题目：电磁流量计励磁系统的优化设计

电磁流量计是工业过程参数测量中广泛应用的一种流量测量仪表，有测量精度高，不影响液体流动等优点。励磁系统是电磁流量计的一个重要组成部分，励磁系统包括电磁流量传感器中的励磁结构和电磁流量转换器中的励磁电路。一方面，励磁结构直接决定了测量管道内的磁场分布，优化励磁结构能够减小电磁流量计受流型影响的程度，这对于大管径电磁流量计缩短弯管后前置直管段长度，提高流量计测量精度尤为重要；另一方面，励磁方式的选择直接决定了检出信号的稳定性和励磁电路的抗干扰能力，目前常用的矩形波励磁稳定性好，但采样速率低下，因此，设计高性能的励磁方式需要提高电磁流量计的采样速率，从而扩展流量计的应用范围。本文对励磁结构和励磁方式的优化进行了深入的研究。

励磁结构的优化从电磁流量计所满足的基本微分方程式出发，结合权重矢量的概念，采用有限元计算方法对电磁流量计进行了建模。本文的线圈优化针对50mm口径的电磁流量计进行，提出了励磁结构优化的算法，并实现了励磁结构中极靴和线圈最优尺寸的设计。

励磁方式是产生期望磁场的先决条件。本文利用直接数字频率合成技术，研究了基于FPGA的高精度励磁方式，并分析对比了不同方法的工作性能。并对电磁流量计仿真信号进行了整周期解调和分析，结果表明方法可行。

实验结果验证了励磁结构优化设计的正确性，优化后结构的效果与非优化的对比主要体现在优化后的电磁流量计对非轴对称流型的敏感程度减小了。