等离子体化工导论讲义 前言 等离子体化工是利用气体放电的方式产生等离子体作为化学性生产手段的一门科学。因其在原理与应用方面都与传统的化学方法有着完全不同的规律而引起广泛的兴趣，自20世纪70年代以来该学科迅速发展，已经成为人们十分关注的新兴科学领域之一。 特别是，近年来低温等离子体技术以迅猛的势头在化工合成、材料制备、环境保护、集成电路制造等许多领域得到研究和应用，使其成为具有全球影响的重要科学与工程。例如：先进的等离子体刻蚀设备已成为21世纪目标为0.1μm线宽的集成电路芯片唯一的选择，利用等离子体增强化学气相沉积方法制备无缺陷、附着力大的高品位薄膜将会使微电子学系统设计发生一场技术革命，低温等离子体对废水和废气的处理正在向实际应用阶段过渡，农作物、微生物利用等离子体正在不断培育出新的品种，利用等离子体技术对大分子链实现嫁接和裁剪、利用等离子体实现煤的洁净和生产多种化工原料的煤化工新技术正在发展。可以说，在不久的将来，低温等离子体技术将在国民经济各个领域产生不可估量的作用。 但是，与应用研究的发展相比，被称为年轻科学的等离子体化学的基础理论研究缓慢而且较薄弱，其理论和方法都未达到成熟的地步。例如，其中的化学反应是经过何种历程进行，活性基团如何产生等等。因此，本课程力求介绍这些方面的一些基础理论、研究方法、最新研究成果以及应用工艺。
课程内容安排： 1、等离子体的基本概念 2、统计物理初步 3、等离子体中的能量传递和等离子体的性质 4、气体放电原理及其产生方法 5、冷等离子体中的化学过程及研究方法 6、热等离子体中的化学过程及研究方法 7、当前等离子体的研究热点 8、等离子体的几种工业应用 学习方法： 1、加强大学物理和物理化学的知识 2、仔细作好课堂笔记，完成规定作业 3、大量阅读参考书和科技文献
局部放电测试方法
局部放电测试方法 随着电力设备电压等级的提高，人们对电力设备运行可靠性提出了更加苛刻的要求。我国近年来110kV以上的大型变压器事故中50％是属正常运行下发生匝间或段间短路造成突发事故，原因也是局部放电所致。局部放电检测作为一种非破坏性试验，越来越得到人们的重视。 虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质（特别是有机电介质）的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。对电力设备进行局部放电试验，不但能够了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此，高压绝缘设备都把局部放电的测量列为检查产品质量的重要指标，产品不但在出厂时要做局部放电试验，而且在投入运行之后还要经常进行测量。对电力设备进行局部放电测试是一项重要预防性试验。 根据局部放电产生的各种物理、化学现象，如电荷的交换，发射电磁波、声波、发热、光、产
生分解物等，可以有很多测量局部放电的方法。总的来说可分为电测法和非电测法两大类，电测法包括脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等，非电测法包括声测法、光测法、化学检测法和红外热测法等。 一、电测法 局部放电最直接的现象即引起电极间的电荷移动。每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电介质，引起试样外部电极上的电压变化。另外，每次放电过程持续时间很短，在气隙中一次放电过程在10 ns量级；在油隙中一次放电时间也只有1μs。根据Maxwell电磁理论，如此短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号向外辐射。局部放电电检测法即是基于这两个原理。常见的检测方法有脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等。 1．脉冲电流法 脉冲电流法是一种应用最为广泛的局部放电测试方法。脉冲电流法的基本测量回路见图3-5 。图中C x代表试品电容，Z m（Z'm）代表测量阻抗，C k代表耦合电容，它的作用是为C x与
辉光放电与等离子体 1、辉光放电 通常把在电场作用下气体被击穿而导电的物理现象称之为气体放电。气体放电有“辉光放电”和“弧光放电”两种形式。辉光放电又分为“正常辉光放电”与“异常辉光放电”两种，它们是磁控溅射镀膜工艺过程中产生等离子体的基本环节。 辉光放电(或异常辉光放电)可以由直流或脉冲直流靶电源通过气体放电形成,也可以用交流(矩形波双极脉冲中频电源、正弦波中频与射频)靶电源通过真空市内的气体放电产生。 气体放电时，充什么样的工作气体、气压的高低、电流密度的大小、电场与磁场强度的分布与高低、电极的不同材质、形状和位置特性等多种因素都会影响到放电的过程和性质，也会影响到放电时辐射光的性质和颜色。 (1)直流辉光放电 ①在阴-阳极间加上直流电压时，腔体内工作气体中剩余的电子和离子在电场的作用下作定向运动，于是电流从零开始增加; ②当极间电压足够大时，所有的带电离子都可以到达各自电极，这时电流达到某一最大值(即饱和值); ③继续提高电压，导致带电离子的增加，放电电流随之上升;当电极间的放电电压大于某一临界值(点火起辉电压)时，放电电流会突然迅速上升，阴-阳极间电压陡降并维持在一个较低的稳定值上。工作气体被击穿、电离，并产生等离子体和自持辉光放电，这就是“汤生放电”的基本过程，又称为小电流正常辉光放电。 ④磁控靶的阴极接靶电源负极，阳极接靶电源正极，进入正常溅射时，一定是在气体放电伏-安特性曲线中的“异常辉光放电区段”运行。其特点是，随着调节电源输出的磁控靶工作电压的增加，溅射电流也应同步缓慢上升。 (2)脉冲直流辉光放电 脉冲或正弦半波中频靶电源的单个脉冲的气体放电应与直流气体放电伏-安特性曲线异常辉光放电段及之前段的变化规律相符。可以将其视为气体放电伏-安特性在单个脉冲的放电中的复现。脉冲直流靶电源在脉冲期间起辉溅射，在脉冲间隙自然灭辉(因频率较高，肉眼难以分辨)。 溅射靶起辉放电后，当电源的输出脉冲的重复频率足够高时，由于真空腔体内的导电离子还没有完全被中和完毕，第二个(以后)重复脉冲的复辉电压与溅射靶的工作电压接近或相同。当电源输出脉冲的重复频率很低(例如几百HZ以下)或灭弧时间过长(大于100ms以上)，
综述 外场在材料加工中的应用； 1.外场；在材料加工中引入外场以改善材料的微观组织，从而改变材料性能 在材料加工中引入的外场中，主要有； 电流、磁场、重力（微重力和超重力）、超声波等， 1重力 2超声波 在金属凝固过程中引入超声振动，凝固组织从粗大的柱状晶变为均匀细等轴品，金属的宏观及微观偏析均得到改善。国外关于超声波对金属凝固组织影响的研究已有应用于生产的报道15]，但是国内这一领域的研究很少。 高能超声处理合金熔体时，起主要作用的是声空化作用和声流作用。当台金熔体导入超声波以后，将产生声空化现象。在声空化泡形成长大过程中，其尺寸迅速增大，导致内部的液体蒸发。空化泡的增大和内部液体的蒸发会从周围吸收热量。这烤导致空化泡表面的金属液温度降低，造成局部过冷，因此在空化泡的附近形成晶核，使晶核的形核率增加。在空化泡崩溃过程中产生的强烈冲击波又会击碎正在长大的晶体，使之成为新的晶体质点。在声流的搅拌作用下，又使其弥散地分布于熔池熔体中。因此超声处理可显著细化金属凝固组织。 图1表明，超声波可显著细化sn-sb合金凝固组织，并使具有立方体结构的小平面相B相呈球化趋势，彻底消除比重偏析口。 图8表明，超声波可显著细化镁合金凝固组织。图9表明，超声波可使铸铁石墨组织变为粒状，这无疑将极大提高铸铁的力学性能。
为将超声波应用于钢的连铸生产中，见图2。研究表明，该方法可阻有效细化不锈钢凝固组织。 图5为翟启杰等研究结果，表明超声波可细化T10钢凝固组织。在金属凝固过程中引入超声振动，凝固组织从粗大的柱状晶变为均匀细等轴晶，金属的宏观及微观偏析均得到改善。 3磁场在材料加工 磁场，与其它外场比较，有一个最大特点，即其非接触性，由于各相磁化率及介电常数不同，相变中施加磁场，会影响各相稳定性，从而改变不同相的形貌，材料在磁场中的引入，最先从普通磁场开始，并已进行了广泛的研究，目前，侧重于都材料在强磁场作用下的研究，外加磁场包括稳恒、交变和脉冲磁场。用于细化金属凝固组织的方法主要包括外加交变磁场和脉冲磁场。外加交变磁场即电磁搅拌，大量实践证明，电磁搅拌能细化金属凝固组织闭， 磁场对金属凝固的影响 将金属熔体置于强磁场下，将改变体系的能量状态，从而改变其溶质传输和结晶过程。如果
局部放电检测方法之电检测法（介质损耗分析法） 电检测法包括脉冲电流法、无线电干扰电压法、超高频UHF 局部放电检 测技术、介质损耗分析法1.电检测法局部放电最直接的现象即引起电极间的电 荷移，动每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电。介质引起试样外部电 极上的电压变化另外每，次放电过程持续时间很短在气隙中一次放电过程在10 ns 量级在油隙中一次放电时间也只有1ms 根据Maxwell 电磁理论如此短持续时间的放电脉，冲会产生高频的电磁信号向外辐射局部放电电检测法即是基 于这两个原理常见的检测方法有脉冲电流法无线电干扰电压法介质损耗分析法 等等特别是20 世纪80 年代由S. A. Boggs 博士和G. C. Stone 博士提出的超高频检测法近年来得到广泛关注。并逐渐有实用化的产品问世 2.1.1 脉冲电流法 2.介质损耗分析法DLA 局部放电对绝缘材料的破坏作用是与局部放电，消 耗的能量直接相关的因此对放电消耗功率的测量很早就引起人们的重视在大多 数绝缘结构中，随着电压的升高绝缘中气隙或气泡的数目将增加此外局部放电 的现象将导致介质的损坏从，而使得tgd 大大增加因此可以通过测量tgd 的值来测量局部放电能量从而判断绝缘材料和结构的性能情况。 介质损耗分析法特别适用于测量低气压中存在，的辉光或者亚辉光放电由于 辉光放电不产生放电脉冲信号而亚辉光放电的脉冲上升沿时间太长，普通的脉 冲电流法检测装置中难以检测出来但这种放电消耗的能量很大使得Dtgd 很大 故只有采用电桥法检测Dtgd 才能判断这种放电的状态和带。来的危害。 但是。DLA 方法只能定性的测量局部放电是否发生基本不能检测局部放电 量的大小这限制了。DLA 方法的运用目前关于用DLA 方法测局部放，电的报 道还很少。
https://www.doczj.com/doc/8412138038.html, 脉冲电流故障测距法 脉冲电流故障测距法 本章主要分析了脉冲电流法存在的问题,并对传统脉冲电流测试回路提出了改进,解决了使用传统脉冲电流法测量电缆故障距离时存在的波形叠加、不易识别的问题。详细介绍了该方法的工作原理,以及各参数的选择。结合小波分析技术,实现对脉冲电流波形的自动处理,达到了精确、自动测距的目的,进一步推一了脉冲电流测距方法的应用。 脉冲电流法存在的问题 本节主要对传统脉冲电流测试过程中,测试电路中各个主要元件对测试波形的影响进行了深入的分析,总结了影响脉冲电流法测试波形的各种因素,得出测试电路对测试波形的作用规律。井在此基础上提出了对脉冲电流测试方法的改进。
https://www.doczj.com/doc/8412138038.html, 电流波形全过程扩散开的电流波形输出 脉冲电流测试法是钊·对电缆的高阻与闪络性故障而采用的方法,对电缆的故障测距法的改进点施加高压使之击穿,同时使用仪器采集击穿产生的电流行波信号,通过电流行波信号在测量端与故障点往返一趟的时间来计一算故障趾离。图3一1为脉冲电流神闪测试时的典型波形图。 从冲闪测试过程及波形可以看出,脉冲电流法所测故障波形具有以下特点,同时也是影响脉冲电流故障测距精度的主要因素由于行波在电缆中存在传播损耗,电流波形以及线性电流藕合器的输出,随时间的增长越来越平滑,幅值也越来越小。
https://www.doczj.com/doc/8412138038.html, 电缆中的电流会随着时间的增加逐渐趋近于。,故障波形的全貌表现为幅值衰减的余弦振荡,这是由于故障点击穿后电缆与电容中存在的能量消耗完毕的缘故。故障点反射脉冲有一个小的正脉冲出现,这是由于高压电容及测试导线存在的杂散电感的影响。 入射波与反射波之间易产生混叠现象,如图一所示。当在测量点附近发生故障时,由于入射波与反射波之间的重叠,使第一个反射波无从识别。严重时可淹没放电脉冲与反射脉冲的起始点,给故障定位带来误差。其中,两种因素是不可避免的,因为能量消耗是自然规律因素中杂散电感是客观存在的,但是应该可以通过适当的改进措施来利用或者消除它的影响对于因素,虽然提高采样频率可以减小叠加范围,但是无论采样频率如何提高,都不可能完全消除线路测量端存在的波形混叠问题。因此深入研究新型电缆故障检测方法具有非常重要的意义。 我们可以主要从两个方面解决脉冲电流法测距所存在的波形不易识别的问题,一是对信号分析方法的研究,二是行波测距方法原理的改进。对于信号的分析方法,利用小波分析原理,通过小波变换对信号进行分解与重构,可以准确测得发射波的到达时间,大大减少了测距误差。本文主要从行波测趾方法的原理上做了进一步研究,利用电感和电阻元件对线路中电压电流的影响,提出一种比较优化的方法。该方法所测得的波形明显易分析,提高了测距精度。
局部放电测试方法 随着电力设备电压等级的提高，人们对电力设备运行可靠性提出了更加苛刻的要求。我国近年来110kV以上的大型变压器事故中50％是属正常运行下发生匝间或段间短路造成突发事故，原因也是局部放电所致。局部放电检测作为一种非破坏性试验，越来越得到人们的重视。 虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质（特别是有机电介质）的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。对电力设备进行局部放电试验，不但能够了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此，高压绝缘设备都把局部放电的测量列为检查产品质量的重要指标，产品不但在出厂时要做局部放电试验，而且在投入运行之后还要经常进行测量。对电力设备进行局部放电测试是一项重要预防性试验。 根据局部放电产生的各种物理、化学现象，如电荷的交换，发射电磁波、声波、发热、光、产生分解物等，可以有很多测量局部放电的方法。总的来说可分为电测法和非电测法两大类，电测法包括脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等，非电测法包括声测法、光测法、化学检测法和红外热测法等。 一、电测法 局部放电最直接的现象即引起电极间的电荷移动。每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电介质，引起试样外部电极上的电压变化。另外，每次放电过程持续时间很短，在气隙中一次放电过程在10 ns量级；在油隙中一次放电时间也只有1μs。根据Maxwell电磁理论，如此短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号向外辐射。局部放电电检测法即是基于这两个原理。常见的检测方法有脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等。 1．脉冲电流法 脉冲电流法是一种应用最为广泛的局部放电测试方法。脉冲电流法的基本测量回路见图 3-5 。图中C x 代表试品电容，Z m （Z' m ）代表测量阻抗，C k代表耦合电容，它的作用是为 C x与Z m之间提供一个低阻抗的通道。Z代表接在电源与测量回路间的低通滤波器，Z可以让工频电压作用到试品上，但阻止被测的高频脉冲或电源中的高频分量通过。 图3-5（a）为并联测量回路，试验电压U经Z施加于试品C x，测量回路由C k与Z m串联而成，并与C x并联，因此称为并联测量回路。试品上的局部放电脉冲经C k耦合到Z m上，经放大器A送到测量仪器M。这种测量回路适合于试品一端接地的情况，在实际工作中应用较多。 图3-5（b）为串联测量回路，测量阻抗Z m串联接在试品C x低压端与地之间，并经由C k形成放电回路。因此，试品的低压端必须与地绝缘。 图3-5（c）为桥式测量回路，又称平衡测量回路。试品C x与耦合电容C k均与地绝缘，测量阻抗Z m与Z m分别接在C x与C k的低压端与地之间。测量仪器M测量Z m与Z m’上的电压差。
第13卷 第6期 太赫兹科学与电子信息学报Vo1．13，No．6 2015年12月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Dec．，2015 文章编号：2095-4980(2015)06-0990-06 基于B-Dot的kA级短脉冲电流测量方法 谭榕容，冉汉政，程 刚 (中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳 621999) 摘 要：高压脉冲电流的测量方式主要是Rogowski线圈。B-Dot是一种非侵入式脉冲电流测量探针，但由于B-Dot测量模型的建立以及应用标定等过程与实际应用环境密切相关，且对待测电流 强度有严格的要求，目前还未见其在实际kA级短脉冲方面的应用研究。本文在对B-Dot的kA级 短脉冲测量方法进行理论研究的基础上，设计了微型B-Dot探针，并利用B-Dot探针对kA级短脉 冲电流进行试验。试验结果表明，B-Dot探针适用于kA级脉冲电流的测量，且与理论研究 结论一致。 关键词：Rogowski线圈；脉冲电流；B-Dot探针；非侵入式 中图分类号：TN248 文献标识码：A doi：10.11805/TKYDA201506.0990 Measurement of kA-level short pulse current based on B-Dot TAN Rongrong，RAN Hanzheng，CHENG Gang (Institute of Electronic Engineering，China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621999，China) Abstract：Taking measurement by using Rogowski coil is the main method for high voltage pulse. B-Dot is a non-invasive measurement probe of pulse current, which bears many advantages in the measurement on the discharge circuit with compact structure and strictly specified parameters compared with general Rogowski coils. Nevertheless，the modeling of B-Dot and its calibration process are closely related to the practical application environments，and there are also strict requirements on the current intensity, the researches on its applications in kA level short pulse current measurement are seldom reported. This work aims to the preliminary exploration research on application of B-Dot in kA short pulse current. Based on analyzing the principle of kA level short pulse current measurement by using B-Dot, micro B-Dot probes are designed and tested on kA-μs level pulse current. The test results accord well to the theory analysis. Key words：Rogowski coil；pulse current；B-Dot probes；non-invasive 由于高新技术和国防建设的需求，脉冲功率技术应运而生。脉冲功率技术在技术上的特征是：高脉冲功率(>106 W)，短脉冲持续时间(10–10 s~10–3 s)，高电压(103 V~107 V)和大电流(103 A ~107 A)。测量是脉冲功率装置调试运行、改造和提高不可或缺的重要手段[1]。因此，随着脉冲功率的发展，脉冲功率技术领域的测量技术发展显得尤为迫切，而由于脉冲功率的技术特点，对测量技术提出了很高的要求。脉冲电流是脉冲功率装置的核心参数之一。目前，脉冲电流的测量方式主要有：分流器法、Rogowski线圈法和磁光效应法。Rogowski线圈由于精确度高、频率响应特性好的特点，在目前脉冲电流测量方面应用最为广泛[2]。然而，在利用Rogowski线圈进行脉冲电流测量时，被测电流回路必须穿过线圈，而Rogowski线圈体积较大，对待测回路面积有一定的要求，不仅要求增加装置体积，而且引入较大的分布参数，这在体积和回路参数要求严格的脉冲功率装置的电流测量方面并不大适用。 B-Dot是一种结构特殊的Rogowski线圈，主要用于测量变化的磁场，也可通过测量变化的电流建立的变化磁场达到间接测量电流的目的。B-Dot结构简单，放置方式灵活，进行脉冲电流测量时，不需要将线圈穿过被测回路，与脉冲电流回路没有直接的电气连接关系，不会改变待测电流回路的设计，不会引入额外的分布参数， 收稿日期：2014-10-17；修回日期：2014-11-16 基金项目：中国工程物理研究院电子工程研究所创新基金资助项目(S2*******)
脉冲电流法测试电缆局部放电的分析方法 陈冠豪，王宇斌，何文 （广东电网公司东莞供电局，广东省东莞市，523000） 摘要:作为电缆局部放电的有效监测手段，脉冲电流法进行局部放电测试的经验及方法日益被深化和掌握。本文在实际测试分析层面上对如何使用脉冲电流法进行局部放电测试进行了介绍，为局部放电的分析判断提供了典型的判断方法和依据。 关键词:电缆；局部放电；脉冲电流法；波形；频谱；相位图谱；定位 The means of analysis on using pulse current method to test cable partial discharge CHEN Guanhao，WANG Yubin，HE Wen (Guangdong Grid Dongguan Power Supply Bureau, Dongguan 523000, China) Abstract:As an effective means of monitoring the cable partial discharge, the experiences and approaches of pulse current method of partial discharge test are increasingly deepening and in the hand. This paper introduces how to use the method of pulse current to do the partial discharge test in the actual test analysis level, and provides typical judgment method and basis for analyzing and judging partial discharge. Keywords: Cable; Partial Discharge; Pulse Current Method; Waveform; Frequency Spectrum; Phase Spectrum; Positioning 1 前言 电气设备检修技术的发展大致可以分为三个阶段，即故障检修、定期检修和状态检修，状态检修以可靠性为主，它是根据设备的状态而执行的预防性作业。作为电力系统运行的首要要求，供电可靠性日益凸显其重要性，因此状态检修逐步取代了以往的定期预防性检修。状态检修通过对设备关键参数的测量来识别其已有的或潜在的劣化迹象，可在设备不停运的情况下对其进行状态评估。而在线监测作为状态检修发展的大趋势，正处于起步和快速发展的重要时期。其中，电缆局部放电在线监测技术的产生更是具有革命性的意义。 电缆局部放电现象对电缆的绝缘和电能的传输产生着巨大的有害作用，局部放电的长期发展会导致电气设备产生严重的缺陷，并且由于局放的形成多在终端内部或电缆本体内部，而且过程细微发展缓慢，不易被发现，因此局部放电成为困扰着电缆安全可靠运行的一大难题。利用在线监测技术对可能存在局部放电现象的电缆进行跟踪观察，能够有效地监测局放的发展趋势，便于制定相应的解决方案对隐患进行消除。 2内部局放的产生机理 当电缆本体、接头或终端中的主绝缘存在空穴、气泡、杂质等不纯的物质时，相当于主绝缘中存在一个杂质电容，在电缆线芯通过高压交流电的情况下，会对杂质电容进行充电，当电压达到介质的击穿电压时，杂质电容间便进行一次击穿放电。如此反复地进行充电和击穿放电，产生的热量使主绝缘碳化，长期下去主绝缘便会不断
什么是脉冲电流 那究竟什么是脉冲？从字面上理解——脉搏的跳动所产生的冲击波。脉冲 的定义其实是这样的：电压(V)或电流(A)的波形象心电图上的脉搏跳动的 波形但现在听到的什么电源脉冲、声脉冲……又作何解释呢——脉冲的原意被延伸出来得：隔一段相同的时间发出的波等机械形式，学术上把脉冲定义为：在短时间内突变，随后又迅速返回其初始值的物理量称之为脉冲。从 脉冲的定义内我们不难看出，脉冲有间隔性的特征，因此我们可以把脉冲作为 一种信号。脉冲信号的定义由此产生：相对于连续信号在整个信号周期内短时间发生的信号，大部分信号周期内没有信号。就象人的脉搏一样。现在 一般指数字信号，它已经是一个周期内有一半时间（甚至更长时间）有信号。 计算机内的信号就是脉冲信号，又叫数字信号。 脉冲信号：瞬间突然变化,作用时间极短的电压或电流称为脉冲信号.它可以 是周期性重复的,也可以是非周期性的或单次的。脉冲反应堆pulse reactor ：能在很短时间间隔内达到超临界状态，从而产生很高脉冲功率和很强中子通量，并能安全可靠地多次重复运行的反应堆。它分为热中子脉冲堆和快中子脉 冲堆两类。中国建成了一座铀氢锆脉冲反应堆，这是以铀氢锆作燃料的反应堆。它主要以氢作为慢化剂，当功率升高时，温度就会提高，氢的慢化作用减弱， 反应性立即降低，反应堆有很大的瞬发负温度系数，因而呈脉冲运行。脉冲反 应堆除了用来培训人员、从事研究工作和生产短寿命放射性同位素外，还可用 来治疗癌症、中子照相、活化分析及辐照燃料和材料。脉冲电源：用户的负载需要断续加电，即按照一定的时间规律，向负载加电一定的时间，然后 又断电一定的时间，通断一次形成一个周期。如此反复执行，便构成脉冲电源。
第7章
本章教学基本要求：
数字信号的基带传输
掌握：1. 脉冲编码调制（PCM）基本工作过程 2. 低通型抽样定理内容 3. 均匀量化信噪比计算 4. A 律 13 折线 PCM 编、解码 5. 时分复用原理 6. 数字复接原理 理解：1. 多路数字电话系统构成框图 2. ?M 系统原理 本章核心内容： 一、脉冲编码调制（PCM）基本原理 二、抽样定理 三、量化理论 四、编码理论（PCM） 五、简介 ?M 系统,比较 PCM、 ?M 性能 六、时分复用和多路数字电话系统 本 章 内 容 提 要
1． 模拟信号的数字传输系统可用图 7-1 来表示：
模拟信 息源 抽样、 量化 和编码 {sk} 数字随机系列 数字通 信系统 {sk} 数字随机系列 译码和低 通滤波
m(t) 模拟随机信号
m(t) 模拟随机信号
图 7—1 模拟信号的数字传输
2． 抽样。 (1) 低通信号抽样定理： 一个频带限制在（0,fH）Hz 内的时间连续信号 m(t)，如果以 1/2fH 的间隔 对它进行等间隔抽样，则 m(t)将被所得到的抽样值完全确定。 (2) 带通信号抽样定理： 对于一个频带限制在（fL ,fH）Hz 内的时间连续信号 设 f H ? f L = B ， f H = nB + k B ， 0 < k < 1 则带通信号的最小抽样频率（fs）为： fs =2B+2(fH -nB)/n 即 fs =2B(1+k/n)
(3) 曲顶抽样（自然抽样）与平顶抽样（瞬时抽样） 曲顶抽样：在抽样脉冲持续期间，样值幅度随输入信号变化而变化。 平顶抽样：抽样值的幅度为抽样时刻信号的瞬时值，在抽样脉冲期间样 值幅度不变。 3． 脉冲振幅调制(PAM) 脉冲载波的]幅度随基带信号变化的一种调制方式。 曲顶抽样已抽样信号频谱： M s (ω ) = 平顶抽样已抽样信号频谱： M H (ω ) =
Aτ T
n = ?∞
∑S
+∞
a
(nτω H ) M (ω ? 2nω H )
1 +∞ ∑ H (ω )M (ω ? 2nω H ) T n = ?∞
其中，H(w)为脉冲形成电路的传输特性。 4． 量化 把连续信号变换为取值域上的离散值。 因为量化的结果使信号只能取有限个 量化电平之一，所以量化过程比可避免地造成误差，这种量化误差产生的噪声叫 做量化噪声。
(1)
均匀量化是把输入信号的取值域按的等距离分割的量化。 设一 M 个量化电平的均匀量化器，其输入信号在区间[-a,a]具有均匀概 率密度函数则： 均匀量化时的量化间隔： ?v = 2a M
第4章 局部放电测量的基本原理 脉冲电流法的基本原理可用图4.1所示电路阐述：当试品C X 产生一次局部放电时,脉冲电流经过耦合电容C k 在检测阻抗两端产生一个瞬时的电压变化,即脉冲电压 U ,脉冲电压经传输、放大和显示等处理，可以测量局部放电的基本参量。脉冲电流法是对局部放电频谱中的较低频段(一般为数千赫兹至数百千赫兹或至多数兆赫兹，局部放电信号能量主要集中在该段频带内)成分进行测量，以避免无线电干扰。传统的测量仪器一般配有脉冲峰值表指示脉冲峰值，并有示波管显示脉冲大小、个数和相位。放大器增益很大,其测试灵敏度相当高，而且可以用已知电荷量的脉冲注入校正定量，从而测出放电量q 。 图4．1 脉冲电流法基本原理示意图 4.1 脉冲电流法的基本测量线路 (ａ）并联法测量回路 (b ）串联法测量回路 (c ）平衡法测量回路 图4．２ 脉冲电流法的基本试验测量线路示意图 脉冲电流法的基本试验测量线路有三种，如图4．２所示,其中图4.１（a ）、(ｂ)统称为直接法测量回路,（c ）称为平衡法测量回路。每种测量回路应包括以下基本部分： （1）试验电压u ； （2）检测阻抗Ｚd ,将局部放电产生的脉冲电流转化为脉冲电压； （3）耦合电容C k ,与试品C x 构成使脉冲电流流通回路,并具有隔离工频高电压直接加在检测阻 抗上Z d 的作用; （4）高压滤波器Ｚm ，一方面阻塞放电电流进入试验变压器,另一方面抑制从高压电源进入的 谐波干扰。 （5）测量及显示检测阻抗输出电压的装置M 。 e
并联法多用于试品电容较大或试品有可能被击穿的情况下,过大的工频电流不会流入检测阻抗Z ｄ而将Ｚｄ烧损并在测试仪器上出现过电压的危险。另外,某些试品在正常测量中无法与地分开,只能采用并联法测量线路。 串联法多用于试品电容较小情况下，耦合电容具有滤波作用,能够抑制外部干扰，而且测量灵敏度随C k /C x 的增大而提高。在相同的条件下，串联法比并联法具有更高的灵敏度，这是因为高压引线的杂散电容及试验变压器入口电容(无电源滤波器时)也被利用充当耦合电容。另外,C k 可利用高压引线杂散电容来充当，线路更简单,可以避免过多的高压引线以降低电晕干扰,在220kV 及更高电压等级的产品试验中多被采用。 平衡法需要两个相似的试品,其中一个充当耦合电容。它是利用电桥平衡的原理将外来的干扰消除掉,因而抗干扰能力强。电桥平衡的条件与频率有关，只有当C x 1与Ｃx 2的电容量和介质损失角δtg 完全相等,才有可能完全平衡消除掉各种频率的外来干扰；否则，只能消除掉某一固定频率的干扰。在实际测量中，试品电容的变化范围很大,若要找到与每个试品有相同条件的电容是困难的。因而，往往采用两个同类试品作为电桥的两个高压臂以满足平衡条件。 4.２ 检测阻抗 检测阻抗，也称为输入单元,其主要作用是取得局部放电所产生的高频脉冲电流信号,并对试验电源的工频及其谐波低频信号则予以抑制。检测阻抗是连接试品与仪器主体部分的关键部件，对仪器的频率特性与灵敏度有直接关系。检测阻抗可分为RC 型及LCR 型两大类,如图 4.3所示,图中电容C ｄ主要由至仪器主体连接电缆的电容、放大器输人电容等组成。 4.2.1 ＲC 型检测阻抗 图4.３表示接有RC 型检测阻抗时的等效局部放电检测电路。当试品C x 产生局部放电时,视在放电量为q ，C x 两端会产生一个脉冲电压u ?，理想情况下u ?是一个直角脉冲波，但在实际情况中u ?具有一定的上升时间并具有以下的形式 )1(t m f e U u α--=? （４．1） 式中脉冲电压幅值)]/(/[d k d k x m C C C C C q U ++=，f α为放电衰减常数。 对于理想情况，在放电瞬间,电荷q 引起的C k 和C d 上响应的脉冲电压可认为按电容反比例分配，则C d 上的脉冲电压幅值为 图4.3 检测阻抗 图4.4 接RC 检测阻抗的测试回路
第四章脉冲电流法 §4-1 脉冲电流法与线性电流耦合器 电缆的高阻与闪络性故障由于故障点电阻较大（大于10倍的电缆波阻抗），低压脉冲在故障点没有明显的反射（反射脉冲幅度小于5%），故不能用低压脉冲反射法测距。脉冲电流法是将电缆故障点用高电压击穿，使用仪器采集并记录下故障点击穿产生的电流行波信号，通过分析判断电流行波信号在测量端与故障点往返一趟的时间来计算故障距离。脉冲电流法采用线性电流耦合器采集电缆中的电流行波信号。 图4.1 线性电流耦合器应用示意图 图4.1是冲击高压闪络测试的接线示意图，线性电流耦合器L放置在储能电容C接电缆外皮的接地引线旁。L实际上是一个空心线圈，与地线中电流产生的磁场相匝链。设时间t2与t1时电流分别为i2与i1,t1小于t2但接近t2,根据电磁感应定律求出线圈的输出电压： V＝K(i2－i1)/(t2－t1)＝KΔi/Δt (4.1) 其中参数K是一取决于线圈匝数、形状及与地线相对位置的常数，电流变化量: 47
Δi＝i2－i1， 时间变化量: Δt＝t2－t1。 式（4.1）说明，线性电流耦合器的输出电压与地线电流的变化率成正比，而不是与地线中电流本身成正比。 (a) (b) 图4.2 a.地线中的电流 b. 线性电流耦合器的输出 图4.2给出了地线中的电流与对应的线性电流耦合器的输出，可以看出线性电流耦合器在地线中电流开始上升时，输出是一个尖脉冲，而在地线中电流趋于平稳后，输出为零。因此，在故障点击穿产生的电流行波到达后，线性电流耦合器输出一脉冲信号，可以从线性电流耦合器有无脉冲信号输出，判断测量点是否有电流行波出现。 与脉冲电压法使用电阻、电容分压器进行电压取样 48
气体放电中等离子体的研究 091120*** 一、实验目的 1、了解等离子体的产生和有关参数的物理意义 2、采用探针法测量气体放电等离子体的电子温度和电子密度 二、实验原理 1.等离子体及其物理特性 等离子体(又称等离子区)定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。也就是说，其中正负电荷密度相等，整体上呈现电中性。等离子体可分为等温等离子体和不等温等离子体，一般气体放电产生的等离子体属不等温等离子体。 等离子体有一系列不同于普通气体的特性： （1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。 （2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。 （3）宏观上是电中性的。 虽然等离子体宏观上是电中性的，但是由于电子的热运动，等离子体局部会偏离电中性。电荷之间的库仑相互作用，使这种偏离电中性的范围不能无限扩大，最终使电中性得以恢复。偏离电中性的区域最大尺度称为德拜长度λD。当系统尺度L＞λD时，系统呈现电中性，当L＜λD时，系统可能出现非电中性。 2.等离子体的主要参量 描述等离子体的一些主要参量为： （1）电子温度Ｔe。它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。 （2）带电粒子密度。电子密度为ｎe，正离子密度为ｎi，在等离子体中ｎe≈ｎi。 （3）轴向电场强度ＥL。表征为维持等离子体的存在所需的能量。 （4）电子平均动能Ｅe。 （5）空间电位分布。 此外，由于等离子体中带电粒子间的相互作用是长程的库仑力，使它们在无规则的热运动之外，能产生某些类型的集体运动，如等离子振荡，其振荡频率Fp称为朗缪尔频率或等离子体频率。电子振荡时辐射的电磁波称为等离子体电磁辐射。 3.稀薄气体产生的辉光放电 本实验研究的是辉光放电等离子体。 辉光放电是气体导电的一种形态。当放电管内的压强保持在1０～1０2Pａ时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。辉光分为明暗相间的8个区域，在管内两个电极间的光强、电位和场强分布如图2.3-1所示。8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）辉区(即正辉柱)，（7）阳极暗区，（8）阳极辉
第八章脉冲波形的产生和变换 一、填空题 1.(10-1中)矩形脉冲的获取方法通常有两种：一种是________________；另一种是________________________。 2.（10-1易）占空比是_________与_______的比值。 3．（10-4中）555定时器的最后数码为555的是（a.T T L,b.C M O S）产品，为7555的是（a.T T L, b.C M O S）产品。 4．（10-3中）施密特触发器具有现象；单稳触发器只有个稳定状态。 5．（易，中）常见的脉冲产生电路有，常见的脉冲整形电路有、。 6．（中）为了实现高的频率稳定度，常采用振荡器；单稳态触发器受到外触发时进入。 7.（10-3易）在数字系统中，单稳态触发器一般用于______、 ______、______等。 8.（10-3中）施密特触发器除了可作矩形脉冲整形电路外，还可以作 为________、_________。 9.（10-2易）多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状态，故又称为________。 10.（10-2中）由门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式，但它们均具有如下共同特点: 首先，电路中含有________，如门电路、电压比较器、BJT 等。这些器件主要用来产生________；其次，具有________, 将输出电压器恰当的反馈给开关器件使之改变输出状态；另外，还有，利用RC电路的充、放电特性可实现_______，以获得所需要的振荡频率。在许多实用电路中，反馈网络兼有_____作用。 11.（10-3易）单稳态触发器的工作原理是：没有触发信号时，电路处于一种_______。外加触发信号，电路由_____翻转到_____。电容充电时，电路由______自动返回至______。 二、选择题 1．（10-2中）下面是脉冲整形电路的是（）。 A.多谐振荡器 B.J K触发器 C.施密特触发器 D.D触发器 2．（10-2中）多谐振荡器可产生（）。
浅谈使用脉冲电流法测试电缆局部放电的 分析方法 陈冠豪王宇斌何文 （广东电网公司东莞供电局，东莞，523000） 摘要:作为电缆局部放电的有效监测手段，脉冲电流法进行局部放电测试的经验及方法日益被深化和掌握。本文在实际测试分析层面上对如何使用脉冲电流法进行局部放电测试进行了介绍，为局部放电的分析判断提供了典型的判断方法和依据。 关键词:电缆；局部放电；脉冲电流法；波形；频谱；相位谱图；定位 一．前言 电气设备检修技术的发展大致可以分为三个阶段，即故障检修、定期检修、状态检修，状态检修是以可靠性为中心的检修，它是根据设备的状态而执行的预防性作业。作为电力系统运行的首要要求，供电可靠性日益凸显其重要性，因此状态检修逐步取代了以往的定期预防性检修。状态检修通过对设备关键参数的测量来识别其已有的或潜在的劣化迹象，可在设备不停运的情况下对其进行状态评估。而在线监测作为状态检修发展的大趋势，正处于起步和快速发展的重要时期。其中，电缆局部放电在线监测技术的产生更是具有革命性的意义。 电缆局部放电现象对电缆的绝缘和电能的传输产生着巨大的有害作用，局部放电的长期发展会导致电气设备产生严重的缺陷，并且由于局放的形成多在终端内部或电缆本体内部，而且过程细微发展缓慢，不易被发现，因此局部放电成为困扰着电缆安全可靠运行的一大难题。利用在线监测技术对可能存在局部放电现象的电缆进行跟踪观察，能够有效地监察局放的发展趋势，便于制定相应的解决方案对隐患进行消除。 二. 内部局放的产生机理 当电缆本体、接头或终端中的主绝缘存在空穴、气泡、杂质等不纯的物质时，相当于主绝缘中存在一个杂质电容，在电缆线芯通过高压交流电的情况下，会对杂质电容进行充电，当电压达到介质的击穿电压时，杂质电容间便进行一次击穿放电。如此反复地进行充电和击穿放电，产生的热量使主绝缘碳化，长期下去主绝缘便会不断碳化变薄，从而导致主绝缘容易被击穿，产生接地故障。
1、论文（设计）研究目标及主要任务 近些年来，等离子体的研究受到高度关注，由射频放电方式产生的低气压、高密度等离子体在新材料的制备及材料表面改性等工艺中得到了越来越广泛的应用，为了控制离子入射到极板上的行为，通常在极板上施加一射频(RF)偏压，从而在极板附近形成一射频等离子体鞘层。本课题将对离子在射频鞘层中的运动行为进行跟踪研究，力求找到等离子体中各基本粒子随射频频率变化而引起的分布情况。利用流体力学方程，将采用一个自洽的无碰撞射频等离子体鞘层动力学模型实施数值模拟。 2、论文的主要内容 介绍等离子体的概念；等离子体的流体力学理论；对射频等离子体放电的流体动力学模拟射频等离子体鞘层动力学模型给予论述。对模拟结果进行分析研究，为其应用提供理论基础。 3、论文的基础条件及研究路线 根据现有的研究成果，描述任意频率段的射频鞘层演化过程以及对射频放电的物理过程进行分析计算,并指明今后的研究方向。 4、主要参考文献 [1] 居建华．氮对类金刚石薄膜的微观结构内应力与附着力的影响[J]．物理学报，2000，49(11)：2310-2314． [2] 马锡英．氮化硼薄膜的生长特性粘附性研究[J]．物理学报，1998，304(05)：3-101． [3] 戴忠玲．射频等离子体鞘层动力学模型[J]．物理学报，2001，50(12)：2399-2402． [4] Hua-Tan Qiu．Collisional effects on the radio-frequency sheath dynamics[J]．Journal of applied physics，2002，51(06)：1332-1337． [5] 朱武飚．负偏压射频放电过程的流体力学模拟[J]．物理学报，2000，45(07)：1138-1145． [6] 马腾才．等离子体物理原理[M]．合肥市：中国科学技术大学出版社，1988：1-2 32． 5、计划进度 阶段起止日期 1 收集资料，确定题目2011.01.04－2011.01.15 2 总结资料，撰写开题报告2011.01.16－2011.02.30 3 构思框架，书写论文初稿2011.03.01－2011.03.30 4 完成论文二稿,英文文献翻译2011.04.01－2011.04.30 5 修改并完成论文2011.05.01－2011.05.15指导教师：高书侠 2011 年 1 月 2 日