提升抗时延抖动和数据异常性能的配电网故障自同步5G差动保护方案

配电网5G差动保护信道的来回时延不等导致传统同步算法无法应用,需要增加额外的同步装置。另外,5G信道存在时延抖动和数据异常等问题会对保护的可靠性产生影响。针对这些问题,首先提出了基于变频插值的故障自同步法,在保护装置启动后利用插值法处理故障前特定时刻数据窗来实现同步误差校正。以此为基础,分析保护可能面临的异常数据特征,提出了考虑舍去极值的Hausdorff故障判别算法。最后设计了一种能够提升抗时延抖动和数据异常性能的配电网故障自同步5G差动保护方案。在PSCAD对方案进行仿真验证,结果表明所提方案能够在不增设额外同步装置的前提下有效提升抗时延抖动和数据异常的性能,保证发生各类故障和存在大噪声时的保护可靠性。该方案可为配电网5G差动保护的可靠性提供保障。

基于时钟抖动流水线结构的高效率真随机数发生器

现代加密系统对密钥随机性的需求不断增加。使用时序抖动、热噪声、亚稳态等作为熵源的真随机数发生器,因其可以提供高质量的随机性成为该领域的研究热点。因此,提出一种可配置、轻量级、高效率的真随机数发生器。该发生器使用基于随机数学模型的设计方法,由差分构架的两级时钟抖动流水线组成。第一级流水线中两个环形振荡器在规定时间内累积抖动,第二级流水线利用近似相同的两个环形振荡器的微小周期差构建时间数字转换器,对第一级输出的高斯抖动进行量化,通过数字化模块输出随机比特。在时间数字转换器运行过程中,第一级流水线已经重新启动累积下一个阶段的抖动,减少了空闲时间,提高了真随机数的质量和效率。在Xilinx Atrix-7平台进行了验证,该结构的硬件资源仅消耗了25个LUTs和13个DFFs,获得高达32.55 Mb/s的吞吐量。

基于异步光学采样的电光频率梳时间抖动测量

电光频率梳是一种单频激光器经相位调制构造的光学频率梳,具有重复频率高、灵活可调等特点,通过精确的色散控制,电光频率梳在时域上可以输出超短脉冲激光序列,其时间抖动特性对于开展精密测量等应用十分重要.本文提出一种基于双光梳异步光学采样原理测量电光频率梳时间抖动的方案.建立了时间抖动测量的理论模型并进行数值模拟.搭建了一台重复频率为10 GHz、脉冲宽度为2.6 ps的电光频率梳,并开展了时间抖动的测量实验.测量的直方图分析表明,电光频率梳的周期抖动为3.86 fs.测量装置主体为光纤结构,且不需要高速光电探测器,有望对电光频率梳、微环频率梳等新型高重频光学频率梳时间抖动的测量与优化起到关键作用.

基于Linux的EtherCAT主站实时性的研究

精密加工领域对控制系统的实时性要求比较高,传统的控制系统不能满足高通信速率和高实时性的要求。为了提高系统实时性,提出了一种在Linux非实时系统上安装Xenomai实时内核的方案,该方案通过在Linux操作系统上安装Xenomai实时内核,然后对Linux内核和Xnomai实时内核进行配置和优化,接着移植IgH EtherCAT Master协议栈构建EtherCAT主站,最后对系统进行抖动测试,通过数据分析得出改造后的EtherCAT主站通信抖动在10μs之内,DC同步抖动在10 ns之内。测试结果表明,优化后的Linux系统实时性有了很大改善,EtherCAT主站实时性和稳定性有了较大提升,能够满足工业控制系统对实时性的要求。

一种低附加相位噪声的频率合成方法

频率源的相位噪声水平直接制约雷达的性能上限,因而低相噪频率合成技术是高性能雷达系统的一项关键技术。现有低相噪频率合成方法常用高次倍频实现,整体性能上严重依赖于低相噪晶振,成本一直居高不下。对此,提出一种低附加相位噪声频率合成方法,即采用最小化链路上附加相位噪声的技术,用普通恒温晶振级联低相噪放大器、梳状谱发生器和锁相环,最终实现低相位噪声的频率合成。实测数据表明,本文方法以100 MHz普通恒温晶振为参考,积分区间[1 kHz,30 MHz]的时间抖动为11 fs,频率合成在5.8 GHz载波的相位噪声为-119 dBc/Hz@1 kHz,积分区间[1 kHz,30 MHz]的时间抖动为13.7 fs,总附加时间抖动为8.17 fs,附加相位噪声仅1.9 dB,达到了业界领先水平,能够有效提升毫米波雷达系统的成像性能,优于传统频率合成方法。

基于铁氧体传输线的百纳秒脉冲前沿陡化技术研究

基于铁氧体传输线脉冲陡化原理,利用COMSOL软件建立了铁氧体传输线的电磁场仿真模型,研究了脉冲陡化的影响因素及特征规律,根据仿真模型设计了2种不同直径磁芯的铁氧体传输线,并建立了实验测试平台,对传输线陡化后的脉冲前沿进行测试。仿真及实验结果均表明,铁氧体传输线陡化后的脉冲前沿随输入电压幅值、传输线长度的增加而减小,随磁芯直径的减小而减小,实验结果与仿真结果规律一致。磁芯直径为40 mm,线长为1500 mm的铁氧体传输线可将幅值为120 kV的脉冲电压的前沿由124 ns陡化至14.4 ns,整个脉冲源的抖动为1.83 ns,验证了铁氧体传输线替代FLTD触发器中气体陡化开关的可行性。

激光触发开关触发延时及抖动特性

为了研究激光触发开关工作特性,实验中利用高压电容放电开关试验平台,对氮气气体开关在波长为1 064、532、266 nm脉冲激光触发作用下,不同欠压比、不同能量、不同焦距等情况下开关的延时和抖动特性进行了研究。实验结果表明:开关的延时、抖动随激光能量的增加、欠压比的增大而减小;激光聚焦情况下,激光能量触发阈值明显小于未聚焦情况;较长的激光焦距下,开关具有较小的延时和抖动;激光波长为266 nm时,开关触发工作特性要好于532 nm和1 064 nm激光;较小的激光通孔具有较好的开关工作特性;激光作用电极的材料为不锈钢时,开关的工作特性要好于黄铜电极。

准线性光传输系统色散管理方案

推导了准线性光传输系统中受信道内四波混频、信道内交叉相位调制等信道内非线性效应影响的非线性传输方程,搭建了可构成多种色散管理方案的仿真传输链路,对10 Gb/s、40 Gb/s、100 Gb/s、160 Gb/s等四种不同速率的准线性光传输系统的色散管理方案进行了数值分析,分析了幅度抖动与定时抖动的关系,幅度抖动与系统Q值的关系,以及脉冲初始功率与系统Q值的关系。首次得到了单信道准线性光传输系统的最优色散管理方案与系统传输速率相关,并且随着系统传输速率的增加,前色散补偿部分的比例应逐步减少、后色散补偿部分的比例应逐渐增加并可量化的结论。

一种激光触发真空开关的触发特性研究

为优化触发真空开关(triggered vacuum switch,TVS)性能,满足脉冲功率技术对开关器件的要求,设计了一种多棒级型激光触发真空开关(multi-electrode laser-triggered vacuum switch,LTVS)。文中详细讨论了外施电压、激光触发能量、开关极性、焦斑能量密度等对开关延迟时间、抖动时间和最低工作电压等触发特性的影响,提出开关导通是热机制和碰撞电离机制相互作用的假设,并为此类开关的优化设计提供理论依据和参考。实验表明:开关的延迟时间最低可达17 ns,抖动最低可达10 ns,最低工作电压为60 V;开关导通需满足一定的激光触发能量和外施电压要求,在触发能量一定的情况下,焦斑能量密度是影响开关触发特性主要因素;开关极性是影响触发稳定性的主要因素。

新型等离子体喷射触发气体开关

为了提高气体开关的同步性,降低自放电概率和抖动,提出并设计了一种新型等离子体喷射触发气体开关。开关整体结构与传统的三电极场畸变开关相似,最大特点是在触发电极内部嵌入一个微型激励腔,用于产生等离子体喷射。研究了触发电压和气压对等离子体的喷射特性的影响,对比场畸变和等离子体喷射两种触发方式下开关触发特性的差异,并研究触发电压对开关性能的影响。实验结果表明:等离子体喷射高度随触发电压的升高而增加,随气压的升高而降低;采用等离子体喷射触发能够显著降低过压间隙的延时和抖动;提高触发电压不但降低开关的抖动,而且还扩展开关稳定触发的工作范围;当触发电压80kV,工作系数27.4%,开关仍然能够可靠触发,延时和抖动分别为97.1ns和3.5ns。

利用自相关方法实现光脉冲时间延迟精确测量

为了满足在高精度波分复用/时分复用光采样系统中,采样光脉冲时间抖动低于100 fs的要求,开发了一套基于自相关法测量时间延迟的系统。通过光纤耦合器连接一路参考光路将光脉冲在时域上进行"复制",并使初始光脉冲和"复制"光脉冲相关,得到参考光路和被测光路的精确光程差,进而固定参考光路并接入不同被测光路从而得到多路被测光路之间相对延时。实验结果表明,利用自相关法测量脉冲时间间隔精度优于50 fs,满足波分复用/时分复用光采样系统研究需要。

脉冲电压下尼龙的激光触发沿面闪络特性

为研究脉冲电压下的激光触发沿面闪络特性,在试验系统中建立了精确的激光触发沿面闪络试验系统,解决了激光脉冲与试品上所加脉冲电压的同步问题,在此基础上应用平板电极和柱状尼龙绝缘材料进行了激光触发沿面闪络试验。试验中采用60 mm直径的铜材料平板电极,试品为20 mm直径、6、8、10 mm厚的尼龙材料圆柱绝缘材料,试验中激光波长为10645、32 nm并聚焦成2 mm×30 mm的长方形光斑,得到在不同的激光能量密度及施加电压下的闪络时延和抖动时间,并探讨了激光触发沿面闪络的机理。研究表明:激光能量密度越大、施加电压越高,闪络时延和抖动时间越小。

Al_2O_3陶瓷在脉冲电压下的激光触发沿面闪络特性研究

为研究脉冲电压下的激光触发沿面闪络特性,在试验室中建立了精确的激光触发沿面闪络试验系统,解决了激光脉冲与试品上所加脉冲电压的同步问题,在此基础上应用平板电极和柱状绝缘材料进行了激光触发沿面闪络试验。试验中采用铜材料平板电极,试品为Al2O3材料圆柱绝缘材料,试验中激光波长为1 064/532nm并聚焦成长方形光斑,得到在不同的激光能量密度及施加电压下的闪络时延和抖动。研究表明:激光能量密度越大、施加电压越高,闪络时延和抖动越小;532nm波长激光触发的时延小于1 064nm波长激光触发的时延;真空条件下的时延和抖动均小于空气条件下的时延和抖动。

新结构高速高精度采样保持放大器的研究

理论分析表明,带采样/保持(S/H)的采样系统的输入信号最高频率fmax不仅受限于尼奎斯特采样定理,还受限于S/H的孔径时间tAP或孔径抖动时间tAJ。为了减小S/H的捕捉时间tAC和跌落变化率(drooprate),提出了一种新结构S/H电路,该电路获得了高达40ns的孔径时间和10ns的孔径抖动时间。

用于减小定时抖动的数字预滤波器设计

推导了一种用于减少定时抖动数字预滤波器的冲激响应表达式,提出了一种数字预滤波器的设计方法,设计了一种优化数字预滤波器。通过对定时恢复环的仿真,讨论了环路的收敛情况,比较了所设计的数字预滤波器和无预滤波器时环路定时抖动与信噪比、定时抖动与环路噪声带宽、误码率与信噪比的数量关系,证实所设计的数字预滤波器对减少定时抖动非常有效。

Marx发生器同步性对PTS装置性能的影响

对PTS装置的24台Marx发生器进行了独立调试实验,实验结果表明:在充电电压60kV、工作欠压比62%条件下,24台Marx发生器的输出电压的时延在245～285ns的范围内,时延最大差异为40ns,时延抖动均小于10ns。通过对PTS装置控制时序和中间储能器充电电压波形的分析,认为Marx发生器输出电压的时延差异在50ns内,中间储能器上总的电压损失小于1%,对主开关的工作状态基本上没有影响。

用于HF激光器的气体火花开关特性研究

气体火花开关是放电激励脉冲HF激光器的关键部件之一,其性能直接影响激光器的正常运转。本文介绍了气体火花开关的设计,并对其静态自击穿特性和动态触发特性进行了实验研究。实验结果表明:在开关工作气压为0.1～0.4 MPa情况下,静态自击穿电压约10～30 kV,且稳定性较好;在触发电压前沿约20 ns,幅值约45 kV的情况下,欠压比大于80%时,开关时延小于120 ns,开关抖动小于6 ns;开关具有较大的工作范围,约为55%～60%。开关用于放电激励脉冲HF激光器,实现了激光器稳定运行。

电子束泵浦KrF激光MOPA系统的同步控制

介绍研究出的ＭＯＰＡ系统完整的同步控制时间关联逻辑、各单元启动方式及同步系统的硬件。由Ｆｅ－Ｎｂ－Ｃｕ超微晶薄膜材料做成的同轴单匝磁开关及脉冲变压器产生大约１５０ｋＶ、上升时小于２００ｎｓ的高压，触发ＭＯＰＡ系统中的Ｍａｒｘ发生器。当火花隙欠压比为９０％时，Ｍａｒｘ发生器中电压建立的时间抖动分别小于１３ｎｓ和２３ｎｓ。采用激光触发主开关时，泵浦功率系统总体抖动时间小于１０ｎｓ，保证了整个电子束泵浦ＫｒＦ激光ＭＯＰＡ系统的正常运行。

激光触发真空开关极性配置特性的研究

简单介绍了激光触发真空开关(Laser Triggered Vacuum Switch——LTVS)的基本结构和工作原理,对初始等离子体的产生和扩展所涉及的物理过程进行详细地分析,并对其工作在不同的极性配置方式下开展了一系列实验。主要研究LTVS在不同极性配置方式下的导通时延大小及其分散性的关系,从而为LTVS的结构优化设计提供理论依据。实验验证了LTVS在正极性配置下的工作可靠性高、时延小,当工作在正极性配置下,有利于阴极斑点的形成,减小导通时延及其分散性,提高其可靠性,说明了等离子体的扩展过程实际上是近阴极区等离子体鞘层的增长过程。

数字存储示波器时基失真与采样抖动的评价研究

提出了数字存储示波器采样间隔抖动和采样时基失真的一种时域评价方法。通过两段正弦波形段的滑动拟合结果,使用两者间对应点相位上的差异,实现了采样间隔的测量,获得其抖动波形和时基失真的测量结果。在一组仿真数据上进行了实验验证,并揭示了量化误差对抖动评价影响的规律,以及抖动测量结果的周期性变化规律。在数字存储示波器的实测数据上进行了实验验证,获得了有效的抖动波形结果。该方法可以用来观察和比较采样间隔的抖动以及采样时基失真特性。