الکترومغناطیس کاربردی
سال:1402 | دوره:11 | شماره:1 |تعداد مقالات:12

حساسیت بسیار زیاد امواج نوری منتشرشده درون موجبر فیبر نوری به تغییرات محیطی، منجر شده تا از فیبرهای نوری به عنوان حسگر پارامترهای محیطی همچون دما، کرنش، تنش، رطوبت، غلظت و. . . بطور گسترده استفاده شود. در بین حسگرهای فیبری، حسگر توری براگ فیبر نوری (FBG) به دلیل دقت بالا و طول سنجش مناسب و البته مقرون به صرفه بودن، کاربردهای فراوانی در زمینه های مختلف عمرانی و صنعتی پیداکرده است ولی برخی محدودیت های این حسگر منجر به کاهش چشمگیر عملکرد آن شده است. یکی از مهم ترین این محدودیت ها، مشکلات موجود در اندازه گیری چند پارامتر محیطی، به خصوص دما و کرنش بطور همزمان است. این محدودیت منجر شده تا روش های زیادی برای اندازه گیری همزمان دما و کرنش به کمک حسگر FBG پیشنهاد شود. اکثر این روش ها نیاز به بیش از یک توری براگ فیبری یکنواخت دارند و برخی دیگر نیز از یک تک توری براگ فیبری خاص، و نه یکنواخت، برای اندازه گیری همزمان دما و کرنش استفاده می کنند. هر یک از این روش ها معایبی همچون نیاز به بیش از یک توری براگ، پیچیدگی در چیدمان و صرف بازه ی وسیعی از منبع پهن باند را دارند. هدف ما در این مقاله، شبیه سازی عددی و همچنین طراحی یک چیدمان مناسب برای محاسبه همزمان تغییرات دما و کرنش محیطی توسط تنها یک توری براگ فیبری یکنواخت است. باتوجه به نتایج شبیه سازی حاصل از نرم افزار متلب، حساسیت این حسگر نسبت به دما pm/℃ 14 و نسبت به کرنشpm/με 678/0 بدست آمده است.

سامانه‏ های پروازی متعددی با کاربردهای گسترده در زمینه‏ های مختلف علمی، صنعتی، و تجاری وجود دارند. یکی از بخش‏های مورد استفاده در این ساختارها، رادار است. بسیاری از کاربردهای این سامانه‏ ها، نیازمند ردگیری اهداف یا جهات در محدوده زاویه ‏ای باریک است. این ویژگی با به ‏کارگیری آنتن‏هایی دارای پهنای پرتو باریک به‏ دست می ‏آید. آنتن‏های آرایه ‏ای، می‏ توانند در کنار فراهم نمودن بهره مورد نیاز، تحقق بخش چنین نیازی باشند. همچنین، این پهنای پرتو باید در محدوده قابل قبولی از جهات مختلف قابل تنظیم باشد. چنین ویژگی تنظیم پذیری به کمک استفاده از آنتن‏های آرایه فازی تحقق پذیر است. قابلیت تغییر جهت گلبرگ اصلی یک چنین آنتنی، به کمک ادوات فعال تغییر دهنده فاز تغذیه آنتن‏های موجود در آرایه، مانند دیودهای پین و ادوات فریت، فراهم است. با این حال، استفاده از ادوات غیرفعال ماتریس باتلر ابزاری ساده ‏تر و ارزان‏تر برای تحقق چنین راهکاری به‏ شمار می‏ آید. به‏ کارگیری ماتریس باتلر با تعداد درگاه ورودی-خروجی بیشتر منجر به الگوی تشعشعی با پهنای باند باریک‏تر می ‏شود. در این مقاله، طرحی ساده از ماتریس باتلر 32×32 در طیف فرکانسی باند X معرفی، و نتایج شبیه ‏سازی عملکرد آن ارائه می‏شود. این شبیه‏ سازی ‏ها به‏ کمک نرم ‏افزار کامسول که مبتنی بر روش اجزای محدود است اجرا شده ‏اند. در نهایت، پس از اِعمال موج به دو درگاه ورودیِ مشخص و اتصال ساختار ماتریس باتلر به آرایه مایکرواستریپ، پهنای پرتوی 3/5 درجه به‏ دست می ‏آید. دست‏یابی به تشعشع با پهنای پرتو باریک بر اساس آرایه آنتن‏های مایکرواستریپ تغذیه شده با ماتریس باتلر 32×32 و تنها بر پایه بُرد تک ‏لایه، هدف اصلی این پژوهش است.

ترانسفورماتورهای قدرت فرکانس بالا در مبدل های الکترونیک قدرت وجود دارند برای بسیاری از کاربرد ها مانند انتقال انرژی، سیستم های انرژی تجدید پذیر و منابع تغذیه وجود دارد. فن آوری های تولید مواد مغناطیسی مانند فریت، آمورف و نانو کریستال با فرکانس بالا برای کوچک سازی ترانسفورماتور ها و طراحی بهینه به کار گرفته می شود. در این مقاله، طراحی ترانسفورماتور فرکانس بالا مبتنی بر روش اجزای محدود (FEM ) پیشنهاد شده است، و یک ترانسفورماتور فرکانس بالای 5 کیلو ولت و توان 100 وات با هسته فریت برای کاربرد در شارژ کننده ولتاژ بالا در فناوری توان پالسی طراحی شده است. پس از مرحله محاسبات، مدل سه بعدی ترانسفورماتور با هسته غیر خطی با نرم افزار تحلیل اجزای محدود ماکسول ایجاد می شود و سپس شبیه سازی های مدل الکترومغناطیسی ترانسفورماتور با مدار مبدل الکترونیک قدرت با کمک نرم افزار Simplorer برای شرایط عملیاتی پیاده سازی می شود. همچنین بازده ترانسفورماتور، مدار معادل دقیق ترانسفورماتور و توزیع شار در هسته ترانسفورماتور بدست آمده است. علاوه بر این، نمونه ترانسفورماتور ساخته و آزمایش شده است. داده های به دست آمده از روش المان محدود با روش تحلیلی و آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که روش المان محدود در مقایسه با روش های تحلیلی دقیق تر به نظر می رسد. با توجه به اهمیت و پیچیدگی طراحی ترانسفورماتور های فرکانس بالا، استفاده از این روش می تواند مزایا و سادگی را برای طراحان ترانسفورماتور برای محاسبات پارامتر ها و طراحی بهینه فراهم کند.

در این مقاله یک حسگر فعال مایکروویوی بی سیم با ضریب کیفیت بالا برای اندازه گیری فشار در محیط های سخت ارائه شده است. فرکانس کاری این حسگر 1. 2GHz بوده و ساختار آن از دو بخش قرائتگر و تشدیدکننده SRR تشکیل شده است. در طراحی انجام شده روی تشدیدکننده یک پد متحرک قرار داده شده است که با جابه جایی آن تحت اعمال فشار، فرکانس تشدید SRR تغییر خواهد یافت. این فرکانس، با استفاده از پارامتر پراکندگی تلفات تعبیه از طریق بخش قرائتگر اندازه گیری می گردد. به منظور بهبود قدرت تفکیک، ضریب کیفیت حسگر با استفاده از یک مدار فعال با فیدبک مثبت در بخش قرائتگر افزایش داده شده است. بدین ترتیب ضریب کیفیت حسگر غیرفعال از 91/73 به 3268 در حسگر فعال بهبود یافته است. میزان حساسیت حسگر نیز در هر دو مدل غیرفعال و فعال، 70MHz/mm می باشد. حسگر پیشنهادی با استفاده از نرم افزارهای CST و ADS مورد شبیه سازی و بررسی قرار گرفته است.

آسفالتین یکی از ترکیبات نفت خام به شمار می رود که باعث بروز مشکلات عدیده ای همچون خوردگی لوله های انتقال، انسداد در لوله های نفتی و تغییر شاخص ترشوندگی مخازن در صنایع نفت شده است. در این مقاله، به منظور مطالعه ی ساختار مولکولی آسفالتین، مشخصه یابی بینابی ترکیبات آسفالتین میادین نفتی جنوب غربی ایران با استفاده از بیناب نگاری رامان برای نخستین بار انجام شده است. بیناب های ثبت شده، با استفاده از مساحت متناظر با باندهای مشاهده شده ی D1، G و همچنین بهره گیری از مدل پیشنهادی تونیسترا و کونیگ، مورد مطالعه قرار گرفته اند. بررسی های انجام شده، منجر به تخمین اندازه ی صفحه ی آروماتیک در بازه 2. 5-1. 3 نانومتر برای نمونه های آسفالتین شده است. نتایج بدست آمده در تطابق بسیار نزدیک با مقادیر گزارش شده ی پیشین برای نمونه های آسفالتین دیگر مناطق دنیا است. علاوه بر این، تحلیل بیناب های ثبت شده حاصل از بیناب نگاری تبدیل فوریه فروسرخ نمونه های آسفالتین، منجر به تخمین تقریبی شاخص های آلیفاتیک، آروماتیک، زنجیره بلند کربنی، استخلافی 1 و استخلافی 2 به ترتیب با مقادیر 0. 02، 1. 36، 0. 056، 0. 32، 0. 28 شده است.

موتورهای جریان مستقیم جاروبک دار آهنربای دائم به علت قیمت کم و همچنین کنترل ساده در بخش های مختلف خودرو مانند پنجره های برقی، سیستم تهویه، کنترل آینه ها و. . . استفاده می شوند. تخمین دقیق سرعت و موقعیت بدون سنسور موتورهای مورد استفاده در این کاربردها یکی از موضوعاتی است که مورد توجه سازندگان خودرو و پژوهشگران قرار گرفته است. این کار معمولا با استفاده از تشخیص نوسان های جریان آرمیچر انجام می گیرد. ازاین رو در این مقاله سعی شده است مدلی ارائه شود تا امکان پیش بینی دقیق رفتار این موتورها در محاسبه نوسان های جریان را داشته باشد. برای اینکار ضمن بررسی مدل های توسعه داده شده، با اصلاح آزمایش های مورد نیاز جهت تعیین پارامترهای مدل و همچنین در نظر گرفتن اثر گشتاور دندانه در آن، دقت مدل بهبود داده شده است. در بخش های مختلف برای انجام بررسی و همچنین تایید عملکرد مدل بهبود داده شده، از نتایج شبیه سازی اجزای محدود یک موتور نمونه استفاده شده است. مقایسه نتایج مدل پیشنهادی با مدل های قبلی و همچنین شبیه سازی اجزای محدود تایید کننده عملکرد مدل پیشنهادی است.

معادله پاشندگی و نرخ رشد امواج الکترومغناطیسی هیبریدی منتشره در دو نوع موجبر ترکیبی با دیواره رسانای کامل شامل ستون پلاسمای سرد همسانگرد که توسط باریکه الکترونی نسبیتی تغذیه می‏شوند، مورد مطالعه قرار می‏گیرد. دیواره رسانای موجبر نخست دارای سطح مقطع بیضوی است که ستون پلاسما با مقطع دایره در مرکز آن قرار گرفته و بقیه نواحی داخلی از مرز پلاسما تا مرز موجبر با ماده دی‏الکتریک پر شده است. اما موجبر دوم دارای سطح مقطع دایروی است که ستون پلاسمای بیضوی در مرکز آن قرار گرفته است. باریکه‏های الکترونی بعنوان چشمه انرژی بصورت هم محور با ستون پلاسما به داخل آن تزریق می‏شوند. با محاسبه مؤلفه‏های میدان‏های الکترومغناطیسی در هر یک از نواحی پیکربندی های مورد مطالعه و اعمال شرایط مرزی، فرکانس کار و نرخ رشد بدست می‏آیند. نتایج محاسبات عددی به صورت نمودار ارائه می‏گردد.

آنتن های آرایه ای شکافدار خطی شعاعی از نوع آنتن های موجبری شکافدار هستند. این آنتن ها بازدهی بالایی دارند و برای تولید قطبش دایروی به کار می روند. در این مقاله از یک ساختار موج آهسته برای افزایش توان قابل تحمل آنتن استفاده شده است. استفاده از این ساختار باعث ایجاد یک آنتن آرایه ای شکافدار خطی شعاعی دو طبقه می شود. روی ساختار موج آهسته، صفحه ی شکاف ها قرار دارد که بوسیله ی همین ساختار تغذیه می شوند. هر دو شکاف عمود بر هم (برای ایجاد قطبش دایروی) یک واحد تشعشع را تشکیل می دهند. واحد های تشعشع روی یک مسیر حلزونی به فواصل مشخص از هم، توزیع شده اند. این آنتن برای کار در فرکانس مرکزی 9/45 گیگا هرتز و شعاع 270 میلی متر طراحی، شبیه سازی و ساخته شده است. طبق نتایج شبیه سازی مقدار ضریب بازتاب 18/93-دسی بل، بازدهی تشعشعی بیش از 93 درصد و بازدهی دهانه حدوداً 28/5 درصد است. مقدار ضریب بازتاب برای نمونه ساخته شده در بازه ی 9/385 گیگا هرتز تا 9/417 گیگا هرتز کمتر از 10-دسی بل است. مقدار بهره برای این آنتن 29/1 دسی بل، نسبت محوری کمتر از 3 دسی بل و توان قابل تحمل آن 123/4 مگا وات تعیین شده است.

در این مقاله، یک مطالعه نظری جامع برای بررسی اثر ضخامت لایه جاذب بر حساسیت حسگرهای تار نوری نازک شده که منجر به بیشترین حساسیت می شود، انجام شده است. به این منظور، یک روش پلکانی برای بررسی تأثیر ضخامت لایه بر حساسیت حسگرهای تار نوری معرفی شده است. با توجه به نتایج بدست آمده از شبیه سازی های انجام شده با استفاده از این روش، مشخص شد که افزایش حساسیت حسگر تار نوری نازک شده به ضریب شکست لایه وابسته است. وابستگی حساسیت به ضریب شکست لایه جاذب و ضخامت لایه جاذب در دو حالت مختلف در نظر گرفته شده است: اگر ضریب شکست لایه کوچکتر از ضریب شکست تار باشد، مشاهده می شود که حساسیت با افزایش ضخامت لایه افزایش می یابد، اما زمانی که ضریب شکست لایه بزرگتر از ضریب شکست تار باشد، نقاط بهینه ای در نمودار حساسیت برحسب ضخامت لایه وجود دارد که در این نقاط حساسیت بیشترین مقدار را دارد.

در فیبرهای کریستال فوتونی با مغزی تهی، هدایت پرتو بر اساس وجود گاف های نواری صورت می گیرد. دو ساختار شانه عسلی و مثلثی زیر مجموعه ساختارهای متناوب سه گوش است. در این مقاله تاثیر شکل ساختار، کسر پر شدگی هوا و اندازه مغزی بر گاف نواری فیبرهای مغزی تهی با دو ساختار مثلثی و شانه عسلی بررسی و با هم مقایسه شده است. پایه ساختار استوانه ای با میله های هوا در محیط سیلیکایی در نظر گرفته شده است. مد انتقالی دارای قطبش مد هیبرید است. شبیه سازی ساختارهای مثلثی و شانه عسلی در سه بعد نشان می دهد که گاف نواری برای مدهای عرضی وجود ندارد. باند انتقال انرژی در محدوده باند C است و کلیه مشخصات هر دو ساختار شامل ثابت شبکه، کسر پرشدگی و فاصله بین دو حفره در شبیه سازی یکسان در نظر گرفته شده است. نتایج این مقاله با استفاده از نرم افزار آرسافت ارائه شده است.

آشکارسازی ناهنجاری مغناطیسی (MAD)، یک روش غیرفعال برای آشکارسازی هوا پایه اجسام زیرسطحی است. امواج نوری، راداری و صوتی، قادر به عبور از هوای آزاد به محیط آب دریا و نفوذ به عمق آب نبوده، میرا شده و یا به محیط هوا برمی گردند. از طرف دیگر خطوط نیروی میدان مغناطیسی در این مرز بدون تغییر هستند. روش MAD بر اساس اندازه گیری کوچک ترین تغییرات یا اختلال ایجادشده در میدان مغناطیسی زمین براثر عبور یک شئ فرو مغناطیسی و میدان دو قطبی مغناطیسی تولیدشده در اطراف آن، استوار است و به ویژه در آب های کم عمق، یکی از کارآمدترین روش ها به شمار می رود. با توجه به کاهش سریع میدان مغناطیسی با افزایش فاصله، اختلال مغناطیسی تولیدشده توسط هدف مغناطیسی در فاصله دور، معمولاً در نویز مغناطیسی، مدفون می شود و به عبارت دیگر نسبت سیگنال به نویز (SNR) پایین می آید. در این مقاله به منظور بهبود عملکرد آشکارسازی اختلال مغناطیسی در SNR پایین، یک روش ترکیبی از MAD مبتنی بر روش تجزیه حالت تجربی (EMD)، و حداقل آنتروپی، پیشنهادشده است. به منظور ارزیابی عملکرد روش، یک دستگاه اندازه گیری الکترونیکی ساخته شده و داده های مغناطیسی به صورت میدانی از دریای کاسپین در محدوده ی بندر انزلی برداشت شده است. این داده ها که آغشته به نویز مغناطیسی محیطی است به روش آنتروپی موردبررسی قرارگرفته است. با توجه به ویژگی آنتروپی، ناهنجاری مغناطیسی هر زمان که آنتروپی زیر آستانه ی تعریف شده تنزل یابد، تشخیص داده می شود. به این ترتیب، روش پیشنهادی برای آشکارسازی ناهنجاری مغناطیسی ضعیف هم مؤثر است. نتایج آزمایش نشان دهنده احتمال آشکارسازی بالای روش پیشنهادی برای SNR ورودی پایین است. در مقایسه با SNR سیگنال اصلی که 10dB-است، SNR سیگنال بازسازی شده به 8dB بهبودیافته است. به علاوه، زمان کل به روزرسانی پارامترهای تابع چگالی احتمال PDF) (، نویز حدود 0/075s به دست آمده است.

در این مقاله طراحی بهینه و تحلیل یک محدودکننده جریان خطای الکترومغناطیسی جدید با حرکت دورانی ارائه شده است. از ویژگی های این محدودکننده ساختار ساده، هزینه ساخت و نگهداری کم، سرعت عملکرد مطلوب و بازگشت آسان و سریع به شرایط اولیه بعد از رفع خطا است. این محدودکننده از دو سیم پیچ هسته هوایی کروی شکل با قابلیت چرخش آزادنه حول محور شعاعی تشکیل شده است. در شرایط عادی به دلیل وجود اندوکتانس متقابل منفی بین دو سیم پیچ اندوکتانس کل محدودکننده دارای کمترین مقدار است. با رخ دادن خطا بر اثر نیروهایی که بین دو سیم پیچ ایجاد می شود این سیم پیچ ها به صورت خودکار نسبت به هم چرخیده و اندوکتانس کلی محدودکننده به سرعت افزایش می یابد و جریان خطا محدود می گردد. در این مقاله جهت طراحی بهینه محدودکننده، تاثیر تمامی پارامتر های محدودکننده مانند شعاع، ارتفاع، ضخامت، تعداد دور و زاویه اولیه سیم پیچ ها مورد بررسی قرار گرفته و به منظور دستیابی به بیشترین اندوکتانس نهایی و بیشترین سرعت عملکرد مقدار مناسبی برای آنها تعیین شده است. جهت تحلیل محدودکننده طراحی شده از دو روش المان محدود و روابط تحلیلی استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد محدودکننده طراحی شده عملکرد بهتری نسبت به طرح اولیه داشته و از سرعت عملکرد و اندوکتانس نهائی خوبی برخوردار است.