三维脉冲电场传感器的建模仿真与设计

为了克服传统脉冲电场传感器只能测量单极化方向电场这一缺点,研制了一种三维全向脉冲电场传感器,传感器由3个互相垂直的三棱锥锥面电小天线构成,同时与光纤传输系统配合,可实现全空间内脉冲电场的测量。通过对全尺寸三维电场传感器的理论建模,分析了电场传感器对被测电场以及负载阻抗和天线尺寸对测试特性的影响,确定了最佳三维电场传感器的设计参数。在此基础上制作了三维脉冲电场传感器探头并对其主要性能指标进行了测试。测试结果表明,它具有良好的宽带性能,测试带宽可达1 kHz~1 GHz,不失真输出动态范围60 dB,符合设计要求。     

变压器外特性的研究

变压器运行中,负载阻抗及变压器自身阻抗都影响着副边电压的变化。根据电工学理论,运用数学推理的方法,找出了变压器输出电压与负载之间的关系,确立了变压器外特性曲线的具体形状,发现多年来有关书刊和文献给出的分析和外特性曲线图与理论不相符,并指出现行书刊给出的变压器外特性曲线的错误之处。     

二次负载对电流互感器误差的影响及测试方法

电流互感器二次负载阻抗对电流互感器误差有较大的影响。为此,通过电流互感器等值电路和误差曲线,分析了电流互感器的二次负载特性,并讨论了电流互感器标准装置二次回路阻抗的测试原理和方法。     

基于涡流传感器阻抗变化的导电材料缺陷检测

涡流检测是应用在导电材料电磁无损检测和评估中的技术。在常温25 ℃下对试样表面缺陷区域的涡流分布进行有限元仿真分析,提出一种通过涡流传感器线圈阻抗变化对高温100 ℃与150 ℃下导电材料表面缺陷进行检测的方法。分别在常温和高温的条件下进行线圈阻抗测量并产生相应的阻抗3D表面颜色图,通过被测试片表面阻抗的振幅和相位分析其是否存在缺陷。测试结果证明当试件暴露于高温环境中,可以通过涡流传感器线圈阻抗的变化判断被试导电材料表面是否存在缺陷,并且给出了不同温度下缺陷和线圈阻抗之间的关系。     

EMI滤波器网络最佳工作状态设计及其平面化实现

EMI滤波器是抑制传导干扰的重要手段之一,受噪声源、负载阻抗影响,其工作性能往往不佳。为了改善这些不利影响,提出了一种带有阻抗失配网络的EMI滤波器网络设计方法,其可根据噪声源及负载阻抗的大小,将阻抗失配网络分为L型与C型两类,并通过选取合适的失配网络参数使噪声源与滤波器的输入阻抗和负载阻抗与滤波器的输出阻抗均满足一定的比例关系。EMI滤波器网络利用不同阻抗比例关系产生不同的反射损耗这一特性,对滤波器的最佳工作状态进行配置,使得滤波器在原有插入损耗的基础上增加其反射损耗,达到改善滤波器工作性能的目的。为了减小滤波器体积,将滤波器网络设计方法应用于平面环形EMI滤波器中,并通过实例测试验证其有效性与可行性。     

窄带低压电力线信道的阻抗测量与特性分析

为了获取低压电力线信道的阻抗特性随频率、时间、接入位置等变化的特点,采用比值法的原理,自行设计阻抗测量电路,选取我国实行电力用户用电信息采集系统的典型台区,对9～500kHz窄带低压电力线信道的阻抗进行了大量的测量,并利用MATLAB对所测数据进行处理计算及特性分析,分析结果表明:在9～500kHz频段内,阻抗随频率的升高呈上升趋势;不同接入点具有不同的阻抗特性;阻抗具有一定的时变性;阻抗受电网结构及负载类型、数量的影响较大。     

数据采集系统串口通信的设计与实现

设计了应用于绝缘封装液体安全检测的带状平行平板电容传感器.分析了电容边缘效应与“软场”特性的检测原理.设计了带状平行平板传感器性能测试实验包括传感器结构参数,实验参数,并针对传感器尺寸(面积)变化对电势分布与检测的可行性进行了详细分析,并获得其定性结论.设计第二类传感器基于ECT检测方式,给出了具体设计参数与实验参数,与带状平行平板电容传感器进行了优缺点对比,实验结果表明,带状平行电容传感器在便携性、灵活性方面优于ECT传感器,通过传感器参数的优化也能够达到ECT传感器的检测性能.总体而言,带状平行平板电容传感器更适用于绝缘封装液体安全检测的工程应用.     

提高电源滤波器插入损耗措施的研究

针对电源滤波器插入损耗受端接负载的影响,在使用时很难匹配负载,导致插入损耗和标准给出的性能相差很大。为提高滤波性能,对电源滤波器端接负载情况下的共模和差模等效电路进行分析,提出了利用并联电容或串联电感等补偿元件提高插入损耗的措施,依据戴维南定理给出了连接补偿元件后的近似等效电路。通过分析和实验验证了并联电容阻抗是负载阻抗的1/N或串联电感是负载阻抗的N倍时,插入损耗将提高N倍估算方法的正确性。     

工作电压下超声波电机阻抗特性测试

超声波电机在不同电压激励下频率阻抗特性也会不同,而一般测试都是通过LCR测量仪器测量小电压(5 V)情况下阻抗特性,这和实际电机工作时有较大差别.介绍了一种在工作电压下测试超声波电机阻抗特性的方法.给出了测试系统结构图,利用NI的PXI模块仪器建立了系统,并测试实际电机在不同电压激励以及不同激励方式下的电机阻抗特性,为进一步进行超声电机模型分析提供了借鉴.     

供电网典型非线性负载谐波特性分析

近年,供电网谐波污染问题逐步成为关注的焦点.介绍了工业、商业和市政服务领域的典型非线性负栽的谐波特性,建立电路模型.分析其工作原理.并利用仿真软件给出各种非线性负载输入侧电流波形及其频谱分析.结合现场调研测试,总结评估了典型非线性负载的谐波特性.并给出谐波治理的有效方案.     

高功率瞬态电场传感器的设计与分析

高功率瞬态电场的测试是电磁环境效应评估与防护研究领域的难点。笔者基于有源电光调制法,设计了一种高功率瞬态电场传感器。通过建立简化的等效电路模型,并借助CST微波工作室对该传感器的结构建模仿真,分别从频域和时域分析了接收天线负载对传感器接收特性的影响,并得到了一致的结果。结果表明:接收天线采用单极子天线,负载采用低阻时响应信号为被测电场的微分信号,采用高阻时响应电压与被测电场场强成正比,通过改变负载电容取值可以控制传感器量程。     

一种顶加载天线的研究

近场电场测量存在种种问题,从理论上对顶加载偶极子天线进行了分析,利用电磁场分析软件研究天线的阻抗特性和方向图,并研究应用前置运算放大器来提高测量灵敏度,利用电路仿真软件分析了运算放大器的增益特性,通过仿真验证了天线接入运放后电路的可行性。     

偶极子模型在介质混合体中的适用范围

对于颗粒相互靠近、两相介电系数比较大的介质混合体来说,采用偶极子模型(Dipole approximation)计算局部场强将会引起很大误差.为此,分别采用有限元方法和偶极子模型计算混合体中颗粒球表面的电场分布,由此计算出在球面各点偶极子模型与有限元结果之间的相对误差.结果表明,最大误差总是发生在沿电场方向颗粒球的顶点或非常靠近该点的某处.在此基础上,本文提出以这个最大误差不超过容许误差作为评判偶极子模型是否成立的标准,由此确定其适用范围,并绘制出对应于三种不同容许误差的计算曲线.与前人研究结果的对比表明,这种确定偶极子模型适用范围的方法是可行的,由其计算所得的曲线是可信的.     

光电集成强电场测量系统及其应用研究

为研发高性能强电场测量系统,在分析高压电场测量的特殊要求后,介绍了光电电场测量系统的基本原理、最新进展及其在高压测量领域的优势。通过对光电集成电场测量系统及传感器体系结构、关键参数的分析,研制了一种光电集成强电场传感器并测量它的输入输出特性。用研制的测量系统测量棒板间隙击穿过程冲击电场与复合绝缘子工频场,证明光电集成电场测量系统在高压测量研究领域的广阔应用前景。     

长间隙中操作冲击电场测量的研究

简介了自由电位式二维暂态电场传感器的结构和标定方法。设计了当施加操作冲击电压时,在长空气间隙中,用该传感器进行电场测量的实验。定量测量了有先导出现时间隙中电场的时空变化。通过对间隙中暂态电场的测量,定性得出了先导的变化特性。测量结果与文献中的有关理论相符。     

基于电场逆问题的高压输电线电压传感器技术与试验研究

提出了一种高压电网中电压测量的新方法,通过电场逆问题计算,采用电荷感应原理研制了一种电子式高压输变电设备的新型电压传感器。对工频电场逆问题进行了推导,给出了电压计算流程并设计了传感器初步模型,并在无线长直输电线下进行了电场畸变影响误差分析。最后,在搭建的高压试验平台下对所研发的传感器进行了电场畸变影响的误差分析试验和交流电压测量对比试验。结果表明,在长直导线下的电压传感器受电场畸变影响较小,测得的电压有效值具有较高的精度,传感器测量电压波形失真度小,相位和幅度误差较小。     

一种新型海洋电场传感器的研究与设计

提出一种用于测量海洋电场信号的低噪声电场传感器,传感器包含一对钽电极和一块低噪声斩波放大器.钽电极通过将钽粉压制、烧结并经过阳极氧化制成.引入电化学阻抗谱以建立钽电极与海水两相界面的等效电路模型,建立斩波放大器的等效噪声电路并分析.测试结果表明,所设计的斩波放大器的等效输入电压噪声为0.42 nV/√Hz,钽电极的自噪声为0.67 nV/√Hz,传感器总体噪声为0.83 nV/√Hz.所设计传感器可用于微弱海洋电场信号的测量.     

偶极子模型计算混合体局部场强的误差分析

针对偶极子模型近似计算较高占空比混合体局部场强时误差较大的问题,以有限元法的数值计算结果作为电场的真实值,得到了偶极子模型在近似计算混合体中球形颗粒表面各点场强时的相对误差。结果表明,若占空比<20%,则对于所有介质颗粒,最大误差总是出现在最大场强点;若占空比>20%,则颗粒与环境介电常数差异达到一定值时,最大相对误差将会转移到球面上另外一点,并随介电常数差异增大而逐渐靠近最小场强点。对不同占空比的混合体,考察了最大误差点随介电常数差异的变化而移动的规律,并据此绘制出了一条计算曲线。     

Space charge trapping in electrical potential well caused by permanent and induced dipoles for LDPE/MgO nanocomposite

Space charge accumulation in low-density polyethylene film containing a small amount of MgO nanoparticles (LDPE/MgO nanocomposite film) subjected to an electric field greater than 100 kV/mm has been studied using an improved pulsed electroacoustic (PEA) system. No marked space charge accumulation was observed in LDPE/MgO nanocomposite films. To determine the mechanism of no space charge accumulation in the LDPE/MgO nanocomposite film, we compared electric potential wells produced by a permanent dipole moment such as that of carbonyl groups (C=0) and an induced dipole consisting of MgO nanoparticles (spherical dielectrics) under a high electric field to create a trapping site for electric charge carriers. The trapping depth created by the permanent dipole moment such as that of the carbonyl groups (C=0) of chemical defects is approximately 0.45 eV. However, the potential well induced by high-permittivity dielectric nanoparticles (MgO) is about 1.5 to 5.0 eV, which is much deeper than that induced by chemical defects. The suppression of space charge formation is explained using the potential well model consisting of a dipole induced by a high-permittivity dielectric nanoparticle. We explained the suppression mechanism of charge accumulation in the LDPE/MgO film that contains deep traps.     

硅基微型静电谐振式直流电场传感器建模与仿真分析

微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)电场传感器因其体积小、功耗低、成本低、易于量产等优势在电力系统具有广泛应用前景。以静电式电极共面水平谐振MEMS直流电场传感器为研究对象,针对其驱动单元、运动过程和感应单元,分别建立基于静电力驱动的传感器动力学模型和基于静电感应的敏感结构电学模型,实现了微型电场传感器的多物理场模型集成。所建立的模型可定量表征传感器的输出特性以及相关结构尺寸对传感器性能的影响。通过仿真计算发现,适当减少齿宽与齿间距、增加感应齿长,可以提高该类型传感器的输出电流,进而提高其测量灵敏度。该文的研究成果可为微型电场传感器的设计和性能优化提供参考。