标签: 电磁感应

振动样品磁强计是基于电磁感应原理的高灵敏度磁矩测量仪。检测线圈中的振动产生的感应电压与样品的磁矩，振幅和振动频率成正比。在确保振幅和振动频率的不便的基础上，使用锁相放大器测量该电压，然后可以计算出待测样品的磁矩。 　　振动样品磁强计适用于测试以下材料：亚铁磁性，抗磁性材料，顺磁性磁性材料和反铁磁材料，各向异性材料，磁记录材料，磁光材料，稀土元素和过渡元素形式的铁磁材料，非晶态金属，高磁导率材料，金属蛋白等。 其他样品可以用振动样品磁强计测量，灵敏度有所降低。另外，振动样品磁强计还适用于各种形状和形式的材料，例如块，粉末，薄片，单晶和液体。 　　振动样品磁强计由磁体和电源，振动头和驱动电源，检测线圈，锁相放大器和用于测量磁场的霍尔磁力仪组成。 振动头用于使样品产生较小的振动。 本乐器采用电磁驱动方法（扬声器结构）。这种振动方法结构轻巧，易于改变频率和幅度，便于外部控制。为了避免振动通过电磁铁传递到检测线圈，为了避免干扰，振动头采用双重振动器结构，一个线圈连接到采样杆，另一个线圈连接到质量相同的铜块。作为振动棒。两个线圈在磁场中以180°的相位差振动。为了使振动稳定，还采取了使振幅稳定的措施。永久磁铁固定在振动杆上，并且永久磁铁与样品一起振动。 当振动幅度发生变化时，位于永久磁铁附近的一对检测线圈将检测到该变化并将其反馈给驱动电源，驱动电源会根据反馈信号调整振动幅度以稳定该幅度。 　　磁铁是电磁铁，其磁极面直径为5cm，磁极间距为3cm，并且磁场强度最大为1.5T。电磁电源是具有10A大输出电流的DC稳定电流电源。磁场由霍尔磁力计测量，该磁力计分为两部分。4档，大档为20T，小档为10-4T，采用核磁共振法进行标定。 　　磁矩的测量包括一个检测线圈和一个锁相放大器。一对检测线圈对称地放置在电磁体的磁极表面上，串联并反向连接，从而可以增强由样品振动产生的信号，这是由磁场波动引起的。 由其他非样本和其他非样本生成的信号被抵消。 使用这种检测线圈可以在中心位置产生鞍形区域，这便于测量。锁相放大器具有高放大倍数，从而确保了VSM的高灵敏度。

电磁感应是指因为磁通量变化产生感应电动势的现象。电磁感应现象的发现，是电磁学领域中最伟大的成就之一。它不仅揭示了电与磁之间的内在联系，而且为电与磁之间的相互转化奠定了实验基础，为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，在实用上有重大意义。 电磁感应现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流（感生电流）迈克尔·法拉第是一般被认定为于1831年发现了电磁感应的人。 扩展资料： 电磁感应部分涉及三个方面的知识： 一是电磁感应现象的规律。电磁感应研究的是其他形式能转化为电能的特点和规律，其核心是法拉第电磁感应定律和楞次定律。 楞次定律表述为：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。即要想获得感应电流(电能)必须克服感应电流产生的安培力做功，需外界做功，将其他形式的能转化为电能。法拉第电磁感应定律是反映外界做功能力的，磁通量的变化率越大，感应电动势越大，外界做功的能力也越大。 二是电路及力学知识。主要讨论电能在电路中传输、分配，并通过用电器转化成其他形式能的特点规律。在实际应用中常常用到电路的三个规律(欧姆定律、电阻定律和焦耳定律)和力学中的牛顿定律、动量定理、动量守恒定律、动能定理和能量守恒定律等概念。 三是右手定则。右手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中，若磁力线垂直进入手心（当磁感线为直线时，相当于手心面向N极），大拇指指向导线运动方向，则四指所指方向为导线中感应电流的方向。 电磁学中，右手定则判断的主要是与力无关的方向。为了方便记忆，并与左手定则区分，可以记忆成：左力右电（即左手定则判断力的方向，右手定则判断电流的方向）。或者左力右感、左生力右通电。

交变电流通过导线时，电流在导线横截面上的分布是不均匀的，导体表面的电流密度大于中心的密度，且交变电流的频率越高，这种趋势越明显，该现象称为趋肤效应 (skin effiect) ，趋肤效应也称集肤效应。 趋肤效应（ skin effect ），在“ GB/T 2900.1-2008 　电工术语　基本术语”中定义如下： 由于导体中交流电流的作用，靠近导体表面处的电流密度大于导体内部电流密度的现象。 注 1 ：随着电流频率的提高，趋肤效应使导体的电阻增大，电感减小； 注 2 ：在更一般的情况下，任何随时间变化的电流都产生趋肤效应。 No.1 趋肤效应原理 趋肤效应实际上是涡流的体现，涡流是电磁感应的一种体现方式，但是，某些文献简单的认为，由于电流流过导体时，导体中心处的磁感应强度大，因电磁感应产生的感应电动势大，根据楞次定理，感应电动势将阻碍电流的变化，这种说法是错误的。 以截面为圆形的长直导线为例，其磁场分布如下图 1 所示。 图 1 、截面积为圆形的长直导线内部磁场分布图 根据安培环路定理，磁场强度 H 沿闭合回路的线积分等于闭合回路包含的电流的代数和，与闭合回路之外的电流无关。均匀材质的导体中，磁感应强度 B 与磁场强度成正比，选闭合回路为图中所述的各条磁力线，可知，越靠近导体中心，磁力线包围的电流越小，在导体轴线上，磁感应强度为零。 实际上，趋肤效应是涡流效应的结果，如图 2 所示： 图 2 、涡流与趋肤效应 如图，电流 I 流过导体，在 I 的垂直平面形成交变磁场，交变磁场在导体内部产生感应电动势，感应电动势在导体内部形成涡流电流 i ，涡流 i 的方向在导体内部总与电流 I 的变化趋势相反，阻碍 I 变化，涡流 i 的方向在导体表面总与 I 的变化趋势相同，加强 I 变化。在导体内部，等效电阻变大，而导体表面的等效电阻变小，交变电流趋于在导体表面流动，形成趋肤效应。 趋肤效应使导线通过交变电流的有效截面积减小了，导线的电阻增大了。 趋肤效应下导体的等效电阻变化了，这个等效电阻，称为交流电阻，交流电阻与电流的频率有关，频率越高，交流电阻越大。 No.2 趋肤深度 定义从表面到电流密度下降到表面电流密度的 0.368 （即 1/e ）的厚度为趋肤深度或穿透深度 可见趋肤深度与频率的开方成反比，与电阻率的开方成正比。下表是 20 ℃时铜的的趋肤深度表。 通过程序计算，我们可得铜的趋肤深度与频率的关系曲线。当频率 F=2600MHz 时，对应的趋肤深度为 1.287um No.3 趋肤效应的不利影响 传输交流电流时，由于趋肤效应的影响，导致导线的等效电阻增加，损耗增大。 1 、趋肤效应对于高频电流的传输影响甚大。对于传输高频电流的导线，通常采用下述方法改善其传输性能： 　　 a 、既然趋肤效应使电流趋于表面流动，那么，相同截面积的导线，表面积越大，等效电阻越小，因此，利用互相绝缘的多根细导线代替单根实心导线，可以改善降低导线的交流电阻。 　　 b 、既然趋肤效应使电流趋于表面流动，那么，将其表面镀银或镀金，降低表面电阻，可以改善导线的交流电阻。 　　 c 、既然趋肤效应使电流趋于表面流动，那么，将其制作成空心导线，其导电效果与实心导线基本相当，但是，可以节省材料。 2 、对传输工频大电流不利 　　为了传输更大的电流，对于大电流传输，通常导体截面积较大，远离表面的中心处，电流密度还是会明显减小，因此，传输交流大电流的导体，通常制作成截面积为长方形，而不是圆形或正方形，并且，一般不能太厚，对于 50Hz 的工频交流电，导体为铜，其趋肤深度约 8mm ，这样，对于厚度大于 16mm 的铜排，其中心层电流密度已经非常小了，因此，用于传输工频电流的铜排的厚度一般小于 12mm 。 No.4 趋肤效应的应用 电流流过导体，产生热量，趋肤效应使电流趋于表面流动的特性，可应用于金属表面热处理，通常称表面淬火。表面淬火的过程如下： 在一个感应线圈中通以高频交流电，线圈内部会产生频率相同的高频交变磁场，或将金属导体置于交变磁场中，只要交变磁场足够大，频率足够高，趋肤效应将导致导体表面温度迅速上升至淬火温度，之后迅速冷却金属导体，可使表面硬度增大。而导体内部的温度还远低于淬火温度，在迅速冷却后仍保持韧性。 关注公众号“优特美尔商城”，获取更多电子元器件知识、电路讲解、型号资料、电子资讯，欢迎留言讨论。

因不同的类型电子产品需要使用不同的充电器，充电时还要寻找合适的插口和理顺接线，笔者利用电磁感应原理，设计了智能无线充电器。该无线充电器具有自动感应充电和充满电后智能断电功能，不仅适用于各种不同充电电压和容量的电子产品，而且能够对多台不同的电子产品同时进行充电。作品采用智能无线充电的设计思想，具有使用方便、适用面广的优点，有较高的推广应用价值。 1.系统概述 1.1 当前充电模式情况 在电子科技技术高速发展的今天，全球范围内的手机用户数量已经达到了33亿，再加上MP3、MP4等其他周边电子产品，平均不到2人就拥有一个需要充电的便携式电子产品。目前普遍使用的都是数据线插接式充电，这种充电方式数据线接口用久了通常会有触不良等现象，而且单个充电器适应面不广，因不同的类型电子产品需要使用不同的充电器，充电时还要寻找合适的插口和理顺接线，真可谓费时费力；各种便携式电子产品的充电是一件令人头痛的麻烦事。为了改良上面的现象，研发智能无线充电器是很有必要的。 1.2 作品简介及优点 智能无线充电器利用电磁感应原理，是非接触充电系统，不再通过导线（充电线）传输电能，而是无线传输方式充电。没有充电所用的物理接口，与一般充电器相比，避免了插线或拔电池的麻烦，具有一般充电器的工作原理；作品采用一（充电器）对多（感应负载）充电、智能充电的设计思想；无线充电器对负载充电时，指示灯将由绿灯转换为七彩灯，手机也正确显示充电状态并智能完成充过程（实验产品为手机）。本充电器可以同时对多个负载充电，可以自动感应是否有负载充电，达到自动充电，充满电后10秒自动断电，达到智能化；从而大大方便了用户。智能无线充电器使用十分方便、一个充电器就可以满足一个家庭的需要，具有较高的推广应用价值、成本低廉（与一般充电器价格相差不多）等优点，现在世界上许多大公司（如Sony，Intel，apple，飞利普等）也正在火热研究中；智能无线充电必将是取代物理直插的发展方向，将肯定受到人们的欢迎和重视。 基于以上思路，充分运用所学电子技术知识，经过老师悉心指导。设计、制作智能无线充电器，它具有如下优点： （1）成本低廉 电路由脉冲产生部分、功率放大部分，滤波部分、比较部分及发射和接收部分组成，每部分只是几个小元件组成，制作简单。 （2）一对多充电 一台充电器可以对多个负载充，一个家庭购买一台充电器就可以满足全家人使用，随着负载的增加，工作效率也会增高，因此可以节约用电同时亦可减少不必要的开销。 （3）方便性 与一般充电器相比，减少了插拔的麻烦，同时亦避免了接口不适用，接触不良等现象，老年人也能很方便地使用。 （4）智能化 只要把感应负载往充电器上面放，就可以自动感应充电，通过信息反馈，当感应负载满电后，自动断电，实现充电过程智能化。 2. 工作原理概述 2.1 系统模块 无线充电器利用电磁感应原理。通过NE555D芯片产生一个36.7K的脉冲频率（因为经过调试在36.7K频率时，效率达到最高），IRFP460功率放大，使发射线圈产生磁场，当接收线圈靠近时，产生感应电流，经过全波整流和稳压，得到负载 （手机）所需要的充电电压和电流。发射线圈的电流会随着感应负载的增加而增大，通过运放把0.33欧的负载电压23倍放大，再经过1N4148整流滤波得到电压U1与基准源Uo比较。充电时，U1大于Uo七彩灯闪亮，表示正在充电；空负载或充满电时，U1小于Uo，绿灯亮，若10秒钟后没有感应负载，自动断电；按一下复位键则充电器重新启动。 具体电路分析如下： 2.1.1 NE555D脉冲发生器模块 如图1，根据 T =（R1+Rp）C1，f = 1/T，调节Rp使NE555D输出一个36.7KHZ的脉冲频率。 图1 NE555D脉冲发生器模块 2.1.2 功率放大及无线发射模块 主要把NE555D产生的一个36.7KHZ的脉冲功率放大，经发射线圈发射出去。当脉冲为高电平时，Q12栅极为高电平，Q12导通，此时Q8饱和，Uceq电压只有0.67V，经D10-4148后Q1栅极电压为0，Q1截止。当脉冲为低电平时，Q8、Q12同时截止，电流直接由R16 D10 Q1，Q1导通。整个过程中Q1与Q12均以一开一关的形式工作。电路如图2： 图2 功率放大及无线发射模块 2.1.3 感应线圈模块 如图3，当感应线圈靠近发射线圈时，就会产生感应电流，经过全波整流后，根据不同的电子产品的充电电压，可选择不同的稳压二极管稳压，再经三极管Q100放大电流后供给不同电子产品充电。 图3 感应线圈模块 2.1.4 充电检测模块 当有感应负载时，R20（0.33欧）电阻上的电压会增大，经运放U2A放大A=1+R5/R6=23倍后，电压变化明显，再经过1N4148整流滤波，得电压U1与基准源Uo比较，此时U1＞Uo，运放输出Ui为高电平，七彩灯闪烁；当感应负载充满电（或没有感应到负载），此时U1＜Uo，运放输出Ui为低电平，绿灯亮。 图4 充电检测模块 2.1.5 智能断电模块 （1）当开关S2断开时，整充电器处于智能充电过程。充电器启动时，继电器K1闭合，同时K2为断开状态。当有感应负载时，七彩灯闪烁，Ui为高电平，此时Q5饱和，电压Uceq为0.67V，低于Q2+Q4的导通电压之和（1.34V），Q2与Q4构成达林顿，同时截止，继器K1吸合；当感应负载充满电（或无感应负载）时，绿灯亮，即Ui为低电平，此时Q3截止，电容C5与R9构成RC充电电路，当电容充电电压到达Q2与Q4的导通电压时，Q2导通，使Q4饱和，此时继电器工作电压只有0.67V，继电器断开，整个电路处于完全断电状态。断电后，继电器K2闭合，此时C5与R13构成RC放电电路，给C5快速放电。当按一下轻触复位开关时，充电器重新启动。当感应负载充满电（或无感应负载）时，电容C5充电，其电压为Ut 由公式Ut=12*（1-e -t/R9C5 ）得：t=-R 9C 5 ln（1-U t /12） 其中C5=100UF，R9=1MΩ，Ut=1.34V， 经计算得断电时间：t=10S 实现了10秒自动断电。在绿灯亮的10秒内只要有感应负载，则Ui为高电平，Q3饱和，电容C5放电。整个充电过程实现智能化断电。 （2）当S 2 闭合时，整个充电电路处于手动断电过程。 图5 智能断电模块 图6 智能无线充电器原理电路图 2.1.6 流程图 具体工作流程如图7所示： 图7 工作流程图　 2.2 系统实现 系统实物图如图8、图9、图10所示。 图8 作品实物图 图9 进行一对多充电 图10 充电过程中（七彩灯亮） 3.主要技术指标 该作品主要技术指标如表1所示: 4.元件清单 本系统所采用的主要元件清单如表2所示： 经统计得： 元器件总价格 $=17.18（元）。 5.作品扩展 通过研究，我们发现无线电磁感应充电的应用领域十分广泛，除了应用于最基本的手机、MP3、MP4、笔记本电脑，数码相机等便携设备充电外，还可以应用在医疗、工业领域中，特别对于那些完全密封式的设备有着更重要的意义；如果把发射线圈装进鼠标垫里面，便可实现鼠标无线供电。其实除了感应充电以外，还可以通过改变脉冲频率实现驱蚊赶鼠等功能。 6.结束语 本设计把目前电子类课程所学的专业知识真正应用到实践中，由于作品架构设计合理，电路功能实现较好，性能优良、稳定，较好地达到了预期设计要求的各项指标。 附：仪器设备清单 函数信号发生器 数字万用表 模拟万用表 失真度测量仪 数字示波器 稳压电源 超高频毫伏表

上接： 漫谈电动汽车的无线充电技术(一) 写过几篇文章 电动汽车的非接触充电 、 汽车无线充电 和 聊聊电动汽车无线充电 ，其实都不太满意，最近对工作也不太满意，好吧，先把这件事情做些整理工作。   Electromagnetic Induction（电磁感应） usually provides high power levels which can provide output of several watts (W) to several hundred KW. Large amounts of power can be transmitted by electromagnetic induction, but receiver must be located adjacent to the transmitter which means the terminal must have a battery. The effective range is probably 1cm or less.     SAE1773提供了一种参考的方式，此图出自其2009年的修订版本。 Resonance technology（磁共振） shares parts of both electromagnetic induction and radio reception, and would be appropriate in direct power supply to devices without batteries. It can directly supplies devices moving within a fixed area and provide max power of several KW also range of several meters.     此种方式相对较新，技术上有了很大的突破，各个地方都在做实验和产品。此图出自Aristeidis Karalis, J.D. Joannopoulos, Marin Soljac，被广泛引用。     关于以上两种的方式，目前SAE的“J2954”工作组正在对这两种方式，就安全性、低价格化和对环境的影响等方面进行审议。   Radio reception can only transmit about several dozen mW, making it impossible to recharge a handset in an hour or two, but sufficient to handle mobile phone stand-by power requirement. It is good for terminals for long stand-by times, with continuous charging in rooms.  以下的表格和图像出自：《Wireless Power Transmission and Charging Pad》，C.C. LEUNG,T.P. CHAN.....     上图表明了集中方法的效率及距离量级。     这几种方法的频率和功率密度。