基于FPGA的EAST高压隔离光纤设备设计

EAST全超导托卡马克装置在实验过程中失超探测电压对地会有几千伏的高压,系统设计时要求失超探测器件能够承受10 kV的对地耐压,同时和后续控制系统有效隔离。原高压隔离光纤设备为V/F-F/V设计,在小信号测量和电压过零时噪声大,满足不了本系统的精度需求;另外原高压隔离光纤设备为纯模拟电路设计,无法实现信号的数字化处理,为此开发出一款基于FPGA的新型高压隔离光纤设备;同时为了安全可靠使用方便,还增加了过压过流防护和故障报警等功能。主要介绍新型高压隔离光纤设备的架构、控制、功能设计及性能提升后台面测试、实验测试结果。     

电磁轨道发射装置隔离式分压器

研制了一套用于测量电磁发射装置轨道电压信号的隔离式分压器,实现了测量回路与被测回路之间的电隔离,简化了电磁发射装置测试系统的复杂性。并对影响隔离式分压器频率响应的元件参数进行了参数扫描,结果表明:研制的分压器在-3 dB区间的频率响应范围为14 Hz~18 MHz,满足电磁发射装置轨道电压信号的测试要求。使用P6015A高压探头进行比对标定,输出信号的前沿约1s,频率响应满足电磁轨道发射装置轨道电压信号的测量要求。同时用隔离式分压器及电阻分压器测量轨道电压信号,两者波形符合较好。     

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。     

BEPC静电分离器分路阻抗和功率损耗研究

通过测量BEPC静电分离器各主要模式的分路阻抗,分析了BEPC运行过程中静电分离器的高压电缆隔离层不时烧化的原因,同时对BEPC流强进一步提高时静电分离器中的功耗进行了计算.     

活塞圆筒容器中铁磁居里温度的一种测量方法

 本文介绍了在活塞-圆筒型装置中建立的高压下原位测量居里温度的方法。采用简单的测量电路，不需要锁相放大器等精密仪器，系统仍具有较高的灵敏度，足以满足测量小样品的要求。合理的高压组装结构保证了测量的成功率。实验结果表明，测量的重复性误差小于±1 ℃。     

一种脉冲高电压测量探头的地电位隔离方法

 为了消除脉冲功率装置放电时地电位抬升对测试系统造成的影响,在测量探头和测量设备之间使用了共模电感。对等效电路进行了仿真分析,结果表明：对于探头输出的信号,该共模电感等效为传输线;对于共模信号等效为一个较大的电感,可以实现探头地电位隔离。共模电感使用绕制在磁芯上的同轴电缆制作,并进行了快脉冲信号传输和地电位隔离效果实验。实验结果与理论分析一致。该共模电感的响应时间为5.4 ns,隔离了约10 kV的脉冲高压,确保了示波器的安全运行。     

HL-2A高压电源测量系统的研制与应用

分析并设计了分压器的参数,采用高频无感釉膜电阻制作分压器,与基于压频转换的光纤隔离技术相结合,组成了HL-2A用高压电源测量系统。同时将数字信号处理芯片用于光纤转换环节,实现压频型A/D转换,简化线路,提高数据传输速度和信号干扰能力。该高压测量系统已运用于HL-2A装置的长脉冲（5 s）放电实验,结果表明:该系统不仅实现了DC 80 kV高压电源的高低电位完全隔离,而且所测量电压波形真实反映了电源的输出,为反馈系统和保护系统提供了实时电压数据信号。     

双弹光调制广义偏振测量的数字锁相数据处理研究

针对高精度、快速实时的偏振测量需求,提出了一种双弹光差频调制的偏振参量测量方法。对偏振测量原理进行了详细分析,针对双弹光调制器工作控制及信号解调需求,设计了基于数字可编程逻辑门阵列(FPGA)的多通道数字锁相数据处理方案。FPGA提供一定频率占空比的脉冲宽度调制波(PWM),经高压谐振电路输出正弦高压驱动弹光调制器工作,与此同时,探测器探测到的调制光信号经模数转换器(ADC)采集后进入FPGA中。FPGA提供本地参考信号完成多个频率信号的同时解调,进而单次测量便可得到4个斯托克斯分量。搭建了实验系统进行了实验验证,利用旋转1/4波片法建立了偏振产生装置,实现了对线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光的测量。实验结果表明,系统测量的相对误差小于0.8%,重复性标准差小于0.2%,单次测量时间小于200ms,实现了高精度、重复性好、实时的偏振测量。     

晶体大小分布对高压下岩石纵波速度影响的初步研究

 对化学成分、矿物成分、矿物含量及矿物定向性相近的4块新生代粗面玄武岩样品进行了橄榄石晶体大小分布和高压条件下纵波速度测量，讨论了晶体大小分布对高压条件下岩石纵波速度测量的影响。初步认为，如果岩石中有94%的矿物颗粒小于0.54 mm，那么，在高压条件下使用谐振频率为1 MHz的换能器（PZT）测量的岩石纵波波速不受岩石中矿物晶体大小分布的影响，所得的岩石纵波速度实验测量结果可以严格地与地球物理资料进行对比。     

300 kV高压脉冲发生器

介绍了脉冲X光机驱动源300 kV高压脉冲发生器的研制,高压脉冲发生器选择双边充电回路的Marx发生器结构,采用紫铜火花隙开关和隔离电感为发生器的结构元件,低感陶瓷电容为储能元件,这种结构不仅减小了回路电感,同时实现了脉冲发生器的小型化与模块化。所设计的高压脉冲发生器在75 负载上获得脉冲半高宽小于等于100 ns、幅值200～300 kV可调的输出电压。高压脉冲发生器内可直接安装X光管也可通过高压电缆与X光管连接,很好地满足了X光机的需要,研制的高压脉冲发生器具有性能稳定、结构紧凑、使用方便等特点。     

非完全消解-火焰原子吸收光谱法测定山药中微量元素

建立了快速测定山药中微量元素的火焰原子吸收光谱法。以非完全消解法处理样品,测定结果的相对标准偏差小于1.6%,测定结果与灰化法一致,相对误差小于2.3%。本方法耗时短,酸用量少,能够快速准确的测定山药中的钙、镁、铁、钾、锌。     

测量电子束流的小型法拉第筒

介绍一种测量束流强度不大于50kA,能量不超过0.8MeV的小型法拉第筒。经标定,此法拉第筒上升前沿小于6ns。已用于契伦柯夫自由电子激光的传输束流测量。     

触发预电离一体化脉冲氙灯电源设计

采用高压触发预电离为一体+脉冲形成网络触发氙灯的技术路线,分别设计了脉冲氙灯电源系统中高压触发、预燃电流维持两个功能单元。根据脉冲氙灯160mm×9mm、极间距70mm的技术指标,成功设计了一台具有手动和电脉冲触发功能的方波脉冲氙灯电源。氙灯充电电压300~900V可调,光脉冲宽度为150μs±20μs,光脉冲上升时间不超过90μs,触发延迟不超过90μs,触发抖动在±2μs范围内。给出了单次触发情况下脉冲氙灯电源输出的实验结果,验证了所采用的设计原理和技术方法的可行性。     

A new method to measure the ultrashort pulse laser time jitter using autocorrelator

The power spectrum method to characterize mode-locked laser time jitter less than tens of femtosecond faces challenges from both the noise of the reference oscillator and the photodetector conversion rate. A method using autocorrelator to measure the time jitter probability density function is suggested. Theoretical analysis and numerical simulation indicate that the time jitter less than 30 fs can be measured correctly by high accurate autocorrelator.     

[111]晶向银纳米杆结构稳定性的分子动力学研究

采用三维分子动力学模拟方法和Finnis-Sinclair型多体势,以[111]晶向银纳米杆为研究对象,模拟研究不同尺寸纳米杆在不同温度弛豫过程中的动态平衡变化过程,分析研究弛豫后银纳米杆的稳态结构变化、平均势能的变化及其在不同时刻结构的演变过程.结果表明,温度对银纳米杆结构稳定性将产生重大影响,银纳米杆存在一临界失稳温度,当温度小于临界失稳温度时,体系保持完好线状晶态,当温度大于临界失稳温度小于熔点时,体系坍塌熔化后发生重结晶,体系形成由(111)和(100)面围成的多面体;随银纳米杆截面尺寸增大,其临界失稳温度、熔点均增大,当截面尺寸大于2 nm时,临界失稳温度趋近于熔点,失稳现象只在一很窄温度区域内存在.     

Differential thickness measurement using a polarization interferometer

A method for measuring the differential thickness of a thin film using a polarization interferometer is described. Theoretical estimation shows that the measurement error is less than 0.1%. Experiments performed on a PZT sample indicate high sensitivity and excellent linearity of the system. PZT expansions ranging from 300 nm to less than 1 nm could be measured with a precision better than 0.1 nm.     

近红外光谱法快速测定车用汽油中多种添加剂含量

为解决汽油中添加过量含氧化合物和未列入国家产品标准的添加剂化合物快速检测技术问题,提出了一种近红外光谱结合斜投影算法实现汽油中添加剂含量的快速分析方法。实验选用了四种不同种类的无氧汽油,包括调和汽油、FCC精制汽油、重整汽油和脱硫汽油,配制不同浓度、不同种类的添加剂化合物的系列汽油样品,使用傅里叶变换近红外光谱仪测定其近红外光谱,采用斜投影算法将被测添加化合物光谱信号从汽油光谱信号中分离出来,建立一元回归的标准工作曲线。预测分析中,根据分离的被测化合物光谱和标准工作曲线计算被测样本的添加化合物含量。此方法测定结果与真实含量之间绝对偏差小于0.8,相对偏差小于8%,用于实际汽油样本,此方法与气相色谱标准方法测定结果之间的绝对偏差小于0.85,相对偏差小于6.85%。本方法有效地解决了一般化学计量学多元校正方法建模维护工作量大,模型稳健性差的问题。对开发适合现场油品快速检测和有效加强我国汽油质量监管力度具有重要意义。     

Rydberg transition frequencies from the local density approximation

A method is given that extracts accurate Rydberg excitations from density functional calculations in the local density approximation, despite the short-ranged potential. For the case of He and Ne, the asymptotic quantum defects predicted by the calculations are in less than 5% error, yielding transition frequency errors of less than 0.1 eV.     

一种基于特征点间线段倾角的姿态测量方法

基于目标特征点间线段倾角信息,提出了一种适合于目标远距离成像和相机内参未知条件下解算目标姿态的目标3维姿态测量方法.采用仿真图像对该方法的正确性进行了验证.实验结果:姿态测量误差绝对值均值小于0.6°,且目标成像尺寸为350pixel时,姿态测量误差绝对值小于0.5°.实验表明该算法具有较高解算准确度和较强的收敛性.     

光学元件表面的数字全息检测

针对球形光学元件的表面质量检测,开发了一种基于数字全息的表面曲率参数及疵病的同步检测方法。利用最小二乘法对再现波前进行参数拟合和计算,解决了再现过程中倾斜因子补偿对测量可靠性造成的影响。通过将原始数据与生成的虚拟曲面相减实现了表面疵病信息的同步提取。实验证明,该方法的测量结果与白光干涉仪的测量差异小于1.5%,在不同倾斜因子补偿系数作用下的测量结果误差小于1%。