基于磁流体光透射性的电流检测技术研究

论文摘要

磁流体是一种新型的磁材料,它是一种含有均匀分布的强磁性微粒的稳定胶状悬浮液,同时具有液体的流动性和固体的磁性,因而表现出许多特殊性质,包括磁流体的热透镜效应、磁光效应、磁流体折射率的可控性以及磁致分色效应,所以磁流体在电气、机械、医学、物理、化学等许多领域中,得到了广泛的应用。本文在模拟磁流体微观结构的基础上,说明了磁流体光学性质微观模型的建立过程,运用蒙特卡洛概率统计方法模拟光线在磁流体薄层内的传递过程,统计计算了磁流体薄层的光谱透射率,并研究了影响磁流体薄层光谱透射率的多种因素,包括：薄层厚度、磁性粒子体积浓度、磁性粒子粒径、外加垂直磁场强度。根据这些计算结果,探讨了磁流体微观聚集结构对磁流体薄层光谱透射率的影响。基于磁性流体光透射率随外加垂直磁场强度的变化而变化的关系,本文将磁性流体薄片作为传感媒介设计了电流测量系统。磁性流体受到外加垂直磁场作用时,原先无序的磁性颗粒将凝聚在一起形成条条磁链,从而引起磁性流体光透射率的变化。通过改变磁性流体的浓度和基液,或者改变传感探头的结构,来达到实际需要的传感灵敏度和响应时间。实验证明所设计的基于磁流体光透射性的电流测量系统,不仅避免了基于法拉第效应的光磁式电流互感器由于环境干扰敏感造成信噪比不高的问题,而且克服了传统的电磁式电流互感器高压绝缘的缺陷。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 磁流体的发展与应用
• 1.2.2 磁流体磁光效应研究进展
• 1.3 课题来源
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 磁流体制备及其特性
• 2.1 磁流体概念
• 2.2 磁流体的制备方法和主要类型
• 2.3 磁流体的主要物理特性
• 2.3.1 磁流体的稳定性分析
• 2.3.2 磁流体的磁化特性
• 2.3.3 磁流体的磁驰豫特性
• 2.3.4 磁流体的黏度
• 2.3.5 磁流体的热力学性质
• 2.4 磁流体的光学特性
• 2.4.1 磁流体热透镜效应
• 2.4.2 磁流体的磁光效应
• 2.4.3 磁流体薄膜折射率的可控性
• 2.4.4 磁流体的磁电方向效应
• 2.5 本章小结
• 第3章 磁流体光透射性的研究
• 3.1 物理模型
• 3.2 物性参数
• 3.3 计算结果及分析
• 3.3.1 薄层厚度对光谱透射率的影响
• 3.3.2 粒子体积浓度对光谱透射率的影响
• 3.3.3 粒子粒径对光谱透射率的影响
• 3.3.4 外磁场对光谱透射率的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于磁流体光透射性的电流检测
• 4.1 实验原理
• 4.2 实验平台设计
• 4.2.1 机架设计
• 4.2.2 电路设计与仿真
• 4.2.3 磁流体薄膜的制作
• 4.3 光透射性的实验研究
• 4.3.1 磁流体透射光强度与浓度的关系
• 4.3.2 磁流体透射光强度与厚度的关系
• 4.3.3 磁流体透射光强度与磁场强度的关系
• 4.4 电流测量系统
• 4.5 实验数据的处理与分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文