飞秒激光引导高压放电下的SF_6等离子体时间分辨光谱特性

SF_6作为气体绝缘介质广泛应用于气体绝缘设备中,其电弧等离子体得到广泛研究,但对SF_6电弧等离子体时间分辨光谱特性的研究还未见报道.本文在SF_6环境中利用飞秒激光自聚焦产生的光丝引导高压放电,诱导产生SF_6等离子体;利用光谱系统采集300—820 nm波长范围内的SF_6等离子体光谱,对光谱谱线开展了识别和归属研究, S和F谱线主要分布在300—550 nm和600—800 nm波段,分析认为S和F原子主要由SF_6被高能电子碰撞直接或间接产生, S离子由S原子被高能电子撞击产生.给出了SF_6等离子体的时间分辨光谱,等离子体光谱强度先增大后减弱,均由带状光谱和分立光谱叠加而成,带状光谱主要是由轫致辐射和复合辐射共同作用导致,基于时间分辨光谱得到了部分S和F的荧光寿命.给出了电子温度和电子密度随时间的演化规律,二者演化规律基本相同,且都随延迟时间呈指数衰减.最后,利用Mc Whirter准则得到SF_6等离子体处于局部热平衡.研究结果对于开展SF_6分解机理和高压设备运行状态在线监测技术研究具有重要意义.     

SF_6气体及其衍生物的红外光谱分析

SF6气体大量应用于气体绝缘组合电器(GIS)中。通过化学方法检测SF6气体及其衍生物是检测GIS设备故障的一种重要方法。该文采用红外光谱技术分析了三种情况下的GIS设备内SF6气体组成情况,得出S2F10气体含量可以用来分析GIS故障原因是否为强火花或者电弧放电引起;CF4气体可以用来表征GIS设备内绝缘气体的绝缘状态。另外,研究表明,GIS设备在线运行时,绝缘气体气室密封失效、造成气体泄漏,引入新的气体杂质的问题比较严重。所以在进行GIS设备维护工作时,绝缘气室的密封维护工作十分重要。文章在研究GIS设备绝缘气体SF6红外谱图的基础之上提出了建立基于红外光谱技术的GIS设备故障诊断专家系统的意见。     

基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术研究进展

激光诱导击穿光谱技术是一种新型的原子光谱分析技术,具有实时快速、 多元素同时分析和样品预处理简单等特点,从一出现便受到研究人员的广泛关注,但分析灵敏度差一直是限制该技术发展的重要因素。基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术将原子荧光光谱技术和激光诱导击穿光谱技术结合,对目标元素进行选择性激发,可以大幅提高激光诱导击穿光谱技术的分析灵敏度,极大地拓展了LIBS技术在痕量元素检测领域的应用。本文综述了基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术的研究进展,介绍了激光诱导等离子体中荧光光谱的产生过程以及基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术的基本类型和基础原理,详细分析了烧蚀激光能量、 共振激发激光能量和波长、 烧蚀激光和共振激发激光之间的延时以及光谱采集门宽对光谱增强效果的影响,阐述了其在冶金、 环境监测、 同位素检测等领域的应用现状和存在的问题,并对其未来发展前景进行了展望。     

放电等离子体高精度空间分辨光谱测量方法

放电等离子体光谱技术及激光诱导击穿光谱技术由于实验系统相对简单、信号强,很早就被应用于组分测量领域。由于自由放电在时间和空间上都具有随机性,这使得放电等离子体空间分辨光谱的精确测量变得十分困难;而激光诱导击穿光谱技术又局限于点测量。介绍了一种基于飞秒激光诱导的放电等离子体一维空间分辨光谱的高精度测量方法。飞秒激光自聚焦可以形成一段丝状弱等离子体通道,将该等离子体通道靠近高压直流脉冲电极时,可作为高压电极放电的触发源。这种触发方式可在规定的时刻触发高压电并诱导其沿着等离子体通道的路径击穿气体。实验多次测量放电开始时刻与激光到达时刻的时间间隔的波动小于0.01μs,证实了使用本方法诱导高压放电具有很高的重复性。由此可知,利用飞秒激光自聚焦成丝产生的弱等离子体通道诱导高压放电,可实现对高压放电的空间和时间的精确控制,进而可以采集放电等离子体通道的一维空间分辨光谱。实验结果表明,在喷管结构主导的流场环境中,由于喷管中纯N_2与喷管外空气的组分不同,在高空间分辨光谱中,可以清晰地看到一维等离子体通道上不同位置的组分浓度变化情况。在一维空间分辨光谱中将N~+和O光谱信号强度与N_2和O_2的浓度进行关联,可实现流场组分的一维在线诊断。该方法不仅具有纳秒激光诱导击穿光谱技术的相同优点,还具有一维空间分辨能力,在组分一维精确测量方面极具优势。同时,该方法还有望实现高时间分辨测量,对研究放电等离子体的时空演化过程具有重要的意义。     

燃烧产物组成激光诱导荧光光谱的测量

对激光诱导荧光（LIF）光谱技术在燃烧过程中的应用进行研究，介绍测量燃烧过程中常见自由基OH和NO的LIF光谱的实验方案，以及采用激光诱导荧光光谱技术测量小分子荧光光谱的方法，利用YAG激光器、染料激光器、CO2激光器、光谱仪、ICCD等设备对燃烧产物中常见小分子自由基OH和NO进行了测量，从实验中得到了自由基OH和NO的荧光光谱。实验结果表明，荧光光谱与激发波长无关，但是激发波长改变后，荧光强度因离开最佳波长而有所下降，这符合分子荧光光谱的特征。与其他光谱技术相比，激光诱导荧光光谱技术具有极高的选择性和灵敏度。     

样品温度和空间约束两种方法相结合对激光诱导击穿光谱的影响

升高样品温度和采用空间约束能提高激光诱导击穿光谱的信号强度,两种技术的结合可以进一步提高激光诱导击穿光谱的光谱强度.本文在空气环境中研究了升高样品温度和空间约束效应两种方法相结合对激光诱导击穿光谱的影响,测量了激光诱导铝等离子体的时间分辨光谱.实验结果表明:升高样品温度能增加激光诱导击穿光谱的信号强度,高温样品能耦合更...     

基于激光诱导击穿光谱技术定量分析食用明胶中的铬元素

利用激光诱导击穿光谱技术对食用明胶样品中的铬元素进行定量分析.采用Nd:YAG脉冲激光器三倍频输出的355 nm激光诱导击穿食用明胶产生激光等离子体,测量等离子发射光谱.实验数据表明:使用内标法定量分析食用明胶样品中铬元素浓度分别为10—200 ppm(1 ppm=10-6)时,铬元素含量与分析谱线(CrI:245.43 nm)强度之间具有很好的线性关系.分析了光谱探测延迟时间对明胶中铬元素激光诱导击穿光谱的影响,利用信号强度与信噪比获得了优化的光谱探测延迟时间实验参数.     

激光共焦LIBS显微成像系统的研制

针对复杂形貌样品微区化学成分难以表征的难题,研制了一套激光共焦诱导击穿光谱(LIBS)显微成像系统。该系统利用反射的连续激光构建高空间分辨的激光共焦显微系统,实现样品的精准定焦及三维形貌测量;利用共光路脉冲激光诱导激发等离子体光谱信号,实现样品微区全元素探测,进而实现具有高空间分辨、抗漂移特性的三维LIBS显微元素成像。实验表明,该系统可以实现横向分辨率为10μm的多元素图谱成像,系统光谱探测的合成不确定度为2.24%。该系统结合形貌信息和LIBS光谱信息实现三维图谱成像,为生物组织、微纳材料等复杂形貌样品的化学表征提供了新的有效途径。     

激光诱导击穿空气等离子体光谱及半经验理论模拟

利用Nd∶YAG激光器输出的1 064 nm激光进行了激光诱导击穿空气光谱实验,测量了空气等离子体的时间分辨光谱。基于局域热动力学平衡模型,建立了模拟激光诱导击穿光谱的方法。对700~900 nm波段的空气等离子体光谱进行了模拟。通过模拟结果与实验结果的比较,进一步估算出了空气中氮、氧和氩的相对含量。     

放电辅助激光溅射气相金属化合物分子和离子的产生装置

结合脉冲放电气体束和激光溅射技术,开发了一套产生气相金属化合物分子和离子的装置。利用飞行时间质谱测试了金属铜靶与不同气体反应的离子产物和效率,并利用激光诱导荧光光谱方法测量了自由基分子产物的状态。测试结果表明,该装置可有效产生气相金属化合物自由基分子和离子,而且产物转动温度低,为下一步开展高精度金属化合物分子自由基电子态激光光谱研究打下了基础。     

激光诱导击穿光谱鉴别硫熏浙贝母

探究了应用激光诱导击穿光谱（LIBS）结合化学计量学方法鉴别硫熏浙贝母的可行性。采集了未经硫熏、轻度硫熏和重度硫熏的浙贝母样本的LIBS光谱,使用小波变换和归一化对原始光谱进行预处理后,分别建立了基于全波段（400.41～871.65 nm）和基于特征波段（400.41～600.02 nm）的支持向量机（SVM）、极限学习机（ELM）和随机森林（RF）的鉴别模型。结果表明：基于特征波段建立的三类模型的性能均与基于全波段建立的模型保持一致或更优,说明特征波段的提取是有效的。基于特征波段建立的模型中,SVM模型性能最优,建模准确率和预测准确率分别达到了100%和95.83%。综上所述,应用LIBS技术结合特征波段提取和化学计量学方法鉴别不同程度硫熏的浙贝母是可行的,且具有快速、简便、多元素同时分析的优势,可为鉴别硫熏中药材提供依据,有助于建立中药材质量检测与分级评定系统。     

CuO掺杂C3N对C5F10O分解组分吸附性能的第一性原理研究

全氟五碳酮（C5F10O）作为可替代SF6的新型环保绝缘气体已被投入到实际应用中. 在绝缘设备内部不可避免的会发生局部放电等故障,造成C5F10O绝缘气体分解产生弱绝缘性能甚至剧毒的分解组分,为保证绝缘设备的安全运行,在不影响气敏传感器正常检测绝缘设备内部故障的情况下,需对这些分解组分进行有选择地吸附去除. 新型类石墨烯C3N材料在气体吸附领域具有良好的应用前景,文中基于第一性原理计算了CuO分子掺杂C3N对主要分解组分CF4、C2F6及剧毒产物CF2O、HF的吸附过程,计算并分析了各分解组分吸附时的吸附能、态密度、电荷转移量、差分电荷密度以及不同环境温度下的恢复时间. 结果表明,CuO-C3N对HF表现出良好的吸附性,CF2O次之,但其无法吸附CF4与C2F6,因此CuO-C3N可以作为一种高性能的气体吸附剂对C5F10O绝缘设备内的剧毒分解组分HF进行吸附去除.     

±100 kV气体轨道开关击穿特性

研制了一种用于快Marx发生器的三电极场畸变结构的气体轨道开关,针对3种不同的绝缘介质N2、干燥空气和SF6/Ar混合气体开展了轨道开关的自击穿特性和触发特性研究。结果表明:轨道开关的自击穿电压与气压基本呈现线性关系,并且在相同实验条件下,相对于N2和干燥空气,当绝缘介质为SF6/Ar混合气体时,轨道开关具有工作电压范围宽、工作系数低、触发击穿延时短、抖动小的优点。采用数码相机拍摄了开关导通过程中形成的放电通道积分图像,初步研究了绝缘介质、电流大小等因素对开关形成多通道的影响。结果表明:提高触发电压、充电电压和放电电流及采用SF6/Ar混合气体均能够有效增加放电通道数目。     

基于WSN和STM32处理器的数字存储式测试记录仪设计

为满足电工绝缘材料和电气设备绝缘系统耐电压击穿实验测试过程准确测量并显示试样上的电压值以及近距离无线传输的需要,研制一种数字存储式测试记录仪。以STM32F103嵌入式处理器为核心,采用线性插值方法计算被测信号有效值,利用ZigBee模块实现近距离无线传输从而构成WSN网络。经仿真及实验表明,所述测试方法和测试记录仪满足设计要求,并在报文校验出错时可通过请求数据重传,解决击穿产生的强电磁干扰对无线数据传输的数据错误。     

Cantilever enhanced photoacoustic spectrometry: Quantitative analysis of the trace H2S produced by SF6 decomposition

As one of the key characteristic components that result from sulfur hexafluoride (SF₆) decomposition in SF₆ gas-insulated equipment, hydrogen sulfide (H₂S) can reflect the severity of the internal insulation faults and indicate whether or not such faults involve solid insulation material effectively. The decomposition of SF₆ and its reaction with other impurities to form H₂S are simulated in this study via Materials Studio. The simulation verifies that H₂S is generated only when serious faults occur in the equipment; thus, the online monitoring of the trace H₂S is highly necessary. To achieve a high detection accuracy and avoid cross interference, the spectral line R (8) of the H₂S ν₁ + ν₂ + ν₃ co-frequency absorption band is taken as the absorption line for the gas detection by online simulation based on the HITRAN on the Web. In addition, this study develops a cantilever-enhanced photoacoustic spectrometry trace gas detection platform and conducts experimental research on the quantitative detection of trace H₂S/SF₆ and H₂S/N₂. Experimental results show that the detection sensitivity of the detection platform to trace H₂S under the background gas N₂ and SF₆ is 0.84 and 1.75 μL/L, respectively, and a strong linear relationship exists between the trace H₂S concentration and its corresponding PA signal. Moreover, based on both the theoretical simulation and experiment, the influence of temperature and pressure on the detection platform is discussed and analyzed. The results indicate that the change in the PA signal amplitude decreases with an increase in the pressure or temperature of the PA cell, and the detection platform is more sensitive to pressure.     

The norms and variances of the Gabor, Morlet and general harmonic wavelet functions

This paper deals with certain properties of the continuous wavelet transform and wavelet functions. The norms and the spreads in time and frequency of the common Gabor and Morlet wavelet functions are presented. It is shown that the norm of the Morlet wavelet function does not satisfy the normalization condition and that the normalized Morlet wavelet function is identical to the Gabor wavelet function with the parameter σ=1.The general harmonic wavelet function is developed using frequency modulation of the Hanning and Hamming window functions. Several properties of the general harmonic wavelet function are also presented and compared to the Gabor wavelet function. The time and frequency spreads of the general harmonic wavelet function are only slightly higher than the time and frequency spreads of the Gabor wavelet function. However, the general harmonic wavelet function is simpler to use than the Gabor wavelet function. In addition, the general harmonic wavelet function can be constructed in such a way that the zero average condition is truly satisfied. The average value of the Gabor wavelet function can approach a value of zero but it cannot reach it.When calculating the continuous wavelet transform, errors occur at the start- and the end-time indexes. This is called the edge effect and is caused by the fact that the wavelet transform is calculated from a signal of finite length. In this paper, we propose a method that uses signal mirroring to reduce the errors caused by the edge effect. The success of the proposed method is demonstrated by using a simulated signal.     

基于小波包能量熵和Fisher判别的油纸绝缘老化拉曼光谱诊断

准确诊断油纸绝缘材料的老化程度是保证油纸绝缘设备安全运行的重要技术手段。拉曼光谱在物质成分分析及状态诊断领域已经普遍应用。结合实验室搭建的油纸绝缘拉曼光谱分析平台，根据绝缘纸的平均聚合度将加速热老化实验获得的油纸样本分为四个老化阶段。通过对不同老化样本拉曼光谱所包含的能量信息分析，运用小波包能量熵提取特征量，结合Fisher判别法构造判别函数，建立基于拉曼光谱老化特征量的油纸绝缘老化诊断模型，并收集现场变压器油样验证诊断模型的泛化能力。结果表明，两个判别函数能区分不同老化阶段的绝缘油样，对于老化样本的判别正确率达到84.2%。拉曼光谱结合小波包能量熵和Fisher判别分析法能够有效地对油纸绝缘老化状态进行诊断。     

小波能量积累器在信号处理中的应用

根据小波变换的多尺度分解特性,提出了多尺度小波能量积累器的概念,并给出了相应的多尺度小波能量积累算法,将信号在不同分解尺度上的小波能量进行积累。在此基础上设计出一种适用于各种雷达,尤其是微波雷达弱信号处理的小波能量检测算法,对低信噪比信号检测进行了仿真实验。结果表明,该检测算法对强白噪声及强色噪声背景下的低信噪比信号的检测非常有效。     

空气和SF6气体击穿对微波传输的影响

通过喇叭有效口径渐变法进行了L波段、脉宽30 ns的高功率微波空气以及SF6气体击穿实验,给出了实验中得到的典型波形,分析了空气以及SF6气体击穿对微波传输的影响。实验表明:空气击穿产生等离子体对微波传输的影响主要表现为对微波功率的反射,使微波脉宽变窄,而SF6击穿则主要体现为对微波功率的吸收,使峰值功率降低。关键词: Abstract:Key words: