同轴脉冲形成线振动环境适应性优化设计

以带有悬臂结构的同轴脉冲形成线为研究对象,开展提高振动环境适应性的优化设计。首先,通过实际工况分析及仿真计算,确定形成线内筒的盲孔螺钉可采用的防松措施有:使用施必劳螺纹并涂抹防松胶;优化螺钉数量。其次,通过仿真分析和绝缘试验,优化尾端绝缘子材料,提高悬臂支撑的中内筒连接刚度。最后,开展振动试验考核,优化后的形成线等效件可以通过长时间的振动考核,相比优化前的振动环境适应性有很大提高,验证了优化设计的有效性。该研究结果对同类型脉冲功率源的振动环境适应性设计具有参考意义。

基于弹道亏损形状特征的堆积脉冲识别方法

识别与拒绝堆积脉冲是提升高辐射环境下X荧光光谱性能的有效方法。本文提出一种堆积脉冲甄别方法,该方法首先将原始脉冲成形为三角脉冲和梯形脉冲;然后计算其幅度比值,该比值称为时不变脉冲形状标签(TIPS);最后通过TIPS的大小判别脉冲是否堆积。这种方法不需要测量脉冲宽度,且不受脉冲幅度变化的影响。与逆锯齿波成形器相比,三角脉冲成形器能更有效地抑制TIPS展宽,从而有利于甄别堆积脉冲。在1.22×10^(6)s^(-1)通过率下,使用该方法识别铅黄铜样品中堆积脉冲。结果表明,当非堆积脉冲损失率为15%时,准确率、召回率及F1得分分别提升到73.55%、78.75%和76.06%,铜的Kα峰峰总比提高到76.60%。本文提出的方法可以有效识别堆积脉冲和提高能谱的峰总比。

亚纳秒重频脉冲信号源设计与实验

亚纳秒前沿、数百伏幅度、近似高斯单周波的重频窄脉冲信号源在超宽带探测、电磁兼容测试等领域有着十分广泛的应用。设计了一种全固态Marx电路结构型重频脉冲信号源,选用云母电容、雪崩三极管、贴片电阻、电感等元器件,根据信号输出要求优化印制电路板(PCB)布局及微带线结构,调整匹配电路元件参数,在50Ω电阻负载上获得了脉冲峰值约1 kV、脉宽约650 ps、前沿约450 ps、后沿约700 ps的单极性负脉冲信号,脉冲波形前后沿相似且光滑陡峭,实现了10 kHz重频输出,波形峰值抖动和半高宽抖动均小于10%。

猝发重频高压大功率脉冲充电电源研制

针对电感隔离型重频Marx发生器的充电需求,研制了一台猝发重频高压大功率脉冲充电电源。该电源采用直流电源+储能电容+晶闸管开关+脉冲变压器的技术路线,设计指标为充电电压为90 kV,充电电流1 kA,充电重复频率1 Hz~100 Hz可调,猝发工作时最大充电次数为5次。首先介绍了充电电源的工作原理,进行了电路参数计算和结构设计,得到了晶闸管、初级电源和脉冲变压器等主要器件的参数。然后试制组装了一套电源,并进行了实验验证:对等效总电容量为0.7μF的紧凑型Marx发生器充电时,充电电压90 kV,充电时间小于120μs,充电重复频率10 Hz。该电源的研制成功对高功率重复频率脉冲功率源的进一步小型化具有重要意义。

集成隔离30 kV全固态层叠Blumlein脉冲发生器

层叠Blumlein脉冲发生器具有灵活紧凑的优点,但由于开关隔离问题没有得到广泛运用。设计了一种集成隔离全固态层叠Blumlein脉冲发生器,利用4绕组共模电感为脉冲形成网络充电、驱动供电和高电压隔离的器件,解决了半导体开关应用于层叠Blumlein脉冲发生器的问题。首先介绍了隔离的原理,设计了包含共模电感和同步光触发隔离组件,以及基于IGBT开关阵列的Blumlein脉冲形成网络,分析了层叠Blumlein脉冲发生器的充放电过程;其次,对设计的Blumlein脉冲形成网络与层叠Blumlein脉冲发生器进行电路仿真;搭建了8级层叠Blumlein脉冲发生器,在匹配负载上实验得到电压30.0 kV、电流604 A、脉宽237 ns的方波脉冲。

基于MAX038的信号发生电路设计

阐述基于MAX038进行的函数信号发生系统的硬件电路设计,包括总体原理设计、系统硬件电路设计、各分电路设计,实现对于不同波形种类选择的控制,较好地完成多波形输出的方案。

多级谐振充电的Marx脉冲源研究

Marx发生器是一种经典的脉冲功率发生装置。为了更好地满足高电压、双极性高效率等实际使用需求,文中提出了多级谐振充电的Marx脉冲源,即利用串联谐振充电源与串心磁环变压器对Marx脉冲发生器分组充电。搭建两类对称结构多级谐振充电的Marx脉冲发生器并验证其性能,包括可变极性的单极性发生器和双极性脉冲发生器。电路由一组正极性的3路8级Marx和一组负极性的3路8级Marx组成,共48级。实验结果表明,可变极性的单极性Marx发生器可产生正极性或负极性电压幅值为30 kV的脉冲,双极性发生器可向空载和50 kΩ的阻性负载输出±10 kV的电压脉冲。通过FPGA(Field Program Gate Array)的信号控制可以将重复频率控制在1 Hz~1 kHz范围内调节,脉宽可在1~200μs范围内调节,脉冲前后沿为50 ns以内。正、负脉冲之间的弛豫时间为0.2~200.0μs。

MHz高压脉冲电源的研究

针对均匀放电、生物医疗等高频纳秒脉冲的应用需求,文中设计了一款基于射频MOSFET(Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)的高重频高压脉冲电源。脉冲电源的控制信号由FPGA(Field Programmable Gate Array)提供,并通过光纤进行传输,经驱动芯片放大后同步触发每一级放电管。驱动芯片采用电源模块隔离供电的方式来提供不同的地电位。放电管采用RCD(Residual Current Device)吸收电路来改善开关时刻的瞬时工况。分析和研究了最后一级隔离电感对放电管电压波形、负载电压波形的影响,并对Marx电路做出了改进。实验结果表明,在1 kΩ纯阻性负载上,该电源可在1 MHz重复频率下输出上升沿为40 ns、半高宽为100 ns以及电压幅值为1.1 kV的纳秒脉冲。实验验证表明该电源能够在高频高压状态下稳定工作,满足设计要求。

固态LTD的脉宽叠加技术仿真

针对脉冲电磁场生物医学应用中所需求的高电压大电流宽范围脉冲问题,文中采用脉冲叠加的方案设计了一种长脉宽固态直线型变压器驱动源(Linear Transformer Driver, LTD)。该LTD脉冲发生器为了突破脉冲变压器伏秒积限制下的脉宽范围,采用并联叠加的方式增加输出脉宽。设计了脉冲变压器的复位电路,提高了LTD输出脉冲占空比,能够实现最少支路LTD的多次脉冲叠加。通过Pspice搭建仿真电路模型进行仿真实验,结果表明在单匝脉冲变压器伏秒积为146 V·ms的情况下,实现单级电压为300 V,脉宽为1.6μs的脉冲输出,为其原伏秒积的3倍,且所提方案能够通过增加叠加脉冲个数来实现更宽范围的脉冲延长。

直挂SVG电网适应性RTDS测试技术研究

传统中高压大容量直挂式静止无功发生器(SVG)电网适应性测试存在成本高、效率低、周期长的问题,研究采用基于实时数字仿真器(RTDS)的直挂SVG电网适应性测试技术,建立面向直挂SVG的RTDS电网适应性试验平台并开展电网适应性测试,具有快速、低成本、可重复性开展试验等优点。试验结果表明:该平台可以对SVG电网适应性性能开展测试验证,可以加快SVG产品的优化及选代升级速度。

超声显微测量系统的信号激励接收方法研究

超声显微测量技术是一种广泛应用于工业、航空航天、医疗等领域的无损检测方法。为了减小对100 MHz以上高频超声激励接收仪的进口依赖,研究高频信号激励接收方法。本文超声激励电路利用三级管雪崩击穿特性,以及MARX拓扑电路的电压倍增原理,通过减小激励脉冲脉宽时间,提升带宽覆盖范围。研究了高频超声信号接收电路,并集成超声激励接收仪。研究实现了设备的国产化替代,填补国内超声领域100~500 MHz高频脉冲收发仪的空白。实验结果表明,设计产生的高频激励信号峰峰值不小于128 V、上升沿时间小于0.47 ns、脉宽小于3.5 ns,系统工作带宽覆盖500 MHz,满足高频超声测量系统的需求。

高峰值电压长寿命超宽带时域信号源

设计了一款基于雪崩晶体管和Marx电路的超宽带(UWB)时域信号源,其具有较高的峰值电压、较快的上升沿、较窄的半脉宽、较高的重频、较长的寿命等特点。通过8路功率合成的方法,在电路成本较低的前提下,改善了输出电压饱和的问题,提高了信号源的输出电压。通过晶体管并联技术,在高峰值电压输出的情况下,提高了信号源的寿命。最终信号源实现了峰值电压10 kV,上升沿183 ps,半脉宽750 ps。在重频为20 kHz下,可以连续工作超过45 min。该信号源可用于对目标的探测、干扰、攻击和物质处理等领域。

基于ADS1293的低功耗心电信号采集系统设计

为提高便携式心电监护设备的信号采集功能、改善单导联信号采集造成的疾病诊断不全现象,该研究通过采用STM32L433CBT6微处理器控制前端模拟芯片ADS1293采集三导联心电信号,并根据用户需求选择ZigBee、WIFI或NB-IOT三种方式进行心电信号的无线传输,利用低功耗器件、优化软件程序、设置低功耗模式等方式降低系统功耗,设计出一款具有体积小(6.5 cm×4 cm×2 cm)、功耗低(WIFI:122 mW、ZigBee:43 mW、NB-IOT:34 mW)、便携等优点的新型心电信号采集系统,从而实现长时间稳定的心电信号检测。

紧凑型高功率亚纳秒脉冲压缩装置的设计研制

分析了三传输线型脉冲压缩装置的原理,从提高功率增益和小型化角度,在脉冲压缩装置中设计了一种3起端并联绕线的内置型高阻螺旋线结构。建立电路仿真模型和三维结构电磁场仿真模型,分析了高阻螺旋线特征参数对功率增益的影响。根据优化后的结果研制出紧凑型高功率亚纳秒脉冲压缩装置,经测试,前级输入脉冲宽度8 ns,功率1 GW时,输出脉冲宽度1.5 ns,功率3.7 GW,功率增益3.7。经过30万次运行考核,装置内部无滑闪和击穿现象,验证了设计可靠性。

一种高精度量程自适应电导率检测电路

针对传统的水质检测、农业灌溉、金属材料工艺控制以及新兴的酒类鉴别,含盐量检测、药物提取等新型问题中,对电导率测量精度,测量范围的要求不断提高,要求电导率测量设备不仅要适用于实际生产应用中低电导率的测量,还需要兼顾高电导率的测量,且电导率测量精度需求越来越高。针对以上问题设计了一种高精度自校准量程自适应的电导率检测电路,通过电路将带有电导率信息的激励信号与未过电导池的参考激励信号进行互相关运算并由低通滤波器对其进行滤波得到与电导率相关的电压信号。正弦激励幅度可调电路与电导率测量电路中自动校准模块相互合作完成电路的自动校准、量程切换电路保证了电导率测量的宽量程、采用互相关算法降低电路噪声及去除电导池等效电容,弥补了传统电导率测量电路定量程、测量范围小、精度差的缺点。测试结果表明,电导率测量电路可以测量电导率范围为0~30000μS/cm,测量精度为0.01μS/cm,测量基线噪声为0.3 nS/cm。

小晃动高分辨数字脉冲延时发生器设计

随着超快电子学的蓬勃发展,信号的同步成为了待解决的难点。同步控制电路的核心是由脉冲延时发生器组成的,因此设计一款小晃动高分辨数字脉冲延时发生器具有重要的意义。现有的数字脉冲发生器存在一些问题,例如信号不同步、延时精度低、延时范围小。提出了一种FPGA与模拟延时相结合的设计方法,采用晃动补偿的方法来消除晃动的影响,设计晃动测量电路来避免信号不同步;应用模拟延时芯片、设计模拟延时电路来实现延时的高精度;使用FPGA数字方式,通过计数器延时的方法扩大延时范围。对制作好的样板进行测量,基准信号为10μs,调节1ns时,相对延时平均值为1.014 ns;调节1.01 ns时,相对延时平均值为1.009 ns,抖动精度接近100 ps,延时精度接近10 ps,测试结果表明该设计方案可以较好地达到使用要求。

基于采样保持原理的高精度电导率检测电路

文中设计了一种基于采样保持原理的高精度量程自适应电导率检测电路,以双极性交流方波作为激励信号源,通过采样保持的方法对电导池两端的交流电压及流经电导池的交流电流信号差分化并进行采集,同时使用铂电阻作为温度传感器对测量得到的电导率进行温度补偿。双极性交流方波激励信号有效降低了交流正弦信号作为激励源时电极电容效应和极化效应所引起的误差,差分式采样保持电路减少了外界环境变化引起的电路噪声,量程自适应电路保证了电导率测量的宽量程,通过上述方法弥补了传统电导率测量电路定量程、测量范围窄、精度低的缺点。测试结果表明:文中设计的电导率测量电路测量范围为0.1~40 000μS/cm,重复性误差小于1%,测量基线噪声小于0.25 nS/cm。

毫米波人员拒止系统在处置群体性骚乱事件中的应用

毫米波人员拒止系统是一种新概念高技术非致命武器,在处置群体性骚乱事件中应用前景广阔。本文总结了毫米波人员拒止系统工作原理和国内外装备发展现状,分析了毫米波人员拒止系统在处置群体性骚乱事件中的需求,探讨了毫米波人员拒止系统的应用场景,为毫米波人员拒止系统装备应用提供参考。

民用脉冲功率源的进展与展望

民用脉冲功率技术的发展一直比较缓慢,其根本原因是脉冲功率源有待于进一步多样化、小型化、重频化、长寿命和高性价比。电容器储能和开关技术是制约民用脉冲功率源发展的瓶颈。为此,简介了民用脉冲功率源在多样化、开关固态化、电容器储能和功率高密度化等方面的发展现状以及对它今后发展的思考。只有依靠多学科的大协作和政府的大投入,民用脉冲功率源才有望在不久的将来得到较大的发展。

Z箍缩初级实验平台模块样机

正在研制的Z箍缩实验装置(Z-pinchPrimaryTestStand,PTS装置),由24个基于Marx发生器和水线的性能、结构相同的模块组成,各模块产生的大电流脉冲在绝缘堆上汇集后经磁绝缘传输线汇流到负载区,要求在不到0.2Ω的低阻抗负载上得到8MA以上电流,电流上升时间小于90ns。研制的样机模块由Marx发生器、中间储能器、激光触发开关、脉冲形成线、水介质自击穿脉冲形成开关、三板型脉冲传输线组成,样机模块输出电流450kA、输出电压2.2MV、输出脉冲功率0.95TW,从触发激光器信号输出到负载电压上升的系统延迟时间抖动小于6ns。