基于线性功率放大器的直流电流阶跃源实现技术

依据直流电流互感器关于暂态阶跃的测试指标及定义,针对现有直流电流阶跃源存在的问题,提出一种基于线性功率放大器软硬件相结合的直流电流阶跃电源。通过分析线性功率放大器架构、电流输出原理和暂态特性,对硬件电路中的滤波回路、功率管分布电容和负载阻抗进行优化,以获得最佳阶跃电流输出效果,通过控制线性功率放大器的输入电压来获得测试所需的阶跃电流波形。直流电流阶跃源在现场进行直流电流互感器暂态阶跃响应试验的结果,证实了技术方案的可行性。

用电流阶跃法测定钢筋混凝土中钢筋的锈蚀速率

采用电流阶跃法研究了钢筋混凝土这样的复杂体系中的钢筋的锈蚀状态。发展了一种新的数据处理方法，可将混凝土保护层的欧姆电阻和浓差扩散极化阻抗的影响扣除，提高测量结果的准确度。研究证明，电流阶跃法特别适用于确定已脱钝的钢筋的锈蚀速率。

用电流阶跃法在时域与频域中研究钢筋锈蚀

利用电流阶跃法测量位于模拟混凝土孔溶液中和混凝土中的钢筋锈蚀状态．提出了新的时域和频域分析方法，并对测量结果进行了分析，由此可以较准确地确定混凝土内钢筋的极化电阻Ｒｐ 和钢筋表面不均匀系数α，从而可以确定钢筋的锈蚀速率和点蚀危险性；还可以通过所得阻抗谱了解钢筋的锈蚀机理．研究发现，当钢筋严重锈蚀时，腐蚀电流和钢筋表面不均匀系数均能反映钢筋锈蚀状态，但当钢筋处于脱钝临界状态时，腐蚀电流和钢筋表面不均匀系数反映的信息常有矛盾之处，腐蚀电流判据难于准确判断钢筋锈蚀状态，而钢筋表面不均匀系数判据则不存在这个问题．

基于单电流阶跃法的淀粉间接电化学氧化研究

以钛板作为阴极,石墨烯为阳极,NaCl为支持电解质兼氧化源,进行淀粉的间接电氧化。以电流密度、可溶性淀粉(SS)质量分数、NaCl质量分数、电解时间4个因素进行L9(34)正交实验。正交实验结果表明,最佳的SS和NaCl质量分数分别为10%、2%。采用单电流阶跃法对电流密度、电解时间进行了单因素考察,结果表明,最佳的电流密度是20mA/cm2。根据图像中电势的跃迁特征取样进行淀粉氧化过程醛基分析,获得间接氧化实验体系最佳时间为电势的转折点。分析发现,转折点上的氧化淀粉含醛基质量分数已接近最大平衡。FTIR及XRD的辅助分析证明,在转折点的氧化淀粉结构与原淀粉之间已发生了明显氧化变化,确定最佳电解时间是1200 s。在此条件下,得到氧化淀粉含醛基质量分数为0.432%。

环－盘电极恒电流阶跃法研究二氧化锰阴极过程

采用旋转环－盘电极及恒电流阶跃的实验技术研究二氧化锰阴极还原机理．在较负电位下，可溶性二价锰离子是二氧化锰还原的初级反应的主要产物，说明溶解－沉积机理的重要地位．在溶液ｐＨ值逐渐增大时。

腐蚀研究中电流阶跃法的频域分析

为了发展钢筋混凝土中钢筋锈蚀状态的快速测量方法，将基于时域分析的电流阶跃法所得结果与腐蚀电化学研究中测量腐蚀状态常用的、基于频域分析的交流阻抗谱法所得结果进行了比较，从理论上讨论了两者的关系，推导了基于Ｆｏｕｒｉｅｒ变换的转换公式。研究发现电流阶跃法在ｔ／（ＲＣ）＝０～５时间区段内测得的数据，通过计算可以得到交流阻抗谱法测量结果中的低频部分的信息，计算误差小于４％。因而，电流阶跃法在几ｍｉｎ内测得的信息量与交流阻抗谱法几ｈ测量的信息量相当。

阶跃电流作用下电缆中间接头温度测量技术的试验研究

电缆中间接头温度与运行状态密切相关,测量该温度可以为电缆状态检修及动态增容提供依据。为此,在10kV电缆中间接头冷缩预制件表面、保护铜壳、本体铜屏蔽层、线芯等典型测量点安装温度传感器,对比分析不同形式阶跃电流作用下各测量点温度响应曲线与电流之间的关系。研究结果表明,冷缩预制件表面温度受环境温度影响小,暂态电流作用下与线芯温度变化的延时较小,适合作为中间接头的温度测量点。以冷缩预制件表面温度测量值为原始数据,使用ANSYS软件构建中间接头的温度场仿真模型,在校正模型不确定参量的基础上计算线芯的稳态温度,计算值与实测值之间的计算相对误差最大值为3.9%;基于BP神经网络算法,以冷缩预制件表面温度测量值作为输入量预测线芯温度,计算值与实测值之间的计算绝对误差最大值为3.3°C,满足工程应用的要求。

斜阶跃电流激励下多匝小回线瞬变电磁场延时特征

采用Duhamel积分对斜阶跃电流激励的瞬变电磁场进行直接计算,应用叠加原理得到了多匝小回线全域瞬变电磁响应.研究了多匝小回线的早、晚延时临界条件以及等磁矩单匝大回线与多匝小回线的延时和关断时间特征,分析了电阻率、厚度等参数变化时斜阶跃电流对层状模型瞬变响应的影响特征,最后采用实测数据验证了关断效应的校正效果.结果显示,回线边长越小或表层电阻率越大,瞬变响应越早离开早期并进入晚期.多匝小回线的关断时间远大于等磁矩的单匝大回线,但由前者激发的瞬变响应进入晚期的时间却大幅提前,更有利于晚期条件下各种理论公式的使用.斜阶跃影响校正结果显示,增加多匝小回线的匝数可以扩展反演深度的范围,减少匝数则可以提高反演电阻率的精确性;实测数据处理结果显示校正方法产生了一定的效果.本研究补充了多匝小回线瞬变电磁理论内容,研究结果可以为复杂环境中小尺寸多匝线圈的工作参数选择提供参考.

阶跃递增电流作用下导电薄板中的裂纹止裂效应

研究了在带有有限长裂纹的无限大导电薄板中，垂直裂纹通入阶跃递增电流的情况下，裂纹尖端处的电磁场和温度场．给出了裂纹尖端温度的计算方法和算例．指出适当调整阶跃电流的变化值和阶跃次数，可使裂纹尖端处熔化形成焊点，从而遏制了裂纹的扩展．

锂离子电池静置下阶跃放电电流动态模型

分析锂离子电池的一些特性时通常要电池的恒流放电曲线特性。目前工程上一般令电池输出阶跃电流以测取这个曲线,因此得到的电池电压特性是阶跃电流响应而不是恒电流响应。基于电化学理论中的控制电流法提出了建立锂离子电池阶跃电流响应模型的方法,分析了放电过程正极材料扩散系数的变化对电池端电压的影响,建立了数学模型并给出了模型参数的获取方法,还分析了模型参数随工作电流、环境温度以及电池荷电状态的变化规律。仿真和实物实验验证了模型的正确性。

在阶跃圆电流激发下球形地质体的瞬变电磁响应

对被均匀导电介质包围的球形地质体的瞬变电磁响应作了解析研究。激发场源为通有阶跃电流的圆形回路，在轴对称条件下，建立起关于德拜位的偏微分方程，直接在时间域用分离变量法求解，得出了解析解。给出了几种特殊情形下的解式，还得出了在导电球体被弱导电介质包围条件下的近似解式。

采用阶跃电流辨识电池参数时电流幅值的确定方法

利用阶跃电流激励辨识动力电池动态特性模型参数时,其幅值将影响模型参数的辨识精度。针对这个问题,对这种动力电池动态特性模型参数辨识方法进行误差分析,提出了阶跃电流信号幅值的确定方法。该方法综合考虑了电池非线性特性和检测装置测量误差对参数辨识精度的影响,确定了参数相对误差与阶跃电流信号幅值之间的函数表达式,并且给出了幅值的确定流程。分析和实验验证了该方法的有效性。

控电流双阶跃法研究不锈钢表面金属电结晶

应用控电流双阶跃法，研究表面覆盖氧化膜的不锈钢电极上Ｎｉ－Ｆｅ合金电结晶的特点．实验结果表明：在电结晶初期的电位时间曲线上，所出现的电位锋与成核过程有关．峰高的变化，反应了电结晶过程中成核过程占主导地位的强弱变化，也间接地指示了电极表面氧化膜的破损程度．所得结论对电镀实践有指导作用。

高压直流电流互感器阶跃响应试验技术研究

由于高压直流电流互感器的暂态特性试验缺少相应检测设备,导致该试验无法正常开展。设计了一种阶跃响应试验电源,利用IGBT开关的高速切断能力,通过支路切换方式,模拟试验所需的阶跃方波电流。对电源系统进行关键参数设计和仿真,依据仿真结果对试验电路进行了改进,进一步提高电路的安全性和稳定性。以阶跃响应试验电源、标准互感器和被测试互感器为主搭建了试验平台。试验结果表明,整个测试系统能够满足直流互感器暂态试验所需的试验条件。

恒电流充电曲线技术测量碳钢接地网腐蚀速率

接地网的腐蚀检测可以有效避免由地网腐蚀而引起的电力系统事故的发生,而恒电流充电曲线技术可以快速测量碳钢接地网的腐蚀速率。该文采用限流传感器测量了接地网金属试样在施加不同阶跃电流和不同埋地面积下的恒电流充电曲线,由充电曲线解析软件得到了试样的极化电阻,通过分析阶跃电流值对极化电阻值的影响以及不同阶跃电流下的响应电位与稳态电位差值的对数和时间的线性相关性,研究了使极化在线性区内的阶跃电流范围;通过分析接地网碳钢试样极化电阻值随试样埋入土壤中面积变化曲线,确定了传感器的有效限流面积。研究表明,施加的阶跃电流值控制在45μA左右时,既保证了极化电位在线性区范围内,又减小了体系响应电位的测量误差;限流传感器的有效测试面积约为20cm2。

暖等离子体合成过渡金属掺杂氧化锰析氧电催化剂

可再生能源发电与质子交换膜水电解结合产生“绿色氢”对能源安全具有战略意义,其速控步骤是析氧反应。从稳定性、活性和成本角度考虑,本研究采用滑动弧暖等离子体一步合成了氧化锰(MnO_(x))及过渡金属掺杂(Fe-MnO_(x),Co-MnO_(x),Ni-MnO_(x)的析氧电催化剂,并对其晶体结构、形貌尺寸、元素组成和表面价态进行了表征。氧化锰主要由晶相Mn_(2)O_(3)和无定形Mn_(3)O_(4)组成。与之相比,掺杂的氧化锰尽管晶相组成基本不变,但其粒径明显变小、比表面积增大;掺杂Co促使氧化锰的表面电子增多。氧化锰基催化剂在酸性电解液的循环伏安测试中表现出独特的电流阶跃现象(低电势Ⅰ-Ⅱ区:1.4~1.8~2.4 V;高电势Ⅲ区:2.4~2.7 V)。该电流阶跃过程与Bulter-Volmer简化方程的电极动力学参照曲线相吻合,属于多价态锰参与的电催化反应。低电势区Fe-MnO_(x)的电化学活性最优,而高电势区Co-MnO_(x)表现最优。Co-MnO_(x)的起始电位比MnO_(x)低160 mV,且在恒电位电解中其末端电流密度是MnO_(x)的3倍。与其活性趋势一致,Fe-MnO_(x)、Co-MnO_(x)分别在低电势区、高电势区更具稳定性。本研究通过掺杂过渡金属优化氧化锰的颗粒尺寸、比表面积和电子结构,显著提高了催化剂析氧反应活性及稳定性。

三价铬的电化学沉积

通过稳态极化曲线、循环伏安、恒电流阶跃、交流阻抗等方法,研究柠檬酸水溶液体系中Cr3+的电沉积还原反应机理,确定Cr3+电沉积的动力学参数和动力学方程。研究结果表明,Cr3+的电沉积为电化学步骤控制过程,该电化学反应分2步进行:第1步是Cr3+获得2个电子还原为Cr+,为控制步骤和不可逆过程;第2步是Cr+获得1个电子还原为金属Cr,为准可逆过程;Cr3+在电沉积过程中无前置转化反应存在,但有电活性的中间产物吸附在电极表面;阴极和阳极表观传递系数分别为0.490和2.455;化学计量数为1;阴极反应级数为1,阳极反应级数为0;扩散系数为1.606×10-5 cm2/s。

石墨电极电化学活化工艺与准电容特性

通过多种电化学测试技术评价了石墨电极在2.3 mol/L H2SO4溶液中的电化学活化工艺及其准电容性能。结果表明,活化工艺宜采用恒电流阶跃技术,最佳工艺参数为:阳极电流密度为200 m A·cm-2,阴极电流密度为-120 m A·cm-2,对应活化时间分别为300 s和100 s,循环6次。改性后的石墨电极表面形成了多孔、粗糙的三维活性层,单位面积上具有较高的电容量(2.08 F·cm-2)和良好的倍率特性,可作为一种优异的准电容器材料。

锰和氟共修饰羟基磷灰石陶瓷涂层的制备与表征

由于钛及钛合金具有优越的理化性能,其已被广泛应用于各种植入体,例如骨科、牙科及心血管支架等。然而,钛基材表面具有生物惰性,其与周边骨组织形成骨整合的能力较弱,延缓了组织愈合的时间。因此,改善钛植入体表面生物性能具有重要的临床意义。钛基材表面羟基磷灰石(HAP)复合涂层的制备已成为一种重要的表面生物活性改良手段。在含有F-,Mn2+,Ca2+和PO3-4的电解液中,用单电流阶跃沉积法,在钛金属(Ti)表面上涂覆锰和氟共修饰羟基磷灰石(FMnHAP)复合薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量弥散X射线谱(EDS)、X-射线衍射(XRD)对涂层进行初步表征,用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术验证了氟离子和锰离子的共修饰对HAP分子构象和生物活性的影响。结果表明:锰部分取代磷灰石中的钙,氟部分取代磷灰石中的羟基,FMnHAP晶格常数变小,薄膜表面形貌由微米级的针状变为纳米级的绒毛状。FTIR技术验证显示,由于磷灰石晶体结构中F取代部分OH,致使改变了结构中OH的弯曲振动模式的对称性;模拟体液体外矿化表明,涂层表面有含碳酸根的类骨磷灰石形成,则涂层的体外生物活性较好。极化曲线测试表明,涂层提高了Ti在生理环境中的耐腐蚀性。

接地网腐蚀状态电化学检测传感器的研制

研制了接地网腐蚀电化学原位检测传感器,通过把辅助电极封闭在绝缘腔体(碳钢套管)中,使极化电流通过绝缘腔体底部的小孔流向工作电极,实现了传感器的限流作用。采用限流传感器测量了恒电流阶跃的响应电位-时间曲线(E-t曲线),并采用E-t曲线拟合软件得到了被测量接地网金属的极化电阻。通过测量接地网金属的极化电阻研究了传感器的限流效果以及传感器限流孔直径和插入土壤中的深度对测量面积的影响。研究结果表明:限流传感器测量面积约为传统传感器的测量面积的1/80;传感器的限流孔直径被确定为5 mm;在12.5 cm深度范围内,传感器插入土壤中的深度对限流效果影响不大。无需开挖或停运接地网,采用限流传感器可以准确、快速和经济地检测不同测量位置处的接地网的相对腐蚀程度。