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磁道钉的磁感应强度实验研究

  白智慧(武汉理工大学 武汉 430063) 磁道钉是基于磁信号导航的自动公路系统最重要的道路引导标志。文章介绍了用作磁道钉的永磁材料的主要性能, 如剩磁、矫顽力和磁能积及稳定性, 并以此为主要内容研究磁道钉 的永磁特性; 利用三通道高斯计测试不同型号的磁道钉的磁感应强度, 包括X 方向分量,得到 其磁场分布数据及分布曲面图。 提出了针对测试区域中任一位置的磁感应强度 分量值,利用 整个测试区域的磁感应强度 方向分量数据,得到横向偏差的确定方法。 关键词 磁道钉; 磁感应强度; 横向偏差; 三通道高斯计 中图法分类号: 491文献标识码: 曲线的形状。通常采用以下几个参数来标志其性 能的优劣。 永磁材料的主要磁性包括: 剩磁 cj)、磁能积 温度系数和不可逆损失。当然还有其它磁性 能指标如居里温度 将一个磁体在外磁场的作用下充磁到技术饱和后撤消外磁场, 此时磁体表现的磁 感应强度称之为剩磁。 它表示磁体所能提供的最 大的磁通量, 钕铁硼的剩磁一般约在11 500 s。永磁体的磁化强度即磁矩M与剩磁有一定关 对均匀磁化的永磁体,呈线性关系。 最大磁能积 在磁信号导航的自动公路系统中,道路的导 航设施是在道路中心线上埋置间距相同的磁性道 通过车载磁传感器检测磁信号来判断车辆是否偏离道路中心线以及偏离中心线的距离, 并将 偏移量—— 横向偏差作为车辆自动控制的目标, 即始终要将此偏移量降低至最小。 在自动驾驶的过程中, 磁传感器测量的是在 磁道钉附近的磁场值。 为了更好地利用磁道钉的 特性, 应使用性能良好的导航磁性材料, 本文研究 自动公路系统中所使用的磁道钉的磁场特性, 用三通道高斯计对磁道钉附近150cm 75 cm 围内的磁感应强度进行检测,借助理论分析, 值和图像上对磁感应强度进行可视化处理。找到 磁道钉的磁感应强度与横向偏差的映射关系。 磁道钉一般采用钕铁硼永磁材料所制成的圆 柱体。 笔者在本文主要对圆柱形永磁体感应强度 进行了实验测试分析。 为退磁场强度) 的最大值称之为最大磁能积。磁能积是恒量磁体所储存能量大小的重要参数之 GOe。在磁体使用时对应于一定能量的磁体, 要求磁体的体积尽可能小。 所以在测试中选择了 永磁体的磁场特性指标永磁体是指磁体在受外磁场磁化后 圆柱形永磁体的磁场分布永磁体外部空间的磁场分布的研究方法 目前对永磁体外部空间磁场分布的研究主要 外磁场时仍保留剩磁的磁性体。 永磁材料在所有 应用场合提供一定数值的均匀或不均匀的磁场。 永磁材料性能的好坏, 最全面的判定依据是在各 种外界条件 温度、时间、辐射、震动等)下的退磁 理论计算方法又包括数值计算法和解析解法。 在数值计算法 中最常用的有有限差分法、有限元法和边界元法, 在解析解法中有格林函数法、分离变量尖和复变 函数法; 在实验研究方法中有实测法和模拟法。 利用数值计算法进行模拟计算方法主要有: 收稿日期: 2007201204; 修改稿收到日期: 2007203202 129) 24 交通与计算机 2007 本文只考虑磁道钉N极朝上的情 标量磁位方法和向量磁位方法。标量法是从描述 磁介质的磁荷观点出发, 而向量法则是从束缚电 (包括面电流和体电流)的观点出发。 法都是基于Maxw ll方程组, 通过引用磁标量势 或磁矢量势, 导出有关磁标量势或磁矢量势的微 分方程组, 然后采用有限元或边界元法进行数值 求解 磁感应强度的理论估算永磁体最重要的功能就是提供一个恒定的磁 场。由于应用环境与应用条件的不同, 各种应用场 合所要求的永磁体的形状不同, 间分布及其磁场强度的要求也不同。目前应用最 多的是圆柱形、长方形、扇形和环形等具有较高对 称性的永磁体, 具体尺寸及性能则因应用领域的 不同而有所区别。由于缺乏方便实用的计算手段, 人们在确定适宜的永磁体的尺寸及性能方面缺乏 可靠的数据, 大多数情况下只能依赖经验或反复 试验, 即使在个别情况下采用理论推导的方法, 由于计算方法与精度的限制,很难快速、准确地得 到满意的结果。 在实际道路中埋置在道路中 直道上是N极朝上, 而在弯道前利用的N 矢量来表示Λ0M 是真空中的算公式, 其中 磁导率,M是磁矩, 即磁化强度。 在用公式估算中, 895000 dFeB 材料的参数而取得 30cm 30cm 磁道钉示意图利用M lab计算出B 30cm 平面磁感应强度各分量曲面图 轴方向的磁场,并显示矢量场强数值。其主要技术 指标如下: 测量范 300.000k 2488:14~ 18 频率范围:直流、交流 频率 10~ 400 其主要功能有:最大值锁定、报警、滤波、相对 读数, 显示数值单位有特斯拉和高斯 量程可自选ƒ转换, 自动清除地磁场影响, 模拟 磁道钉磁场测量的范围理想条件下, 纵向偏差相同时, 磁道钉在 方向分量呈正弦曲线形状; 而在横向偏差相同时, 向分量呈正弦曲线形状;且在横向、纵向偏差均

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