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EDS原理(EDS原理和EDX原理的區(qū)別)
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本文目錄:
一、電子探針X射線微區(qū)分析的電子探針工作原理
電子探針(Electron Probe Microanalysis-EPMA)的主要功能是進行微區(qū)成分分析。它是在電子光學和X射線光譜學原理的基礎上發(fā)展起來的一種高效率分析儀器。
其原理是:用細聚焦電子束入射樣品表面,激發(fā)出樣品元素的特征X射線,分析特征X射線的波長(或能量)可知元素種類;分析特征X射線的強度可知元素的含量。
其鏡筒部分構(gòu)造和SEM相同,檢測部分使用X射線譜儀,用來檢測X射線的特征波長(波譜儀)和特征能量(能譜儀),以此對微區(qū)進行化學成分分析。
X射線譜儀是電子探針的信號檢測系統(tǒng),分為:
能量分散譜儀(EDS),簡稱能譜儀,用來測定X射線特征能量。
波長分散譜儀(WDS),簡稱波譜儀,用來測定特征X射線波長。
WDS組成:波譜儀主要由分光晶體和X射線檢測系統(tǒng)組成。
原理:根據(jù)布拉格定律,從試樣中發(fā)出的特征X射線,經(jīng)過一定晶面間距的晶體分光,波長不同的特征X射線將有不同的衍射角。通過連續(xù)地改變q,就可以在與X射線入射方向呈2 q的位置上測到不同波長的特征X射線信號。根據(jù)莫塞萊定律可確定被測物質(zhì)所含有的元素。
為了提高接收X射線強度,分光晶體通常使用彎曲晶體。
二、磁懸浮列車的工作原理是什么
懸浮系統(tǒng):目前懸浮系統(tǒng)的設計,可以分為兩個方向,分別是德國所采用的常導型和日本所采用的超導型。從懸浮技術(shù)上講就是電磁懸浮系統(tǒng)(EMS)和電力懸浮系統(tǒng)(EDS)。圖4給出了兩種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)差別。
電磁懸浮系統(tǒng)(EMS)是一種吸力懸浮系統(tǒng),是結(jié)合在機車上的電磁鐵和導軌上的鐵磁軌道相互吸引產(chǎn)生懸浮。常導磁懸浮列車工作時,首先調(diào)整車輛下部的懸浮和導向電磁鐵的電磁吸力,與地面軌道兩側(cè)的繞組發(fā)生磁鐵反作用將列車浮起。在車輛下部的導向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下,使車輪與軌道保持一定的側(cè)向距離,實現(xiàn)輪軌在水平方向和垂直方向的無接觸支撐和無接觸導向。車輛與行車軌道之間的懸浮間隙為10毫米,是通過一套高精度電子調(diào)整系統(tǒng)得以保證的。此外由于懸浮和導向?qū)嶋H上與列車運行速度無關(guān),所以即使在停車狀態(tài)下列車仍然可以進入懸浮狀態(tài)。
電力懸浮系統(tǒng)(EDS)將磁鐵使用在運動的機車上以在導軌上產(chǎn)生電流。由于機車和導軌的縫隙減少時電磁斥力會增大,從而產(chǎn)生的電磁斥力提供了穩(wěn)定的機車的支撐和導向。然而機車必須安裝類似車輪一樣的裝置對機車在“起飛”和“著陸”時進行有效支撐,這是因為EDS在機車速度低于大約25英里/小時無法保證懸浮。EDS系統(tǒng)在低溫超導技術(shù)下得到了更大的發(fā)展。
超導磁懸浮列車的最主要特征就是其超導元件在相當?shù)偷臏囟认滤哂械耐耆珜щ娦院屯耆勾判?。超導磁鐵是由超導材料制成的超導線圈構(gòu)成,它不僅電流阻力為零,而且可以傳導普通導線根本無法比擬的強大電流,這種特性使其能夠制成體積小功率強大的電磁鐵。
超導磁懸浮列車的車輛上裝有車載超導磁體并構(gòu)成感應動力集成設備,而列車的驅(qū)動繞組和懸浮導向繞組均安裝在地面導軌兩側(cè),車輛上的感應動力集成設備由動力集成繞組、感應動力集成超導磁鐵和懸浮導向超導磁鐵三部分組成。當向軌道兩側(cè)的驅(qū)動繞組提供與車輛速度頻率相一致的三相交流電時,就會產(chǎn)生一個移動的電磁場,因而在列車導軌上產(chǎn)生磁波,這時列車上的車載超導磁體就會受到一個與移動磁場相同步的推力,正是這種推力推動列車前進。其原理就像沖浪運動一樣,沖浪者是站在波浪的頂峰并由波浪推動他快速前進的。與沖浪者所面對的難題相同,超導磁懸浮列車要處理的也是如何才能準確地駕馭在移動電磁波的頂峰運動的問題。為此,在地面導軌上安裝有探測車輛位置的高精度儀器,根據(jù)探測儀傳來的信息調(diào)整三相交流電的供流方式,精確地控制電磁波形以使列車能良好地運行。
推進系統(tǒng):磁懸浮列車的驅(qū)動運用同步直線電動機的原理。車輛下部支撐電磁鐵線圈的作用就像是同步直線電動機的勵磁線圈,地面軌道內(nèi)側(cè)的三相移動磁場驅(qū)動繞組起到電樞的作用,它就像同步直線電動機的長定子繞組。從電動機的工作原理可以知道,當作為定子的電樞線圈有電時,由于電磁感應而推動電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。同樣,當沿線布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動繞組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時,由于電磁感應作用承載系統(tǒng)連同列車一起就像電機的"轉(zhuǎn)子"一樣被推動做直線運動。從而在懸浮狀態(tài)下,列車可以完全實現(xiàn)非接觸的牽引和制動。
通俗的講就是,在位于軌道兩側(cè)的線圈里流動的交流電,能將線圈變?yōu)殡姶朋w。由于它與列車上的超導電磁體的相互作用,就使列車開動起來。列車前進是因為列車頭部的電磁體(N極)被安裝在靠前一點的軌道上的電磁體(S極)所吸引,并且同時又被安裝在軌道上稍后一點的電磁體(N極)所排斥。當列車前進時,在線圈里流動的電流流向就反轉(zhuǎn)過來了。其結(jié)果就是原來那個S極線圈,現(xiàn)在變?yōu)镹極線圈了,反之亦然。這樣,列車由于電磁極性的轉(zhuǎn)換而得以持續(xù)向前奔馳。根據(jù)車速,通過電能轉(zhuǎn)換器調(diào)整在線圈里流動的交流電的頻率和電壓。
推進系統(tǒng)可以分為兩種?!伴L固定片”推進系統(tǒng)使用纏繞在導軌上的線性電動機作為高速磁懸浮列車的動力部分。由于高的導軌的花費而成本昂貴。而“短固定片”推進系統(tǒng)使用纏繞在被動的軌道上的線性感應電動機(LIM)。雖然短固定片系統(tǒng)減少了導軌的花費,但由于LIM過于沉重而減少了列成的有效負載能力,導致了比長固定片系統(tǒng)的高的運營成本和低的潛在收入。而采用非磁力性質(zhì)的能量系統(tǒng),也會導致機車重量的增加,降低運營效率。
導向系統(tǒng):導向系統(tǒng)是一種測向力來保證懸浮的機車能夠沿著導軌的方向運動。必要的推力與懸浮力相類似,也可以分為引力和斥力。在機車底板上的同一塊電磁鐵可以同時為導向系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)提供動力,也可以采用獨立的導向系統(tǒng)電磁鐵。
三、磁懸浮列車是根據(jù)什么和什么原理制成的
磁懸浮列車主要由懸浮系統(tǒng)、推進系統(tǒng)和導向系統(tǒng)三大部分組成。盡管可以使用與磁力無關(guān)的推進系統(tǒng),但在目前的絕大部分設計中,這三部分的功能均由磁力來完成。[1]
懸浮方式
(1)磁浮有3個基本原理。第一個原理是當靠近金屬的磁場改變,金屬上的電子會移動,并且產(chǎn)生電流。第二個原理就是電流的磁效應。當電流在電線或一塊金屬中流動時,會產(chǎn)生磁場。通電的線圈就成了一塊磁鐵。磁浮的第三個原理我們就再熟悉不過了,磁鐵間會彼此作用,同極性相斥,異極性相吸?,F(xiàn)在看看磁浮是如何作用的:磁鐵從一塊金屬的上方經(jīng)過,金屬上的電子因磁場改變而開始移動 (原理一)。電子形成回路,所以接著也產(chǎn)生了本身的磁場(原理二)。圖 1 以最簡單的方式來表達這個過程,移動中的磁鐵使金屬中出現(xiàn)一塊假想的磁鐵。 這塊假想磁鐵具有方向性,因是同極性相對,因此 會對原有的磁鐵產(chǎn)生斥力。也就是說,如果原有的磁鐵是北極在下,假想磁鐵則是北極在上;反之亦然。因為磁鐵的同極相斥(原理三),讓磁鐵在一塊金屬上方移動,結(jié)果會對移動中的磁鐵產(chǎn)生一股往上推動的力量。如果磁鐵移動得足夠快,這個力量會大得足以克服向下的重力,舉起移動中的磁鐵。 所以當磁鐵移動時,會使得自己浮在金屬上方,并靠著本身電子移動產(chǎn)生的力量保持浮力。這個過程就是所謂的磁浮,這個原理可以適用在列車上。下面介紹常導磁吸式(EMS)和超導磁斥式 (EDS)列車的具體運行原理。[1]
常導磁吸式(EMS) 利用裝在車輛兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的常導電磁鐵(懸浮電磁鐵)和鋪設在線路導軌上的磁鐵,在磁場作用下產(chǎn)生的吸引力使車輛浮起,見圖2所示。車輛和軌面之間的間隙與吸引力的大小成反比。為了保證這種懸浮的可靠性和列車運行的平穩(wěn),使直線電機有較高的功率,必須精確地控制電磁鐵中的電流,使磁場保持穩(wěn)定的強度和懸浮力,使車體與導軌之間保持大約10 mm的間隙。通常采用測量間隙用的氣隙傳感器來進行系統(tǒng)的反饋控制。這種懸浮方式不需要設置專用的著地支撐裝置和輔助的著地車輪,對控制系統(tǒng)的要求也可以稍低一些。[1]
超導磁斥式(EDS) 此種形式在車輛底部安裝超導磁體(放在液態(tài)氦儲存槽內(nèi)),在軌道兩側(cè)鋪設一系列鋁環(huán)線圈。列車運行時,給車上線圈(超導磁體)通電流,產(chǎn)生強磁場,地上線圈(鋁環(huán))與之相切與車輛上超導磁體的磁場方向相反,兩個磁場產(chǎn)生排斥力。當排斥力大于車輛重量時,車輛就浮起來
。因此,超導磁斥式就是利用置于車輛上的超導磁體與鋪設在軌道上的無源線圈之間的相對運動,來產(chǎn)生懸浮力將車體抬起來的。如圖3所示。由于超導磁體的電阻為零,在運行中幾乎不消耗能量,而且磁場強度很大。在超導體和導軌之間產(chǎn)生的強大排斥力,可使車輛浮起。當車輛向下位移時,超導磁體與懸浮線圈的間距減小電流增大, 使懸浮力增加,又使車輛自動恢復到原來的懸浮位置。這個間隙與速度的大小有關(guān),一般到100km/h時車體才能懸浮。因此,必須在車輛上裝設機械輔助支承裝置,如輔助支持輪及相應的彈簧支承,以保證列車安全可靠地著地。控制系統(tǒng)應能實現(xiàn)起動和停車的精確控制。
四、磁懸浮列車的工作原理(有圖更佳)
磁懸浮列車是一種采用無接觸的電磁懸浮、導向和驅(qū)動系統(tǒng)的磁懸浮高速列車系統(tǒng)。應用準確的定義來說,磁懸浮列車實際上是依靠電磁吸力或電動斥力將列車懸浮于空中并進行導向,實現(xiàn)列車與地面軌道間的無機械接觸,再利用線性電機驅(qū)動列車運行。根據(jù)吸引力和排斥力的基本原理,國際上磁懸浮列車有兩個發(fā)展方向。一個是以德國為代表的常規(guī)磁鐵吸引式懸浮系統(tǒng)--EMS系統(tǒng),利用常規(guī)的電磁鐵與一般鐵性物質(zhì)相吸引的基本原理,把列車吸引上來,懸空運行,懸浮的氣隙較小,一般為10毫米左右。常導型高速磁懸浮列車的速度可達每小時400-500公里,適合于城市間的長距離快速運輸;另一個是以日本的為代表的排斥式懸浮系統(tǒng)--EDS系統(tǒng),它使用超導的磁懸浮原理,使車輪和鋼軌之間產(chǎn)生排斥力,使列車懸空運行,這種磁懸浮列車的懸浮氣隙較大,一般為100毫米左右,速度可達每小時500公里以上。這兩個國家都堅定地認為自己國家的系統(tǒng)是最好的,都在把各自的技術(shù)推向?qū)嵱没A段。估計到下一個世紀,這兩種技術(shù)路線將依然并存。
自1825年世界上第一條標準軌鐵路出現(xiàn)以來,輪軌火車一直是人們出行的交通工具.然而,隨著火車速度的提高,輪子和鋼軌之間產(chǎn)生的猛烈沖擊引起列車的強烈震動,發(fā)出很強的噪音,從而使乘客感到不舒服.由于列車行駛速度愈高,阻力就愈大.所以,當火車行駛速度超過每小時300公里時,就很難再提速了.
如果能夠使火車從鐵軌上浮起來,消除了火車車輪與鐵軌之間的摩擦,就能大幅度地提高火車的速度.但如何使火車從鐵軌上浮起來呢科學家想到了兩種解決方法:一種是氣浮法,即使火車向鐵軌地面大量噴氣而利用其反作用力把火車浮起;另一種是磁浮法,即利用兩個同名磁極之間的磁斥力或兩個異名磁極之間磁吸力使火車從鐵軌上浮起來.在陸地上使用氣浮法不但會激揚起大量塵土,而且會產(chǎn)生很大的噪音,會對環(huán)境造成很大的污染,因而不宜采用.這就使磁懸浮火車成為研究和試驗的的主要方法.
當今,世界上的磁懸浮列車主要有兩種"懸浮"形式,一種是推斥式;另一種為吸力式.推斥式是利用兩個磁鐵同極性相對而產(chǎn)生的排斥力,使列車懸浮起來.這種磁懸浮列車車廂的兩側(cè),安裝有磁場強大的超導電磁鐵.車輛運行時,這種電磁鐵的磁場切割軌道兩側(cè)安裝的鋁環(huán),致使其中產(chǎn)生感應電流,同時產(chǎn)生一個同極性反磁場,并使車輛推離軌面在空中懸浮起來.但是,靜止時,由于沒有切割電勢與電流,車輛不能產(chǎn)生懸浮,只能像飛機一樣用輪子支撐車體.當車輛在直線電機的驅(qū)動下前進,速度達到80公里/小時以上時,車輛就懸浮起來了.吸力式是利用兩個磁鐵異性相吸的原理,將電磁鐵置于軌道下方并固定在車體轉(zhuǎn)向架上,兩者之間產(chǎn)生一個強大的磁場,并相互吸引時,列車就能懸浮起來.這種吸力式磁懸浮列車無論是靜止還是運動狀態(tài),都能保持穩(wěn)定懸浮狀態(tài).這次,我國自行開發(fā)的中低速磁懸浮列車就屬于這個類型.
"若即若離",是磁懸浮列車的基本工作狀態(tài).磁懸浮列車利用電磁力抵消地球引力,從而使列車懸浮在軌道上.在運行過程中,車體與軌道處于一種 "若即若離"的狀態(tài),磁懸浮間隙約1厘米,因而有"零高度飛行器"的美譽.它與普通輪軌列車相比,具有低噪音,低能耗,無污染,安全舒適和高速高效的特點,被認為是一種具有廣闊前景的新型交通工具.特別是這種中低速磁懸浮列車,由于具有轉(zhuǎn)彎半徑小,爬坡能力強等優(yōu)點,特別適合城市軌道交通.
德國和日本是世界上最早開展磁懸浮列車研究的國家,德國開發(fā)的磁懸浮列車Transrapid于1989年在埃姆斯蘭試驗線上達到每小時 436公里的速度.日本開發(fā)的磁懸浮列車MAGLEV (Magnetically Levitated Trains)于1997年12月在山梨縣的試驗線上創(chuàng)造出每小時550公里的世界最高紀錄.德國和日本兩國在經(jīng)過長期反復的論證之后,均認為有可能于下個世紀中葉以前使磁懸浮列車在本國投入運營.
磁懸浮列車運行原理
磁懸浮列車是現(xiàn)代高科技發(fā)展的產(chǎn)物.其原理是利用電磁力抵消地球引力,通過直線電機進行牽引,使列車懸浮在軌道上運行(懸浮間隙約1厘米).其研究和制造涉及自動控制,電力電子技術(shù),直線推進技術(shù),機械設計制造,故障監(jiān)測與診斷等眾多學科,技術(shù)十分復雜,是一個國家科技實力和工業(yè)水平的重要標志. 它與普通輪軌列車相比,具有低噪音,無污染,安全舒適和高速高效的特點,有著"零高度飛行器"的美譽,是一種具有廣闊前景的新型交通工具,特別適合城市軌道交通.磁懸浮列車按懸浮方式不同一般分為推斥型和吸力型兩種,按運行速度又有高速和中低速之分,這次國防科大研制開發(fā)的磁懸浮列車屬于中低速常導吸力型磁懸浮列車.
磁懸浮列車的種類
磁懸浮列車分為常導型和超導型兩大類.常導型也稱常導磁吸型,以德國高速常導磁浮列車transrapid為代表,它是利用普通直流電磁鐵電磁吸力的原理將列車懸起,懸浮的氣隙較小,一般為10毫米左右.常導型高速磁懸浮列車的速度可達每小時400~500公里,適合于城市間的長距離快速運輸.而超導型磁懸浮列車也稱超導磁斥型,以日本MAGLEV為代表.它是利用超導磁體產(chǎn)生的強磁場,列車運行時與布置在地面上的線圈相互作用,產(chǎn)生電動斥力將列車懸起,懸浮氣隙較大,一般為100毫米左右,速度可達每小時500公里以上.這兩種磁懸浮列車各有優(yōu)缺點和不同的經(jīng)濟技術(shù)指標,德國青睞前者,集中精力研制常導高速磁懸浮技術(shù);而日本則看好后者,全力投入高速超導磁懸浮技術(shù)之中.
德國的常導磁懸浮列車
常導磁懸浮列車工作時,首先調(diào)整車輛下部的懸浮和導向電磁鐵的電磁吸力,與地面軌道兩側(cè)的繞組發(fā)生磁鐵反作用將列車浮起.在車輛下部的導向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下,使車輪與軌道保持一定的側(cè)向距離,實現(xiàn)輪軌在水平方向和垂直方向的無接觸支撐和無接觸導向.車輛與行車軌道之間的懸浮間隙為10毫米,是通過一套高精度電子調(diào)整系統(tǒng)得以保證的.此外由于懸浮和導向?qū)嶋H上與列車運行速度無關(guān),所以即使在停車狀態(tài)下列車仍然可以進入懸浮狀態(tài).
常導磁懸浮列車的驅(qū)動運用同步直線電動機的原理.車輛下部支撐電磁鐵線圈的作用就象是同步直線電動機的勵磁線圈,地面軌道內(nèi)側(cè)的三相移動磁場驅(qū)動繞組起到電樞的作用,它就象同步直線電動機的長定子繞組.從電動機的工作原理可以知道,當作為定子的電樞線圈有電時,由于電磁感應而推動電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動.同樣,當沿線布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動繞組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時,由于電磁感應作用承載系統(tǒng)連同列車一起就象電機的"轉(zhuǎn)子"一樣被推動做直線運動.從而在懸浮狀態(tài)下,列車可以完全實現(xiàn)非接觸的牽引和制動.
日本的超導磁懸浮列車
超導磁懸浮列車的最主要特征就是其超導元件在相當?shù)偷臏囟认滤哂械耐耆珜щ娦院屯耆勾判?超導磁鐵是由超導材料制成的超導線圈構(gòu)成,它不僅電流阻力為零,而且可以傳導普通導線根本無法比擬的強大電流,這種特性使其能夠制成體積小功率強大的電磁鐵.
超導磁懸浮列車的車輛上裝有車載超導磁體并構(gòu)成感應動力集成設備,而列車的驅(qū)動繞組和懸浮導向繞組均安裝在地面導軌兩側(cè),車輛上的感應動力集成設備由動力集成繞組,感應動力集成超導磁鐵和懸浮導向超導磁鐵三部分組成.當向軌道兩側(cè)的驅(qū)動繞組提供與車輛速度頻率相一致的三相交流電時,就會產(chǎn)生一個移動的電磁場,因而在列車導軌上產(chǎn)生磁波,這時列車上的車載超導磁體就會受到一個與移動磁場相同步的推力,正是這種推力推動列車前進.其原理就象沖浪運動一樣,沖浪者是站在波浪的頂峰并由波浪推動他快速前進的.與沖浪者所面對的難題相同,超導磁懸浮列車要處理的也是如何才能準確地駕馭在移動電磁波的頂峰運動的問題.為此,在地面導軌上安裝有探測車輛位置的高精度儀器,根據(jù)探測儀傳來的信息調(diào)整三相交流電的供流方式,精確地控制電磁波形以使列車能良好地運行.
超導磁懸浮列車也是由沿線分布的變電所向地面導軌兩側(cè)的驅(qū)動繞組提供三相交流電,并與列車下面的動力集成繞組產(chǎn)生電感應而驅(qū)動,實現(xiàn)非接觸性牽引和制動.但地面導軌兩側(cè)的懸浮導向繞組與外部動力電源無關(guān),當列車接近該繞組時,列車超導磁鐵的強電磁感應作用將自動地在地面繞組中感生電流,因此在其感應電流和超導磁鐵之間產(chǎn)生了電磁力,從而將列車懸起,并經(jīng)精密傳感器檢測軌道與列車之間的間隙,使其始終保持100毫米的懸浮間隙.同時,與懸浮繞組呈電氣連接的導向繞組也將產(chǎn)生電磁導向力,保證了列車在任何速度下都能穩(wěn)定地處于軌道中心行駛.
目前存在的技術(shù)問題
盡管磁懸浮列車技術(shù)有上述的許多優(yōu)點,但仍然存在一些不足:
(1)由于磁懸浮系統(tǒng)是以電磁力完成懸浮,導向和驅(qū)動功能的,斷電后磁懸浮的安全保障措施,尤其是列車停電后的制動問題仍然是要解決的問題.其高速穩(wěn)定性和可靠性還需很長時間的運行考驗.
(2)常導磁懸浮技術(shù)的懸浮高度較低,因此對線路的平整度,路基下沉量及道岔結(jié)構(gòu)方面的要求較超導技術(shù)更高.
(3)超導磁懸浮技術(shù)由于渦流效應懸浮能耗較常導技術(shù)更大,冷卻系統(tǒng)重,強磁場對人體與環(huán)境都有影響.
以上就是關(guān)于EDS原理相關(guān)問題的回答。希望能幫到你,如有更多相關(guān)問題,您也可以聯(lián)系我們的客服進行咨詢,客服也會為您講解更多精彩的知識和內(nèi)容。
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