超声换能器电阻抗特性研究

为了研究超声换能器在发射和接收超声信号时电阻抗的特性,对超声检测系统中的超声信号发射和接收过程进行建模分析,研究了电缆特性对换能器电阻抗的影响,推导了换能器在发射和接收超声信号时电阻抗的计算公式和考虑电缆特性时的电阻抗计算公式,研究了换能器在发射和接收超声信号时电阻抗的关系。分析和实验表明,电缆特性对换能器电阻抗有很大影响;换能器在发射和接收超声信号时的电阻抗相等。     

变压器信号源内阻与传输线负载阻抗匹配研究

变压器作为电压的转换装置,在各种自动化、机械化设备中起到了关键作用。为此,为提高变压器性能,研究一种新的变压器信号源内阻与传输线负载阻抗匹配方法。该方法首先利用增大测量回路电阻法测量变压器信号源内阻值,然后利用史密斯图法计算传输线负载电阻,最后利用模拟退化智能算法实现变压器信号源内阻与传输线负载阻抗匹配。经测试,结果表明:与两种传统阻抗匹配方法相比,所提方法的变压器信号源内阻与传输线负载阻抗匹配度达到最大,说明所提方法性能更为优越,有效提高了变压器的可靠性和稳定性。     

计及涡流效应和应力变化的超磁致伸缩换能器的动态模型

文中在Jiles—Atherton磁滞模型和换能器振动系统的结构动力学原理的基础上，考虑交流驱动时的涡流效应和应力状态的变化，建立了超磁致伸缩换能器的磁弹性动态模型。对换能器系统不同工作情况进行模型的仿真计算并与实验结果对比，发现模型与实验吻合较好。说明所建立的动态模型能较好地描述换能器系统输出应变与驱动磁场之间的关系。根据模型的计算结果拟合出了换能器系统的伯德图，用于指导对换能器系统进行频率跟踪控制。     

一种用于测量快前沿高压脉冲的电阻分压器

分析了电阻分压器中电感和对地电容对分压器响应特性的影响,在此基础上研制了一种用于测量快前沿高压脉冲的同轴型电阻分压器,介绍了分压器的制作过程,对其进行了方波响应标定,并应用于实验测量中。实验结果表明,该电阻分压器能满足测量要求,可用于幅值10kV左右、ns前沿的短脉冲测量。     

高压ns脉冲测量中的分压器性能及阻抗匹配

为研究ns级高压脉冲测量中存在的问题,探讨了分压器阶跃响应性能与脉冲测量结果的关系及测量系统的阻抗匹配与否对测量结果的影响。由阶跃响应性能不同的分压器的双指数脉冲响应的Pspice仿真和实验测量可知:当分压器阶跃响应存在过冲时,波形上升和下降时间变短;当阶跃响应的上升时间大于被测双指数脉冲的上升时间时,波形上升和下降时间加长。基于传输线理论和Pspice仿真分析及实验测量结果可知:系统内部阻抗不匹配将导致反射和初始分压比小于稳态分压比,高压引线始端不匹配将激发振荡。因此,只有当分压器的阶跃响应无过冲且上升时间低于被测脉冲上升时间、测量系统的阻抗匹配时,才可能得到准确的测量结果。     

一种亚纳秒高压脉冲源的研制

本文对一种以亚纳秒高压脉冲放电管为主要元件的脉冲产生电路进行了计算和试验研究,给出了电路的结构参数及选取原则.实验表明所研制的高压脉冲发生电路可产生上升时间小于500ps,幅值不低于4kV的亚纳秒高压脉冲信号,并且具有放电稳定、重复性好、频谱范围广的特点,可作为研究GIS和电力变压器中局部放电信号超高频特性用的信号源.     

微波测量系统中的误差分析

微波测量系统被广泛用于各种无线电专业领域的信号测量,介绍了在微波测量中由于阻抗失配引起的测量误差分析。分别从负载阻抗匹配、信号源阻抗匹配以及信号源和负载阻抗匹配三个方面详细分析了不同阻抗失配情况下引起的测量误差,对于微波测量中的误差分析具有一定理论指导作用。     

智能型大功率油井超声电源设计

油田近井处理需要的大功率超声电源必须频率可调、匹配电感可调。以往的调节均是人工进行的,智能型油井超声电源则是根据砂岩的声学参数(电学参数表现为电流和电压)调整频率和电感,使激发频率与换能器的固有频率相等,激发出最大的振动幅度;并且使激发的频率与套管井的声窗尽量一致,在井内激发的振动能够通过井内液体、套管和水泥环进入地层,提高作业效果。使用霍尔传感器接收电流、电压信号,利用电流值自动调整激发频率,利用电流和电压的相位差调整匹配电感,并且将这些信息存储在单片机中。实现了作业过程的全方位监控,现场试验输出功率达到了75kW。     

基于Marx电路的纳秒级高压脉冲电源设计

为满足等离子体污水处理对高压脉冲电源的要求,设计了一种基于Marx发生器的紧凑型、高重复频率纳秒级高压直流脉冲电源,该脉冲电源以绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为放电主开关,并使用多输出磁环变压器为IGBT提供驱动信号。Marx发生器由25级电路组成,每级电路由IGBT开关、快恢复二极管以及电容器组成。充电时,通过电感和二极管对电容充电,减小电路功率损耗;放电时,电感对输出脉冲高电压与输入电源之间进行隔离。为了保护IGBT开关在短路等情况不被过电流损坏,使用了过电流保护电路。实验结果表明,输入电压为500 V低压时,串联25级电路即可获得最大幅值为10 k V、最小脉宽为400 ns且脉冲前沿为50 ns的高压脉冲,可实现反应器中气体的电晕放电,达到污水快速净化的目的。     

钢轨检测压电超声换能器宽频阻抗匹配研究

针对钢轨损伤检测系统中压电超声换能器与激励源存在阻抗失配，以及压电超声换能器带载后谐振频率偏移等问题，本文对压电超声换能器宽频阻抗匹配进行研究。首先，对压电超声换能器BVD模型参数进行优化。其次，基于上述模型，设计4种匹配网络，对其性能进行比较分析，从而确定最佳网络拓扑结构和参数。最后，基于一发一收实验平台，测试对比匹配前后压电超声换能器的接收信号。测试结果表明，本文设计的阻抗匹配网络可以实现对压电超声换能器的高效匹配，匹配后发射换能器有功功率平均提升了197.38%,工作带宽从1.44 kHz提升至2.22 kHz。同未匹配和传统L型匹配网络相比，本文设计的宽频阻抗匹配网络使得发射强度分别提升了61.07%和18.05%,压电超声换能器在工作带宽内均可达到良好的发射状态。     

总线变压器设计方法与实例

总线变压器是应用在MIL-STD-1553B总线系统中的变压器,在总线系统与终端之间起到信号传输、隔离、耦合、短路保护、直流隔离和阻抗匹配的作用。阐述了总线变压器的工作原理,并举例介绍了设计方法和过程。首先,选择变压器的磁心,通过计算确定磁心形状;其次,选择使用的漆包线和线径;然后,计算变压器各绕组匝数;最后,确定变压器绕制顺序,它决定了漏感和分布电容。完整的变压器设计是一个复杂的过程,应结合电路进行试验并调整,设计出符合实际应用的器件。     

Use of mass loading to operate a thin film ultrasonic transducer in the 300 kHz–10 MHz frequency range

Thin film ultrasonic transducers have been designed which operate over an important frequency range, 300 kHz to 10 MHz. The transducers were made using piezoelectric aluminium nitride films a few microns thick. The films would have a fundamental thickness mode resonance at 1–3 GHz if fabricated as an unsupported film, however operation at much lower frequencies has been demonstrated when the transducers are fabricated on bulk substrates. This would enables them to be used in ultrasonic non-destructive testing in circumstances where the film can be deposited directly onto the object under test. We have found that the major factors influencing the below-resonance operation of the thin film transducers are the device impedance, the spectrum of the excitation pulse, and any mechanical (mass) loading applied to the back face of the transducer. Results are presented showing that the evolution of device impedance as a function of device area could be predicted using a PSpice model of the thin film transducer. The ability of the transducer to generate longitudinal mode pulses rather than shear wave pulses was found to depend on increasing the mechanical loading at the back face of the transducer. This mechanism for pulse generation was confirmed by Finite Element Modelling using PZFlex.     

变压器局部放电检测声阻抗匹配研究

局部放电检测技术是变压器绝缘诊断的重要手段之一,而外置式超声法是目前使用较多的超声检测法。针对当前外置式超声检测法灵敏度较低的问题,文中研究了声阻抗匹配提高变压器局部放电超声信号透射强度的可行性。经理论分析发现,通过在变压器油和外壳之间加入匹配层,且满足匹配层声阻抗介于变压器油和外壳的声阻抗之间,能增大超声波信号的透射系数,获得了透射系数随频率变化的规律及中心频率和匹配层厚度的关系。模拟试验表明,在变压器油与变压器外壳之间加入声阻抗匹配层后,测得的超声波信号幅值约为未设置声阻抗匹配层侧的2倍,超声波信号的透射系数得到了显著增强,试验结果验证了声阻抗匹配提高实测超声波信号强度的可行性。     

A shoe-equipped piezoelectric transducer system based on PVDF film

Many piezoelectric transducers mounted in shoes have been conducted to harvest energy from walking. However, the energy harvested is influenced by some factors, such as the structure of piezoelectric transducer, piezoelectric material and so forth. Taking into account these factors, a wide-band energy harvester-shoe equipped piezoelectric transducer with cantilever beam structure based on polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric film is designed and examined in this paper. The piezoelectric transducer makes little difference in the sensation with the device mounted in the shoes when walking. The harvester can provide a maximum output power of 0.48 mW at the load resistance of 300 kΩ. This study demonstrates that it is feasible to scavenge energy from human motion by piezoelectric harvester to power wearable sensors, such as pedometer, respiration and pulse monitoring system and so on.     

无线电能传输中的高频阻抗匹配特性分析

磁谐振式无线电能传输技术是基于磁谐振耦合现象利用近区磁场进行非辐射性、中距离输电的新技术。阻抗匹配技术在无线电能传输中广泛使用,用以增加传输距离,提高传输效率,使负载获最大功率。常规变压器适于在低频下作阻抗匹配,高频时磁芯容易饱和发热,降低传输效率。使用传输线原理绕制的变压器通过线间电感和电容耦合传输能量,可用于高频传输,亦可在无线电能传输系统中使用。文章分析了无线电能传输阻抗匹配原理,分析了传输线原理绕制的变压器匹配特性,使用高频变压器进行了无线电能传输的比较实验。实验结果表明高频变压器可用于无线电能传输,匹配得当时,增加传输距离的同时,可保持传输效率和最大输出电压,是提高无线电能传输性能的一种可选方法。     

超声电机阻抗匹配变压器的设计

在超声电机特性阻抗分析的基础上、从阻抗和电感匹配的角度,提出了目前超声电机常用的推挽逆变电路中脉冲变压器的设计准则,并进行了实验验证,效果良好。     

电力变压器局放信号抗干扰与模式识别

在局部放电信号抗干扰方面,考察了几种较新的阈值除噪方法,提出了将二进小波变换分别与单抽头最小均方LMS(Lease Mear Square)算法滤波器和基于Birge-Massart策略的小波去噪相结合的变压器局部放电信号抗干扰方法.同时针对局部放电信号的模式识别问题,首先分别根据模糊概率理论和波形匹配理论,针对时域单个特高频UHF(Ultra High Frequency)脉冲信号,提出了2种电力变压器特高频局部放电信号的模式识别方法.基于时域单个UHF脉冲信号的信息,提出了用于神经网络输入的8个特征量,分别利用BP网络、Elman回归神经网络和PNN概率神经网络对4种典型的变压器局部放电信号进行了模式识别的尝试,取得了较好的识别效果.     

干涉式电压互感器的有限元分析

设计一种新型的光纤电压互感器以满足电力工业发展对高压电压互感器的要求,成为国内外的研究热点,为此基于石英晶体的逆压电效应,研制了一种双模干涉式的电子电压互感器并给出其基本原理即利用两个低阶模的干涉原理改善电压互感器的性能,为消除外界干扰、提高系统的测量精度提供理论根据。利用有限元软件对该互感器传感头进行电场强度分析和研究的结果显示:在峰值电压作用下,互感器传感头无击穿现象,满足了工程的需要,为光学电压互感器的电压测量的稳定性提供了理论依据。该互感器信号的感应和传输都在光纤中进行,光路结构简单,抗干扰能力强,准确度高,安全可靠,是光学电压互感器设计的一种新思路。     

动态匹配超声波换能器谐振电感的方法与实现

针对按固定谐振点匹配超声波换能器中电感参数存在的缺点,应用耦合振荡法建立换能器的匹配电感与耦合频率之间的数学模型,给出利用这一模型与耦合工作频率之间的关系,动态选择换能器匹配电感的方法.利用调谐电抗器使匹配电感随耦合谐振频率变化,并据此设计出实现这一原理的超声波逆变电源.实验结果表明,采用可变电感匹配方法的超声波电源能够兼顾谐振效率和次级最大功率输出,具有实际的应用价值.