脉冲高电压幅值测量的不确定度分析

 在脉冲高电压幅值测量的不确定度评定中,从测量和标定溯源的角度出发将不确定度来源分为示波器测量不确定度和探头不确定度。以初级实验平台单路样机三板线入口电压的测量为例,按照探头不确定度的来源分别分析了三板线电压测量随机效应产生的不确定度,D-dot探头和电阻分压器标定时的系统效应和随机效应产生的不确定度,示波器和衰减器的校准不确定度,示波器的分辨力不确定度。同时进行了测试和标定系统的频率响应分析,以证明被测信号在测试系统的频率响应范围之内。以相关实验数据为基础计算了各个不确定度分量、合成标准不确定度以及扩展不确定度。按工程测量要求取包含因子为2,可得三板线入口电压测量值为1.89 MV,扩展不确定度为3.9％。     

用于脉冲功率装置测量的混合式高压分压器

为准确测量脉冲放电电压,提出了固液混合式高压分压器的原理与结构,并进行了标定和实验测试。用简化模型分析了分压器系统的理想响应条件,讨论了两级分压的衰减特性,提出了控制误差的方法。通过负载标定,得到分压器脉冲电压频率响应大于2.9 MHz,最长脉冲宽度40 s,分压比(或衰减系数)为2.60 kV/V,测量误差小于5%。该高压分压器具有造价低、制作易,同时适于ns到s级脉冲电压的测量等优点,可以在实验室中得到应用。     

超宽谱短电磁脉冲电场标准装置溯源及不确定度评定

针对高功率超宽谱短电磁脉冲(UWB-SP)电场标准装置的可溯源性和不确定度进行了研究,完成了UWB-SP电场标准的溯源和不确定度评定。分析了向脉冲参数标准、S参数标准、长度标准等参量标准溯源的可行性,实现了通过间接量的溯源得到标准装置的不间断溯源链。研究建立了标准装置的电场不确定度评估模型,针对脉冲源输出电压不确定度、脉冲传输不确定度、标准装置机械工艺及装配不确定度等不确定度分量进行了评定,并对各不确定度分量进行了合成,得到了标准电场的合成扩展不确定度为8.4%。     

磁绝缘传输线电压的初步测量

针对快脉冲直线变压器驱动源装置上的真空磁绝缘传输线（MITL)电压测量的需求,开展了微分型电容分压器和电感分压器的设计、标定和实验。通过不同的电压值、负载阻抗的装置实验中探头输出结果的分析和比较,讨论了测量方法的可行性和适用范围。实验结果表明:微分型电容分压器能够应用于完全磁绝缘状态下的MITL电压测量,但容易受阴极电子发射的影响导致探头输出波形发生畸变。电感分压器受分布电容和电感的影响导致输出信号存在寄生振荡,采用波形重建的方法初步获得了合理的测量结果。     

一种在真空中测量脉冲高电压的电阻分压器

为测量快脉冲直线变压器驱动源（LTD）二极管负载的脉冲高电压,设计了在真空环境中使用的电阻分压器。分压器使用绝缘堆结构,采用静电场模拟分析了分压器的电场分布。建立了包含分布参数的等效电路,并进行了频率响应仿真,可得分压器的频响上限为200 MHz。使用标准高压探头对分压器进行在线标定,分压比标定结果为5 400∶1,与设计值相符合。在LTD调试实验中,模块充电85 kV时二极管电压为1.08 MV,与理论估算结果一致。     

火焰原子吸收光谱法测定饲料级硫酸锰中铅的不确定度评定

对火焰原子吸收光谱法测定饲料级硫酸锰中有害元素——铅含量的测定过程进行分析,按照测量不确定度评定的通用规则建立数学模型,计算了测量过程中的不确定分量,得出合成不确定度和相对扩展不确定度,达到了对其测量不确定度合理评定的目的。     

蒙特卡罗方法评定峰值检波器标定不确定度北大核心CSCD

针对高功率微波(HPM)脉冲测试用峰值检波器标定不确定度评估中测量函数非显式,直接测量量与被测量间概率分布传递困难等问题,研究建立了蒙特卡罗分析方法(MCM),利用有限带宽S参数网络时域响应计算原理建立了检波器标定系统的时域仿真模型,模型包含标定系统各微波器件S参数、检波电压、监测峰值功率等直接测量量,以及微波脉冲反射、叠加及传输延迟等物理过程。根据MCM原理对模型中各直接测量量引入特定分布的随机误差,通过重复计算,获得了检波器标定曲线的不确定度及其概率分布。     

火焰原子吸收光谱法测定工作场所空气中铜及化合物的不确定度评定

通过对火焰原子吸收光谱法测定工作场所中铜及化合物含量的测定过程分析,合理选择评定方法,简化并计算了测试过程中的不确定分量,计算出了相对合成不确定度和相对扩展不确定度,达到了对其测量不确定度合理评定的目的。     

快脉冲高电压大电流测量探头标定方法

基于脉冲形成原理提出了一种快脉冲高电压大电流测量探头的在线标定方法。利用闪光二号加速器输出线和二极管作为脉冲形成线,结合研制的低电感开关和负载,产生一个前沿小于3 ns、脉宽20 ns的准方波,对二极管电压测量探头微分型电容分压器和电流测量探头微分环进行了在线标定,得到测量探头在实际使用环境中的时间响应小于4 ns。该方法消除了非在线标定环境和实际环境无法统一对标定结果的影响,可推广应用于传输线型脉冲功率装置的探头标定。     

专用短程通信设备载波频率及最大发射功率测量不确定度分析

为使专用短程通信设备相关参数测量结果更加准确可靠,测量水平与质量得到提高,根据JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示,对测量不确定度评定的方法进行分析。以专用短程通信设备载波频率及最大发射功率的测量为实例,详述了误差来源分析、数学模型建立、不确定度分量合成、扩展不确定度计算等评定过程。通过本方法而得到的测量不确定度,对专用短程通信设备相关参数测量结果的质量有了比较可靠的保证,并可用于指导组建测试系统、配置测试设备、分析测试结果等。     

同轴快沿脉冲源研制与测试

 利用脉冲高压陶瓷电容器和高气压小间隙开关，研制了60 kV同轴式高压快沿脉冲源。利用自行研制的薄膜式电容分压器和同轴式电阻分压器对快沿脉冲源的输出参数进行测量，分析了薄膜式电容分压器的测试原理，对电容分压中二级电阻分压器元件的参数进行了优化。当脉冲源负载为50 W时，测得脉冲源输出电压的前沿小于2.3 ns，半高宽约28 ns，符合IEC电磁脉冲的最新标准。     

20 kV高压脉冲幅度校准装置设计

针对高压脉冲幅度的量值传递需求,开展了脉冲幅度1～20 kV、脉宽1～100μs的高压脉冲幅度校准装置设计。校准装置以高压MOSFET器件为核心,搭建多级Marx结构实现高压脉冲成型,同时通过截尾回路的设计缩短脉冲下降时间,实现矩形脉冲波形的输出。在Marx结构基础上开展装置整体设计,通过触发脉冲信号及高压直流电源电压调节脉宽与幅度,通过隔离电源及光信号保证了高压隔离强度。装置采用高准确度高压探头和数据采集卡构成校准装置的内部测试系统,其测量值作为校准装置的标准量值,经评定装置脉冲幅度不确定度为2%,并通过两台比对法进行了验证。采用其他多型高压探头对校准装置进行实验测试,结果表明与低压脉冲校准源测试相比,高压脉冲可明显有效地表征高压探头的性能及测量准确度,同时本装置也可作为高压脉冲发生器应用于脉冲功率领域其他用途。     

水介质自击穿开关放电参数测试

 在“闪光-Ⅱ”装置上进行了1 MV同轴型水介质多针自击穿开关实验研究。开关击穿电压1～1.5 MV，开关总电流200～550 kA，电脉冲的脉宽约150 ns，上升前沿约60 ns。每个开关间隙的放电电流和输入输出电压分别用Rogowski线圈和CuSO4水电阻分压器测试。介绍了分压器的设计和标定，分析了产生误差的原因。针对类似测试，提出几点完善措施：测试电流线圈要密封隔水；水电阻分压器的第1级分压的分压比不能过大；调节CuSO4溶液的浓度，使水电阻的阻值满足频率响应的要求；注意分压器的放置方式；分压器和电流线圈的输出电压设计要适中。     

测量强流电子加速器输出电压的电容分压器

研制了一种结构简单、拆装方便的自积分电容分压器,用于测量强流电子加速器二极管输出电压。介绍了电容分压器的结构,计算了其电容量,并通过仿真的方法分析了前端电阻及其杂散参数对测量波形的影响,结果表明:当前端电阻杂散电容较大时,测量波形出现过冲现象;而前端电阻对地电容较大时,会影响测量波形的前沿。将电容分压器用于测量强流电子加速器二极管输出电压,并运用水电阻分压器对其进行了标定,所测得波形与电阻分压器基本一致,分压比为563 007,可以用于测量半高宽为100 ns的高压脉冲。     

螺旋型Blumlein线的理论研究

 采用薄电流层模型讨论了螺旋型Blumlein线的一种结构，该结构由螺线体内筒、螺线体中筒和导体外筒构成。给出了假定外线独立传输电压波时的螺旋型Blumlein线特征参数的近似计算公式，并进行了简单的原理验证实验。理论计算得到的脉冲电压幅值为543 V、脉宽为24 ns，而实验中分流器测到的电压值为471 V、脉宽为30 ns。为了简化计算，理论计算中对外线独立传输的假设条件不严密，由此造成了与实验结果的差异。提出了Tesla变压器和螺旋型Blumlein线相结合的方案：内置高耦合Tesla变压器的单同轴线构成整个外线的一部分。设计结果表明：外径628 mm、总长2.67 m、充电800 kV的螺旋型Blumlein线可实现电压1.07 MV、功率1.53 GW、脉宽93 ns的脉冲输出，理论输出线能量转换效率50%。     

成像光谱仪绝对辐射定标技术研究

为了实现成像光谱仪绝对辐射定标,以高稳定均匀光源为基础,结合单色仪、大口径平行光管和标准辐射计,建立了一套绝对辐射定标系统。在绝对辐射定标系统上采用替代法标准辐射计标定出被测成像光谱仪入瞳面上的光谱辐射照度,通过获得被测成像光谱仪各像元的输出信号,计算得到各像元的光谱辐射照度响应度,从而实现成像光谱仪可见到远红外波段范围内的绝对辐射定标。实验验证成像光谱仪绝对辐射定标的不确定度优于5%。     

X射线荧光光谱测定地质样品中27种组分分析结果不确定度的评估

建立了一种X射线荧光光谱分析方法分析结果不确定度的评估模式。以大量有可靠值的硅酸盐类地质样品的偏振能量色散X射线荧光光谱的分析结果为研究对象,对27个组分分别采用浓度分段,分别评估不同浓度段内各个组分分析方法精密度引入的相对不确定度(n=6,一个浓度段内各水平相对标准偏差的平均值)和准确度引入的相对不确定度(一个浓度段内各个水平的相对偏差的相对标准偏差),依据误差传递理论,合成精密度和准确度分别引入的相对不确定度得到总的相对不确定度。这种基本模式可以解决一定浓度范围内常规大量类似基体未知地质样品不确定度评估难的问题,不必对每个未知样品的分析结果都进行不确定度的评估,可以从这种模式统计的结果中给出不确定度的值。这种评估模式是一种基本的具有实际应用价值的统计模式,可以为后续的不确定度评估的函数模式的建立提供有力的基础。但是该不确定度评估模式涉及的有可靠值的样品数量较多,难以简单应用到其他基体样品分析结果的不确定度评估。争取以本研究为基础尽快建立一种合理的数理统计函数模式以适用于不同类型样品X射线荧光光谱分析结果不确定度的评估。