小型场畸变气体开关的击穿抖动特性

基于高功率重复频率脉冲功率源的应用需求，研制了一种三电极场畸变结构气体火花间隙开关，并开展了重复频率条件下的触发特性研究。实验研究了场畸变火花间隙开关的触发特性随重复频率、气体成分、工作压强和工作系数的变化关系，计算了气体开关的触发击穿时延和抖动参数，分析了影响开关触发特性的主要因素。实验结果表明:气体开关触发击穿的抖动随着重复频率增加而增大；填充气体中SF₆和N₂体积比1∶1时，混合气体的综合性能较好；工作系数主要影响开关第二放电火花间隙(间隙2)的击穿抖动。     

亚纳秒气体开关工作特性

 设计了3种结构的同轴Peaking-Chopping组合型亚纳秒气体开关，以半导体开路开关脉冲源为实验平台，分别对它们的击穿特性进行了实验研究。结果表明：亚纳秒气体开关采用环形组合电极Ⅱ时，可以在1～500 Hz稳定工作，输出前沿400 ps、后沿320 ps、脉冲宽度460 ps和电压129.2 kV的脉冲。开关输出脉冲的前后沿、脉冲宽度和电压幅度与开关间隙、气压和重复频率等因素有关，亚纳秒气体开关在小间隙（1～2 mm）、高气压（约10 MPa）时具有良好的重频特性。在开关气压和输入脉冲幅度不变时，输入脉冲上升沿越快，开关的击穿时延越小，击穿电压越高。     

极不均匀电场下重复频率纳秒脉冲气体击穿实验研究

 实验研究了尖-板电极中，不同重复频率（10,100,500,1 000 Hz）、不同间隙(0.5,1 cm),不同气压（0.1～0.4 MPa）等条件下空气的绝缘特性。得到了击穿时延、重复频率耐受时间、施加脉冲个数等与施加电压、重复频率的关系。研究发现：在该实验条件下击穿时延随着场强与气压的比值减小而增加，但重频耐受时间和脉冲击穿个数并没有明显变化；随着重复频率的提高，击穿时延和重频耐受时间会减小，但脉冲击穿个数可能会增加；且重复频率条件下击穿的极性效应不明显；重复施加的脉冲产生大量的亚稳态粒子和残余电荷影响放电的发展过程；负离子的脱负或正离子碰撞阴极的过程，及亚稳态粒子的去激励作用给击穿提供了有效初始电子。     

可调间隙亚纳秒气体开关的优化设计

 对用于UWB-1系统的可调间隙亚纳秒气体开关进行了结构优化设计，并采用Ansoft软件分别对开关绝缘子和电极处的静电场进行了模拟。优化后的调节旋钮在实验调试中使用方便，能准确地测量开关间隙的大小。绝缘子结构优化后，局部场强集中点的最大场强降低为126.6 kV·mm^-1，低于理论击穿场强，满足了绝缘要求。对优化后的亚纳秒气体开关进行了高压实验，结果表明：绝缘子处没有击穿现象发生，开关工作稳定，输出脉冲的前后沿变快且脉宽变窄。系统重复频率5 Hz运行时，优化后的脉冲前后沿和脉宽分别比优化前减小了130，120和100 ps。系统重复频率100 Hz运行时，优化后的脉宽比优化前减小了150 ps，比重复频率5 Hz运行时只增加了30 ps。     

用于LTD模块的多间隙气体开关

针对800 kA,0.1 Hz重复频率LTD模块设计新的多间隙气体开关，要求在较高工作电压(高于80 kV)和较低工作系数(低于70%)下抖动优于2 ns。通过电场仿真分析，优化了气体开关电极形状。串联间隙从4个增加为6个，总间隙长度为36 mm，充电100 kV、触发100 kV时触发间隙场畸变系数为3.98。实验表明，新气体开关静态自击穿性能稳定，动态触发性能可靠。充电90 kV、工作系数60%时击穿延时40.1 ns，抖动1.3 ns。     

气体火花开关重复频率特性的实验研究

气体火花开关在重复频率脉冲功率技术中具有广泛的应用,影响气体火花开关绝缘恢复与重复频率工作性能的因素众多。实验研究了气体火花开关的能量沉积和气压对开关重复频率指标的影响,给出了气体火花开关绝缘恢复时间与气压及开关导通功率的关系式,初步分析了气体开关击穿通道在自然散热(不吹气)条件下,重复频率稳定工作的最高功率与重复频率指标、气压的关系。     

电场极化方向对自由空间电场测量的影响

介绍了自主研制的脉冲电场原始波形测量系统的模块组成与基本工作原理。针对在未知被测电场方向及复杂的电场环境下垂直干扰电场对自由空间电场测量产生的影响,通过建立自由空间电场测量系统前端的简化模型,对不同尺寸天线与屏蔽盒进行仿真计算。仿真计算结果与理论分析基本一致,结果表明:干扰电场响应信号与待测电场响应信号相差2个数量级以上,干扰电场的影响可忽略不计。     

位标器动平衡测试系统中相位测量的实现

提出了一种新的相位测量方法。该方法可准确检测从位标器陀螺仪输出的钟形光电脉冲信号峰值点的位置，并以其为时间基准点进行相位测量，同时判断被测2个信号之间的时间间隔以及超前与滞后关系。针对在现场中的干扰因素，提出了相应的解决措施。试验证明该方法电路简单，测量速度快，精度高，可靠性好。     

液体介质快脉冲电压下击穿特性研究

 设计了液体介质快脉冲击穿试验装置和电压电流测量系统，研究了重复频率、电极形状及电极间距与介质击穿场强、击穿电压和击穿时延等击穿特性参数的关系，比较了变压器油、十二烷基苯、蓖麻油三种典型液体绝缘介质在直流及快脉冲电压作用下的绝缘性能。结果表明：短脉冲持续时间下液体绝缘材料有异常高的击穿场强；重复脉冲串作用下的击穿场强比单个脉冲下明显减小，重复频率2 kHz时击穿场强减小了约30％；电极头半径大小对击穿也有影响，半径R＝5 mm时，击穿电压最高；击穿时延随击穿场强减小而变长，在其他条件相同的情况下，测得击穿时延随机波动；蓖麻油的快脉冲电压绝缘性能最好，变压器油次之。     

液体介质快脉冲电压下击穿特性研究

设计了液体介质快脉冲击穿试验装置和电压电流测量系统，研究了重复频率、电极形状及电极间距与介质击穿场强、击穿电压和击穿时延等击穿特性参数的关系，比较了变压器油、十二烷基苯、蓖麻油三种典型液体绝缘介质在直流及快脉冲电压作用下的绝缘性能。结果表明:短脉冲持续时间下液体绝缘材料有异常高的击穿场强；重复脉冲串作用下的击穿场强比单个脉冲下明显减小，重复频率2 kHz时击穿场强减小了约30％；电极头半径大小对击穿也有影响，半径R＝5 mm时，击穿电压最高；击穿时延随击穿场强减小而变长，在其他条件相同的情况下，测得击穿时延随机波动；蓖麻油的快脉冲电压绝缘性能最好，变压器油次之。     

光学信号互相关法烟气流速测量的研究

工业环境中的烟气流速测量是一个很重要的问题。研究了利用抗干扰能力强、能适应恶劣环境的非介入式的光学信号互相关技术测量烟气流速。利用光学传感器获取由烟气造成的光学闪烁信号,通过高性能数据采集卡进行数据采集和A/D转换,在计算机上编制软件,对由烟气造成的光学闪烁信号进行了互相关处理,求得了烟气流经上游和下游传感器的渡越时间,从而计算出了烟气流速值。通过风洞实验,比较了该方法与传统的皮托管法的测量结果,分析了流速反演方法存在的问题及解决方法。在此基础上获得了较为满意的结果。     

结合吸收光谱与互相关法的燃气速度测量方法研究

针对可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)基于多普勒效应测速方法在燃气流速测量中频移量小、误差较大的问题,提出了结合固定波长吸收光谱法与互相关法的燃气速度测量方法。考虑碳氢燃料燃烧产物特点,选取H2O分子7 185.597cm~(-1)吸收谱线,通过布置上下游两束固定波长吸收光谱测点,分析两信号的互相关特性来计算得到燃气速度。利用平面火焰炉实验系统对该方法测量燃气速度开展实验研究,获得了变工况下燃气速度随时间的变化情况。在相同工况下开展数值计算,将测量结果与数值模拟计算结果进行对比,相对偏差不超过8%。同时将该方法初步应用于煤油燃料火箭基组合循环发动机(RBCC)的高速羽流速度测量,获得了上下游探测器脉动信号,通过互相关分析计算得到了羽流速度,验证了该方法的可行性。实验结果表明,该燃气速度测量方法具有测量范围宽、测量精度高,环境干扰小等优点。提出的方法为发动机燃气速度测量提供一种简单可靠的测量方法。     

ϑ-Sensors: A new concept for advanced solid-state ionic gas sensors

A new principle of solid state electrochemical sensors based on the kinetics of controlled chemical reactions of the gas with the electroactive species of a solid electrolyte is presented and demonstrated for the measurement of CO₂ partial pressures. The reaction may be for many gases modified by the formation of intermediate product phases.A periodic voltage or current signal is applied to the electrolyte. The current corresponds to alternating chemical reactions at the electrodes in contact with the gas. The new concept avoids the often complicated application of reference electrodes and shows characteristic signals for different types of gases and allows in this way to overcome problems of cross-sensitivity. The experimental results show high accuracy with an approximately linear relationship between the current and the CO₂ partial pressure and also show extraordinarily fast response.     

Research on micro-vibration measurement by a laser diode self-mixing interferometer

The self-mixing vibration signals are observed in the laser diode when the optical beam is back-scattered into the laser cavity which causes laser output power modulated. Based on these properties, a laser diode self-mixing vibrometer with wide dynamic range is proposed. This current investigation further reports new work to improve the accuracy and range of the measured vibration signals. Numerical simulations and experimental results are given and discussed. The experimental results show that the frequency measurement range can be achieved up to 22 kHz with 0.241% maximum relative error while utilizing the reflecting film. For amplitude measurement utilizing the same reflecting film, the error of measurement result is 4.77 nm which has approached nanometer order of magnitude.     

Major elements analysis in bituminous coals under different ambient gases by laser-induced breakdown spectroscopy with PLS modeling

Three major elements, carbon, hydrogen, and nitrogen, in twenty-four bituminous coal samples, were measured by laser-induced breakdown spectroscopy. Argon and helium were applied as ambient gas to enhance the signals and eliminate the interference of nitrogen from surrounding air. The relative standard deviation of the related emission lines and the performance in the partial least squares (PLS) modeling were compared for different ambient environments. The results showed that argon not only improved the intensity, but also reduced signal fluctuation. The PLS model also had the optimal performance in multi-element analysis using argon as ambient gas. The root mean square error of prediction of carbon concentration decreased from 4.25% in air to 3.49% in argon, while the average relative error reduced from 4.96% to 2.98%. Hydrogen line demonstrated similar improvement. Yet, the nitrogen lines were too weak to be detected even in an argon environment which suggested the nitrogen signal measured in air come from the breakdown of nitrogen molecules in the atmosphere.     

喇叭有效口径渐变法测量高功率微波天线近场气体击穿

 设计了喇叭有效口径渐变法测量高功率微波气体击穿的实验方案,通过连续改变喇叭的有效口径改变天线近场的电场强度,使微波传输达到气体击穿的条件。介绍了实验原理及诊断方法,进行了L波段的高功率微波天线近场空气击穿实验,分析了实验中得到的典型波形。结果显示:脉宽30 ns、L波段的微波在0.4×105 Pa空气中击穿阈值为33.9 kV/cm。实验现象与设计吻合,验证了该方案研究微波气体击穿的可行性。     

洛埃镜干涉微小尺度测量系统的研究

设计了一款利用洛埃镜干涉进行微小尺度测量的系统。该系统利用机械的杠杆原理,将微小尺度的改变反映在镜面与光源的垂直距离上,相当于改变洛埃镜干涉系统中光源与虚光源之间的间距,从而干涉条纹的宽度将相应的发生变化。利用光电池将光信号转化为电信号,并通过信号的放大和模数转化,最终在计算机上显示干涉条纹。通过相应的测量公式就可以得知待测物体的微小尺度。对标准塞尺的测量结果显示,该系统具有精度高,操作简便,测量迅速等优点。     

光纤气体传感器解调方法的研究

利用可调谐激光光谱技术并结合二次谐波检测的波长调制方法对气体浓度进行检测，大大提高了检测灵敏度.然而光的传输和电路自身延时都会产生未知的相位延时，含有气体浓度信息的被测信号和二倍频参考信号的相位差变化严重影响二次谐波信号测量结果.本文设计出一种4路乘法锁相解调电路，设计中分别用正弦信号和余弦信号对被测信号进行解调，经积分电路后得到两路分别与相位差的正弦值和余弦值相关的解调信号.将两路解调信号平方，再通过加法器相加后消除相位差，得到完全与相位差无关的幅值信号.实验证明当被测信号相位在0°—90°变化时，解调 关键词： 可调谐半导体激光吸收光谱 波长调制 解调电路 相位差     

激光干涉任意转角测量信号的获得及误差补偿技术

采用信号处理的方法对激光干涉测角系统的特性进行线性化处理,需要产生两路正交信号。采用空间互相垂直的两套干涉系统获得信号难免会使系统复杂、调整困难,因此提出了一种插值处理方法,可以利用测量得到的一路信号获得线性输出信号。输出信号的非线性误差较处理前大大减小了,但是无法满足高精度测量的要求。还提出了针对误差产生的原因进行的误差补偿技术。实验结果表明,提出的方法可以实现任意转角的高精度测量,光程差的测量误差小于±0 2μm,对应的转角测量误差为0 63″。