基于Comsol软件仿真技术的光学式电场传感器特性研究
基于COMSOL Mutiphysics电阻抗传感器的建模及仿真
文章编号：2095－6835（2016）23－0085－02基于COMSOL Mutiphysics 电阻抗传感器的建模及仿真罗霄华（太原理工大学 信息工程学院 ，山西 太原 030024）摘 要：采用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics 对电阻式传感器进行建模与仿真，模型模拟放置在内含空气填充腔的导体立方体的单个电极中。
在后期处理中，通过阻抗来反推空腔位置。
关键词：传感器；COMSOL Multiphysics ；空气填充腔；阻抗中图分类号：TP212.9 文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2016.23.085 1 模型简介电阻抗测量长被应用于成像和探测，应用范围包括无损伤测试、地球物理成像和医学成像等，比如新生儿重症监护时监视婴儿的肺功能。
频率范围从小于1 Hz 到约1 GHz ，与应用领域相关。
本模型模拟放置在内含空气填充腔的导体立方体的单个电极，模型如图1所示。
立方体的下部与侧面接地。
在后期处理中，我们可以绘制空腔横向位置对测量阻抗的曲线。
电阻抗测量具有速度快、准确的优点。
在实际中，我们通过阻抗来反推空腔位置。
图 1 电阻抗模型图在本文中，我们使用物理场是AC/DC 模块的电流模式。
当感应作用可以忽略时，该模式对模拟交流问题十分有用，可求解域的底部和垂直边为接地边界条件。
除电极外均为绝缘，电极上施加1 A 的均匀分布电流源。
2 建模过程 2.1 模型向导对于图1所示的模型，通过分析根据有限元理论可以采用二维绘图。
该模型应用物理场，选用低频电磁场下的电流模式，研究类型设为频域。
打开“模型向导”窗口，模型空间维度为二维，单击“Next ”，在添加物理树中选择“低频电磁场→电流（ec ）“，单击“Next ”，选择研究类型为“频域”，单击“Finish ”。
具体参数设置如表1所示。
表1 参数设置名称 表达式 描述 sig_bulk 1［mS/m ］ bulk conductivity （介质电导率）eps_r_bulk 5Relativity permittivity in bulk （介质的相对介电常数）y0 －0.1［m ］ y_position of cavity center （空腔的中心） r0 0.09［m ］ Cavity radius （空腔半径）2.2 全局定义在这个步骤中，主要是完成模型的参数设置，模型参数如表1所示。
基于COMSOL Mutiphysics电阻抗传感器的建模及仿真
基于COMSOL Mutiphysics电阻抗传感器的建模及仿真作者：罗霄华来源：《科技与创新》2016年第23期摘要：采用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics对电阻式传感器进行建模与仿真，模型模拟放置在内含空气填充腔的导体立方体的单个电极中。
在后期处理中，通过阻抗来反推空腔位置。
关键词：传感器；COMSOL Multiphysics；空气填充腔；阻抗中图分类号：TP212.9 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.23.0851 模型简介电阻抗测量长被应用于成像和探测，应用范围包括无损伤测试、地球物理成像和医学成像等，比如新生儿重症监护时监视婴儿的肺功能。
频率范围从小于1 Hz到约1 GHz，与应用领域相关。
本模型模拟放置在内含空气填充腔的导体立方体的单个电极，模型如图1所示。
立方体的下部与侧面接地。
在后期处理中，我们可以绘制空腔横向位置对测量阻抗的曲线。
电阻抗测量具有速度快、准确的优点。
在实际中，我们通过阻抗来反推空腔位置。
在本文中，我们使用物理场是AC/DC模块的电流模式。
当感应作用可以忽略时，该模式对模拟交流问题十分有用，可求解域的底部和垂直边为接地边界条件。
除电极外均为绝缘，电极上施加1 A的均匀分布电流源。
2 建模过程2.1 模型向导对于图1所示的模型，通过分析根据有限元理论可以采用二维绘图。
该模型应用物理场，选用低频电磁场下的电流模式，研究类型设为频域。
打开“模型向导”窗口，模型空间维度为二维，单击“Next”，在添加物理树中选择“低频电磁场→电流（ec）“，单击“Next”，选择研究类型为“频域”，单击“Finish”。
具体参数设置如表1所示。
2.2 全局定义在这个步骤中，主要是完成模型的参数设置，模型参数如表1所示。
具体做法是在模型构建器窗口中，右键单击“全局定义”和“选择参数”。
2.3 几何1第一步，绘制矩形1，即在模型构建器窗口中，在模型1右键单击“几何1”和“选择长方形”；在矩形设置窗口中，输入长1、宽0.5.定位部分：在x输入-0.5，在y输入-0.5，点击“创建选定”即可完成矩形1的创建。
一种基于COMSOL的螺线管聚磁式光学电流 传感器设计
Optoelectronics 光电子, 2019, 9(3), 120-128Published Online September 2019 in Hans. /journal/oehttps:///10.12677/oe.2019.93018A Design of a Solenoid-ConcentratedMagnetic Optical Current TransformerBased on COMSOLXiangqi Kong1, Kaixin Liu1, Jichao Ma2, Qiang Wang1, Xin Dai1, Bian Jin1, Feifei Sun1*,Tao Shen1#1Harbin University of Science and Technology, Harbin Heilongjiang2The Second Surveying and Mapping Institute of Heilongjiang Province, Harbin HeilongjiangReceived: Aug. 26th, 2019; accepted: Sep. 9th, 2019; published: Sep. 16th, 2019AbstractAiming at the low monitoring value of electromagnetic field strength in the form of single-wire wound magneto-optical medium commonly used in traditional optical current sensors, an optical current sensing structure combining magnetic material ferrite and magneto-optical medium is designed. The simulation analysis of COMSOL shows that the designed sensing structure can mon-itor and measure the magnetic field through optical sensing, and then achieve the purpose of measuring current. Compared with the traditional structure, the measured magnetic field strength value is increased by 3.05 times. The optimum radius and optimum axial intercept of the coil are obtained.KeywordsOptical Current Senser, Magneto-Optical Glass, Ferrite Magnetic Ring, COMSOL一种基于COMSOL的螺线管聚磁式光学电流传感器设计孔祥琦1，刘凯欣1，马骥超2，王强1，代鑫1，金边1，孙菲菲1*，沈涛1#1哈尔滨理工大学，黑龙江哈尔滨2黑龙江第二测绘工程院，黑龙江哈尔滨* #通讯作者。
基于Comsol的电容传感器仿真研究
而辨别出封闭圆柱体内介 电物质 的形状及位置。在此基础之上 ， 本文还对 比分析了封闭圆柱体 内放入不同介 电常数物质检测出的电容值。验 证了Ｃ ｏ ｍ ｓ ｏ ｌ Ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ 仿 真电容传感器的有效性。也证 明了此软件是学 习工程 电磁场过程中很好 的辅助工具 。 关键词 ： 高斯定理 ； Ｃ ｏ ｍ ｓ ｏ ｌ Ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ 软件 ； 电容传感器
ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｉ ｎ ｇ ａ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｉ ｆ ｅ ｓ ｄ ｉ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ， ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｄ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ ｂ ｙ Ｃ ｏ ｍｓ ｏ ｌ Ｍｕ ｈ ｉ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｎ，ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｔ ｆ —
中图分类号 ： Ｔ Ｂ ９ ７ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ８ － ０ ６ ８ ６（ ２ ０ １ ５ ） ０ １ － ０ ０ ７ ４ ． ０ ３
COMSOL光学仿真专题
• 腔模分析
– 共振频率 – 品质因子
• 瞬态传播/非线性效应
– 群速度（色散） – 倍频产生、自聚焦、自相位调制等
• 多场耦合
– 光与热，电，磁，力特性的耦合
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纳米光子学仿真需求
纳米材料/结构的 光学特性 纳米光子学器件 纳米光子学 光纤/波导 波导分析 激光器 隐形斗篷 稳态传输特性分析 光刻 纳米结构的 光学制备、表征方法 光镊/光势阱 分子探测 瞬态/非线性效应分析
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隐形斗篷
隐形斗篷
超材料制成，使斗篷内的物体在微波波段不可见。 这项基于COMSOL Multiphysics仿真分析的研究工作，由北卡罗 来州达拉莫杜克大学的Steve. Cummer和David. Schurig共同完 成，被Science杂志评为2006年科学突破之一。
COMSOL Multiphysics Version 4.0 multiphysics simulation software features a new COMSOL Desktop™ user interface that provides an organized layout and streamlined model building. Quick model setup is enabled in the Model Builder and its graphical programming utility throughout the modeling and simulation process. With the new version, a series of LiveLink™ options integrate the software into the mainstream product design workflow of Autodesk® Inventor®, SolidWorks®, and MATLAB®.
基于comsol的仿真实验
一、实验目的熟悉掌握COMSOL Multiphysics软件，通过3D有限元建模方法，建立铂电极-玻璃体-视网膜的分层电刺激模型。
深入研究电极如何影响电刺激效果，系统的分析了电极尺寸、电极到视网膜表面的距离等参数对视网膜电刺激的影响，为视网膜视觉假体刺激电极的刺激效果提供指导意义，进一步优化电刺激效果，达到提高人工视觉的修复效果。
二、实验仪器设备计算机，COMSOL Multiphysics软件三、实验原理影响视网膜电刺激效果的因素有许多：电极尺寸、电极距视网膜距离、电极形状、电极排列等，这里主要从电极尺寸，电极距视网膜距离来探讨。
视网膜电刺激模型通过参考视网膜解剖结构构建，电刺激的有效响应区域取决于神经节细胞层（GCL）电场强度是否大于1000V/m，当大于该值时认为该区域神经节细胞能够兴奋，进而指导电极尺寸、电极距视网膜距离的参数。
四、实验内容根据视网膜的解剖结构来构建相应的视网膜分层模型，模型总共分为8层：玻璃体层，神经节细胞层，内网状层，内核层，外网状层，外核层，视网膜下区域，色素上皮层，脉络膜及巩膜。
根据视网膜各层的导电特性来设定相应的导电率，模型构建，设置边界条件。
在电极处施加相应电流刺激，规定神经节细胞层（GCL）电场强度（>1000V/m）时认为能够引起视神经细胞兴奋，在确定的电流强度下，神经节细胞层（GCL）层电场强度大于1000V/m的区域认为有效响应区域，进而判断电极刺激的有效响应区域，指导电极尺寸r和电极距视网膜距离h等参数设置。
其具体实验步骤如下所示：1、根据视网膜的解剖特性构建视网膜分层模型。
模型在三维模式下电磁场子目录下的传导介质DC场下建立。
进入建模窗口后，在绘图栏下设置模型为圆柱体，输入各部分的长宽高数值，轴基准点为圆柱体的圆心坐标。
模型分为9层（11个求解域），其示图如下：图1 视网膜分层模型2、模型建好后，在菜单栏下的物理量里面选择求解域设定，对示图的11个求解域进行设定传导率，如图2所示，其中每一层的电导率情况参考于视网膜导电特性。
关于电场传感器的研究分析
关于电场传感器的研究分析摘要：电场传感器在测量瞬态电常、交变电场和静电场方面发挥重要作用。
由于三种电场所处环境存在差异，所以需要应用到不同原理和不同结构的传感器。
在科学技术推动下，虽然很多电场传感器可以同时测量两种或三种电场，但在测量同一类电场时，由于传感器原理和结构不尽相同，所以其用途、准确性、量程等方面也有所差异。
基于此，本文将对电场传感器进行深入分析，希望能够为专业人士提供参考、借鉴。
关键词：电场传感器；电厂测量；瞬态电场；交变电场；静电场引言：电场测量无论在提高人们生活质量，还是在促进科技进步方面，都具有重大意义。
通过电场传感器测量大气，能够获取准确、有效的信息，有利于及时发现大气中存在的地震、沙尘暴等灾害隐患，从而将自然灾害破坏率降到最低。
在加油站、面粉厂等容易发生火灾的区域进行电场测量，能够减少火灾事故发生率。
另外，在飞机飞行过程中，受气候环境影响容易发引发全问题，导致飞机中的精密电子设备产生故障，利用电场传感器对电场进行测量，能够从根源上减少安全隐患，为飞机稳定运行提供保障。
由此可见，对电场传感器进行研究，已经成为促进社会和谐发展、推动科技持续进步的重要手段。
一、测量静电场或低频电场的电场传感器（一）测量极低频电场的电场传感器极低频电场传感器能够对电场宽带0.08Hz-2MHz之间的电场进行测量。
可以远距离定位雷电或探测大气层附近地场，这种传感器的应用原理，是在极低频电场中设置两个相互平行的导体，通过导体感应出感应电荷。
当两个平行导体电容量超出差放输入电容，同时电阻小于差放输入电阻，能够得出以下公式：E=V/d，其中E代表待测低频电场的强度，V代表测量电压，d代表导体之间的距离，测试电压和待测场强为正比关系。
采用这种测量方法对电场进行测量时，需要保证电线容量满足一定需求，同时差分放大输入阻抗要很高，电容要很小，只有满足这一需求，才能够确保原波形不失真[1]。
1.球型电场传感器在大气空间静电场测量过程中时常用到球型电场传感器，在实际操作中，需要利用气球将传感器带入空中对大气空间进行探测，测量信号会通过发射装置及时反馈到地面。
COMSOL光学仿真专题
透镜的受热变形
空气/真空
TE10 波导
(未显示) 4µm 宽 “准直” 透镜 PML无反射 截止域
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
局部温度
折射率
透镜变形
10 µ-sec 1 ms 100 ms 1 sec
负折射现象
负折射材料
介电常数e和磁导率m均为负数
隐形斗篷
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
负折射率铁磁流体
Y. Gao, J. P. Huang, Y. M. Liu, L. Gao, K. W. Yu, and X. Zhang, PRL 104, 034501 (2010)
COMSOL Multiphysics
光学系统与微纳光学专题
中仿科技 鲍伟（Feit Bao） 2013年1月
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
光学理论研究方法 • 几何光学：
– 波长 << 特征尺寸 – 光线追迹
• 波动光学：
– 波长与特征尺寸可比拟 – 有限时域差分方法 – 时域有限元方法
仿 真 智 领 创 新
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总结
• COMSOL RF模块可满足纳米光子学研究中的 以下需求：
– 波导模式分析 – 稳态传输特性分析 – 瞬态传输特性分析
• COMSOL支持进一步的研究需求
– 支持用户自定义PDEs，处理量子光学问题（薛定谔 方程的求解） – 多物理场耦合，光与物质的相互作用（原子冷却、 粒子囚禁与操控等）
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基于Comsol软件仿真技术的光学式电场传感器特性研究曹威;马嘉欣;陈宝远
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2022(30)19
【摘要】随着我国经济增长及科技的发展,新型电场传感器的应用会是必然趋势,其中,光学电场传感器依据其非接触性、高电场隔离性等优点将被广泛应用。
考虑到Comsol软件的模型库丰富、环境系统搭建便捷等优点,因此,利用Comsol软件搭建了基于Pockels效应的光学式电场传感系统,对传感系统在直流电场下的传感特性进行了仿真探究,验证了Pockels效应,得到了系统输出电压与外加电场呈线性变化的结论,证明了系统在电场测量中的可行性。
【总页数】4页(P91-93)
【作者】曹威;马嘉欣;陈宝远
【作者单位】哈尔滨理工大学测控技术与仪器国家实验教学中心
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
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5.基于微纳光纤Sagnac环结构的光学电流传感器的响应特性研究
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