中,線圈被用作測量元件,其感應(yīng)電壓強(qiáng)度與激勵(lì)頻率與線圈尺寸相關(guān),線圈之間的容性耦合也會(huì)影響測量信號(hào)精度。本系統(tǒng)對比分析了TMR傳感器與線圈的磁場測量敏感特性,并對TMR-線圈傳感器陣列進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明TMR傳感器測量電壓與激勵(lì)頻率無關(guān),具有更高的磁場靈敏度,有助于提高EMT系統(tǒng)的測量性能。2、現(xiàn)有的電磁層析成像系統(tǒng)主要關(guān)注電導(dǎo)率分布重建。為滿足磁性催化劑分布的測量需求,在COMSOL仿真平臺(tái)中利用模擬擾動(dòng)法計(jì)算了本EMT系統(tǒng)針對磁導(dǎo)率測量的二維和三維靈敏度系數(shù)矩陣,并在仿真平臺(tái)中使用多種圖像重建算法獲得了物場內(nèi)磁導(dǎo)率分布... 

【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

MTJ內(nèi)部結(jié)構(gòu)

第1章緒論7產(chǎn)生的磁場靈敏度很小，而TMR中鐵磁層之間基本不存在層間耦合，只需很小的磁場即可使其中一個(gè)鐵磁層的極化方向反向，從而產(chǎn)生很大的磁場靈敏度[48]。因此，TMR器件開始引起了廣泛關(guān)注。TMR效應(yīng)的產(chǎn)生于自旋相關(guān)的隧穿效應(yīng)。TMR電阻內(nèi)部的多重隧道結(jié)（Multiple-TunnelJunction,MTJ）結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。TMR電阻具有敏感軸測量特性，MTJ中鐵磁層（被釘軋層，自由層）和反鐵磁層之間的交換耦合作用決定了TMR電阻的敏感軸方向。圖中自由層和被釘軋層的磁矩方向由箭頭標(biāo)出，被釘軋層的磁矩固定，而自由層磁矩可隨外界磁場自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)自由層磁矩與被釘軋層磁矩平行或反向平行時(shí)，MTJ分別處于低阻態(tài)或高阻態(tài)；當(dāng)自由層磁矩與被釘軋層磁矩垂直時(shí)，TMR電阻處于理想工作點(diǎn)[49]，此方向即為TMR電阻測量敏感軸方向。當(dāng)待測磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與TMR敏感軸方向存在夾角時(shí)，TMR電阻測量的是磁感應(yīng)強(qiáng)度的敏感軸方向分量。圖1-2MTJ內(nèi)部結(jié)構(gòu)為了獲得線性的電壓輸出，提高測量靈敏度，TMR器件內(nèi)部常使用4個(gè)TMR電阻條構(gòu)成推挽式全橋結(jié)構(gòu)，如圖1-3所示。R1、R2、R3、R4為4個(gè)獨(dú)立的TMR電阻條，各自的敏感軸方向如圖中箭頭所示，在外部磁場作用下可產(chǎn)生推挽輸出。圖1-3推挽式電橋結(jié)構(gòu)

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文16和穩(wěn)定性。本系統(tǒng)選用WurthElektronik公司生產(chǎn)的磁屏蔽貼紙作為磁屏蔽層，該貼紙由相對磁導(dǎo)率為110的鐵氧體制成，厚度為0.6mm。在模型中，設(shè)置了相同參數(shù)的圓環(huán)作為磁屏蔽層。表3-1激勵(lì)線圈參數(shù)線圈外直徑/mm線圈內(nèi)直徑/mm線圈高度/mm線徑/mm匝數(shù)402450.6192仿真模型的有限元計(jì)算網(wǎng)格剖分如圖3-2所示，為了便于顯示，磁屏蔽層部分的網(wǎng)格剖分未在圖中給出。線圈區(qū)域的網(wǎng)格剖分較細(xì)化。線圈和物場區(qū)域共剖分8254個(gè)網(wǎng)格，4446個(gè)邊界單元和1156個(gè)邊單元。圖3-2EMT模型網(wǎng)格剖分3.1.2TMR敏感軸放置方向優(yōu)化由第一章可知，TMR傳感器具有敏感軸測量特性，即它只對某一特定方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度敏感。當(dāng)實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度與該方向存在夾角時(shí)，TMR傳感器測量磁感應(yīng)強(qiáng)度在敏感軸上的分量。因此，傳感器敏感軸放置方向的優(yōu)化是線圈-TMR傳感器陣列設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。為了優(yōu)化敏感軸放置方向，需要知道不同的激勵(lì)線圈工作時(shí)，各TMR傳感器處待測磁場的方向。EMT系統(tǒng)常采用循環(huán)激勵(lì)測量的工作模式。首先激勵(lì)1號(hào)線圈，利用TMR傳感器測量2-8號(hào)位置處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，之后激勵(lì)2號(hào)線圈，測量其余七個(gè)位置處的磁感應(yīng)強(qiáng)度值，如此循環(huán)一周，直到8個(gè)線圈均激勵(lì)一次。由傳感器陣列結(jié)構(gòu)與激勵(lì)測量策略可知，激勵(lì)線圈與TMR傳感器的典型位置關(guān)系可分為七種，即2至8號(hào)線圈激勵(lì)時(shí)各線圈與1號(hào)傳感器的位置關(guān)系。其余激勵(lì)測量通道線圈

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3351614