光学电压传感器互易性光路研究

提高光学电压传感器光路中光波相位差传输稳定性的关键是对系统光路寄生干扰相位差的抑制。为此研究了一种基于晶体材料Pockels效应,并结合sagnac光路结构形成的光学电压传感器,在分析该光路结构互易性机理基础上,提出了将系统光路改为使用熊猫型保偏光纤和低双折射旋转光纤相结合的形式以消除光敏感电路段产生的模式相位差,从而提高了传感器光路互易性。建立了系统光路温度场与热应力数学模型,利用有限元仿真研究了外界环境温度对其相位差传播产生的影响特性,得到外界温度每增加1℃,光路双折射平均减小2.275 21×10~(-7)。基于此,对该互易性光路进行了实验研究,实验表明:温度对测量结果最大影响为1.733 9%/℃,当环境温度上升10℃时,相比光路全采用熊猫型保偏光纤,传感器测量准确度从6.008%提高至1.53%;当温度上升20℃时,准确度从52.016%提高至8.13%。可初步证明该互易性光路的可行性。     

高稳定度恒流源的研究与影响因素分析

以一款稳定度为2×10-6/min串联补偿型透射电子显微镜物镜恒流源为例,研究其原理设计,建立系统传递函数,通过讨论各影响因素与相对电流变化之间的关系,分析了恒流源的内部因素和外部因素对电流稳定度的影响,得到直接影响因素是基准电压的稳定性、采样电阻的变化及放大器自身参数的变化,间接影响因素是调整管的自身参数变化、放大环节的电压增益变化、主回路输入电压的波动、负载电阻的变化,为开展恒流源的高稳定度设计提供了理论依据。     

高稳定度高压电源的研究与系统特性分析

为提高200 k V级透射电子显微镜的性能,满足其分辨率优于0.25 nm的性能指标,要求配备最高输出电压为200 k V、稳定度优于2×10-6/min的高稳定度高压电源。通过研究影响高压电源稳定度的直接因素,为高稳定度高压电源的研制提供了理论参考依据。分析了该款高压电源主电路原理和设计要点。建立了电源闭环稳压系统的数学模型,分析了系统频率特性,系统的良好增益裕度为电源的正常运行提供了保障。结合研制经验提出了改善高压电源整机性能的措施。     

基于离散时间状态空间模型的平衡式C-W电路频率特性研究

对于分辨率优于0.25 nm的200 k V级透射电子显微镜,要求配备稳定度优于2×10-6/min的高压电源,这是高稳定度输出的重要保证。C-W电路是高压发生的核心部分,其传递函数是高压电源闭环系统中不可或缺的环节之一。由于CW电路采用级联的整流二极管-电容网络拓扑,受二极管器件本身非线性效应的影响,常规传递函数的求解方法已不符合其非线性的特点。通过研究平衡式C-W电路的原理,结合其物理特征将系统非线性处理为离散时间下的线性系统,建立了离散时间状态空间模型,进行z变换后推导了三阶平衡式C-W脉冲传递函数通式。应用Matlab仿真一款平衡式C-W电路的幅频特性曲线和相频特性曲线,进一步分析了其频率特性,为平衡式C-W电路系统特性的研究提供了一种理论方法。     

基于CPLD的面阵CCD驱动电路设计

在透射电子显微镜相机的研制中,针对SONY行间转移面阵CCD ICX285AL图像传感器,设计了一款基于CPLD的面阵CCD驱动电路。以Altera公司的CPLD芯片EPM570T100作为时序发生器产生CCD驱动信号和相关双采样控制信号,并搭建了驱动器电路和直流偏压电路。在QuartusⅡ13.1开发环境下利用Verilog HDL语言编程,并利用Model Sim SE 10.1进行仿真测试。实验结果表明,以CPLD为核心的驱动电路能够产生符合CCD要求的驱动脉冲和偏置电压,可稳定地输出CCD视频信号。     

电光晶体的Pockels效应仿真研究

结合麦克斯韦方程组建立了光在电光晶体中传播的数学模型;通过有限元仿真分别建立了铌酸锂晶体和锗酸铋晶体的物理参数模型,提出了一种通用的入射光三维波动场仿真方法,该方法将晶体内部电场分布和电光效应耦合波理论相结合,计算了在横向调制下两种晶体的Pockels效应,其结果与理论差值在10~(-5)数量级内;同时,仿真结果表明,铌酸锂晶体的Pockels效应更为明显。最后对两种不同材质的电光晶体进行了0～1 000 V直流加压实验,实验表明铌酸锂晶体的Pockels效应测量精度优于±2.9%。该方法为光学电压传感器电光晶体的选择和性能评估提供了新的研究思路与理论参考。     

高稳定度电磁透镜稳流电源的基准电阻的研究

分析了透射电子显微镜电磁透镜稳流电源的基本原理,认为基准电阻的稳定性决定透镜电源的稳定度.然后通过重点分析基准电阻的设计要求及特点,探究了电阻的温度系数、制造误差、热噪声电压和热电势效应等对电源稳定度的影响,最后提出了基准电阻的选择与设计方法以及降低温度影响的有效措施.这些措施在实际应用中得到了验证,如此设计基准电阻可以满足透镜稳流电源的要求.     

一种圆鞍形磁屏蔽线圈的设计与性能研究

以毕奥-萨伐尔定律为基础,推导了一种圆鞍形线圈在空间任意点处的磁场分布表达式,优化了一种线圈结构,证明了圆鞍形线圈可以产生一定区域的稳恒磁场,并定量地给出了线圈内部磁场的空间分布情况。所设计线圈产生的磁场中,1%均匀度的磁场均匀区占轴上区域的28%,0.1%均匀度的磁场均匀区占轴上区域的10%;在1 mA的电流下,单圈线圈最大磁场补偿值为15 nT,相对偏差量不超过0.14 nT,验证了所推导表达式的正确性,为多维磁场补偿系统设计与研究提供了理论依据和参考。