脉冲分析（共12篇）
脉冲分析 篇1
摘要：分析线缆的电磁脉冲效应机理是采取措施、加强线缆电磁防护的必要步骤。以高空核爆电磁脉冲 (HEMP) 作为入射源, 基于时域有限差分 (FDTD) 方法和Noda细线模型, 分析计算了不同状态下近地面线缆的电磁脉冲效应。结果表明, 由于受到地面环境场的影响, 地面附近开路线缆的响应电流其幅值比在自由空间中的小, 振荡频率亦在逐渐降低;带负载线缆在电磁脉冲的作用下, 负载的响应电流随阻抗的不同亦呈现出明显不同的特征。所得结论有利于指导线缆的电磁防护。
关键词：近地面,线缆,电磁脉冲,效应
0 引言
核武器或非核电磁脉冲武器, 能通过其产生的高能电磁脉冲对敌方设备造成性能降级或损伤程度以上的杀伤效果来发挥战斗功效[1]。电磁脉冲对电子系统的作用方式可分为辐射耦合和传导耦合2类。辐射耦合是指, 通过空间传播的强电磁波以辐射传播的形式, 穿透设备装载车厢和设备机箱等金属壳体和金属壳体上的孔、缝进入系统;传导耦合是指, 外接长线缆、天线等成为电磁波的传导耦合途径, 以电耦合、磁耦合和电磁耦合的形式将电磁脉冲能量耦合进系统。对电子系统而言, 电磁脉冲无论是以哪种途径进入, 其最终都将作用到搭载的内部电子设备上, 这是电磁脉冲对系统进行伤害的最终目标。
在现代信息化战争中, 应用广泛的线缆承载着连接电子设备、传递信号及传输电力等重要任务, 不加电磁防护的线缆会成为电磁脉冲的收集器, 感应出具有破坏效应的耦合电流作用到系统终端设备中, 使设备出现故障甚至毁坏。因此, 研究近地面线缆电磁脉冲效应规律, 是进行线缆电磁防护的必要步骤。目前, 电磁脉冲和设备、线缆的电磁防护是相关领域的研究热点[2,3,4,5,6]。各种计算方法中, 传输线方程是求解线缆电磁脉冲效应的常用方法[7,8,9], 该方法将电磁脉冲效应问题等效为传输线问题, 是一种解析方法, 能够得到理想问题的精确解, 计算效率高。然而, 实际情况中, 电磁环境可能是复杂的, 为描述处于有损地面附近线缆的电磁脉冲效应, 本文基于适合瞬态分析的数值计算方法———时域有限差分方法 (FDTD) [10,11]来建立计算模型。
1 HEMP 表述和线缆的 FDTD 方法
HEMP在地面附近可作平面波处理, 描述HEMP较有影响的有1976年出版物标准、Bell试验室标准和IEC制定标准等。HEMP表达式以双指数函数来描述[12]:
式中, E0为峰值场强;k为修正系数; α为表征脉冲前沿的参数; β为表征脉冲后沿的参数。电场强度E (t) 和磁场强度H (t) 之间的换算关系按平面波有:
式中, η =377Ω。3种主要波形标准的表达式参数如表1所示。
为使用时域有限差分方法计算近地面线缆的HEMP电流响应, 负载使用集总元件的FDTD方程, 由于设备线缆的半径一般都比较小, 为节省运算资源和提高效率, 使用Noda等人[13,14]提出的基于等效介质参数法的细线模型。Noda方法的场更新方程与一般三维FDTD方程相同, 不同的是细导线邻近的电场、磁场计算要使用修正后的介电常数ε' 、磁导率μ' 、电导率σε'和磁阻率σm':
ε' = mε , μ' = μ/m,
FDTD的电流采样方法如图1所示。
如果在结点 (is, js, ks) 和 (ie, je, ke) 之间采样电流I , 可以使用积分形式的安培定律, 即
选择采样区域中垂直电流方向的某个横截面, 使磁场分量环绕该面, 则积分符号转变为求和符号为:
需要注意的是, 式中符号符合右手螺旋方向。并且由于电流采样使用磁场计算, 电压采样使用电场计算, 所以电流和电压的采样相差半个时间步。
2 近地面线缆电磁脉冲效应计算分析
2. 1 接地线缆 HEMP 耦合模型
近地面线缆HEMP耦合计算模型如图2所示。
接地线缆的半径为2.5 mm, 长度10 m, 两端不接负载或通过负载接地, 并与埋入地下的接地体相连接。HEMP平面波采用IEC标准, 地表电导率为σε= 0. 01 S /m, 相对介电常数εr= 10。
2. 2 与自由空间中线缆响应电流的比较
为与自由空间情形相比较, 假设线缆A、B两端开路。位于地面附近时, 线缆架高0.5 m。HEMP平面波的电场E沿y方向, 水平极化, 参数为θ =180°, φ = 0°, α = 90°。自由空间和地面附近2种情况下线缆中点的响应电流如图3所示。
由图3可见, 由于受到地面反射场的影响, 地面附近的总场激励小于自由空间, 所以地面附近线缆响应电流的幅值相对较小。同时可以看到, 在自由空间中的线缆其响应电流信号以固定频率振荡, 而地面附近的线缆其响应电流的振荡频率在逐渐减小, 这是因为大地的存在使线缆单位长度的电容增大, 从而降低了线缆上的波速, 并且因为地面的损耗和色散, 线缆上感应电磁波中不同频率分量对应的波速不同, 导致振荡频率的改变。
2种情形中线缆不同位置上响应电流的分布情况如图4所示。
由图4可以看出, 在自由空间和地面附近线缆不同位置上的响应电流皆以相应的振荡频率变化, 并以线缆中点为轴左右对称。其中, 以线缆中点的响应电流峰值最大, 越靠近线缆边缘其响应电流越小, 端点处电流趋近于零。这是因为不仅线缆开路端点的传导电流为零, 而且HEMP的低频分量较丰富, 开路时线缆端点和大地之间的分布电容产生的阻抗较大, 因此线缆端点引起的位移电流也较小。
2. 3 带负载线缆响应电流与负载阻抗的关系
设地表电气参数不变。线缆A、B端分别通过负载Z1、Z2接地, Z1= 100Ω, 架高为h = 0. 5 m。HEMP平面波垂直线缆AB段入射, 电场E沿y方向, 水平极化, 参数为θ =180°, φ =0°, α =90°。当Z2分别为电阻负载、容性负载和感性负载时, 计算B端负载响应电流, 如图5所示。
由图5 (a) 和图5 (b) 可以看出, 对于电阻负载, 负载响应电流峰值随负载阻值的增大而减小, 当负载接近开路 (Z2= 1 MΩ) 时, 负载端几乎没有电流通过。对于容性负载, 负载响应电流峰值随负载电容值的增大而增大。由图5 (c) 可以看出, 对于感性负载, 随负载电感值的增大, 负载响应电流峰值整体上减小, 振荡周期变长, 尤其是对一定范围 (1μH ~1 mH) 内的负载电感值的变化敏感, 此范围之外变化不大, 可认为是2个极限值。由图5 (d) 可以看出, 对于感性负载, 减小负载电阻的阻值, 将会在保持原来整体响应电流变化趋势的同时, 略微增大负载的响应电流。
3 结束语
线缆作为一种重要的信号和能量载体, 广泛分布于电子系统的各个角落, 研究线缆的电磁脉冲效应对加强武器系统的电磁防护具有重要意义。本文通过比较线缆在不同连接条件下的多种情形, 分析计算了近地面线缆的HEMP效应, 得到一些有利于线缆电磁防护的结论。值得注意的是, 相比自由空间, 虽然近地面环境影响了线缆对电磁脉冲的响应, 但其耦合量仍在可观的范围, 会对终端电子设备构成严重威胁, 因此线缆的电磁防护亟待加强。?
脉冲分析 篇2
脉冲漏磁无损检测系统可以用来检测带保温层管道的腐蚀缺陷,其主要参数的设计对提高系统的检测性能具有重要意义.分析了检测线圈尺寸、激励脉冲信号的.频率、电压、占空比以及边缘效应等因素对检测结果的影响,给出了检测结果随这些因素的变化规律,为系统参数的优化设计提供了依据.
作 者：王韫江 王晓锋 丁克勤 Wang Yunjiang Wang Xiaofeng Ding Keqin 作者单位：王韫江,王晓锋,Wang Yunjiang,Wang Xiaofeng(空军工程大学电讯工程学院,西安,710077)
丁克勤,Ding Keqin(中国特种设备检测研究中心,北京,100013)
脉冲分析 篇3
关键词：税制结构；税收负担；Panel VAR；经济增长
一、引言与相关文献
在市场经济条件下，税收不仅是政府筹集财政收入的主要手段，同时也是调节社会经济活动的重要政策工具。根据税负是否可以转嫁可以把税收分为直接税与间接税，相对而言，直接税较之间接税，具有更大的经济调节作用；间接税较之直接税，则具有更大的收入和财产存量的调节作用。所以，在一国的税收总量中，如果间接税占的比重较高则意味着更注重经济效率而轻公平，反之，则意味着较注重公平而缺乏效率。所以，直接税与间接税的比例成为衡量一国税制体系效率与公平的重要指标。而税负水平则表示一国政府从社会创造的国民收入中所获份额，它代表了政府对市场的干预程度，一般来说，政府税收收入规模过小，必然难以保证政府履行其职能的资金需要；而规模过大，又会抑制经济的增长。
在西方国家，对税制结构、税负水平与经济增长的关系研究的甚为广泛和透彻。其中把三者一起进行研究的主要有Engen和Skinner（1996），Tanzi和Zee（1997），Widmalm（2001），Arnold（2008），Johansson（2008）和Myles（2008）等。由于政府活动对经济具有两方面的作用：一是收税会阻碍经济增长，而政府支出则可以促进经济增长，所以政府对经济增长的作用不能仅仅考虑税负水平的高低，而是要综合考虑这两方面的作用。西方学者的研究也证实税负水平与经济增长率之间的关系不很明确，税负的高低并不是绝对经济增长率的决定因素。而不同的税制结构对经济增长的影响却不尽相同，一般来说，直接税不利于经济增长，而间接税较利于经济增长。
受国外学者的启示，我国学者也对三者之间的关系进行了大量的研究，但现有文献多数是分开进行的。其中对经济增长与税负水平关系主要有马栓友（2001）、李永友（2004）、刘凤良等（2009）等；对经济增长与税制结构的关系研究的有马拴友（2002）、武彦民和李明雨（2009）、吴玉霞（2009）等。但同时研究经济增长、税负水平和税制结构之间关系的文章则相对较少。刘军（2006）虽然研究了三者的关系，但是使用的是1978～2004年的税收数据，众所周知，1978-1993年是我国税利并存的年代，所以仅用税收数据难以反映当时的实际税负。刘涵（2008）、何茵与沈高明（2009）虽然涉及到了这三个方面，但却是分开研究的。
在结论方面，国内学者尚未对税制结构与经济增长的关系达成共识，如刘军（2006）、赵志耘、杨朝峰（2010）认为我国税收收入结构对经济增长虽有影响，但影响较小。而马栓友（2001）、王亮（2004）却认为税制结构变化对经济增长影响相当显著。对税负水平与经济增长的关系的观点也不尽相同，如何茵、沈高明（2009）认为我国各口径统计的税负水平对经济增长的净作用都显著为负，已经对我国经济的增长产生了阻碍作用；相反，赵志耘、杨朝峰（2010）则认为，在我国现行的税负水平对经济增长的影响很微弱。
此外，大多数实证方面的文献都集中在税负水平和税制结构对经济增长影响分析上，忽视了经济增长对税负水平和税制结构的反向作用，从而导致了变量的内生性偏差问题，因为税负水平和税制结构本身也是由经济增长和其它因素所共同决定的内生变量。鉴于此，赵志耘、杨朝峰（2010）使用不区分内外生变量的VAR模型研究了我国分税制改革后的三者之间的长期动态关系，可文章是以1994～2007年的国家年度数据，而VAR模型对数据数量要求较高，仅仅14年的年度数据显然不符合要求，而数据不足可能会导致结果无效。所以，有必要使用更为科学的方法对我国省级税制结构、税收负担与经济增长的关系进行研究。
二、计量方法与变量选择
（一）计量方法
由于到目前为止，我国具有可比较的税收数据是从1994～2008年间的15年年度数据，所以不能满足VAR模型的数据长度。一个变通的方法就是使用省级面板数据，这就需要使用基于面板数据的向量自回归（PVAR）的估计方法。因为与普通VAR相比，PVAR对时间序列的长度要求大大降低：如果以T为时间长度、以m为滞后项的阶数，那么只要T≥m+3时，就可以进行参数估计；而当T≥2m+2时，就可以估计稳态下的滞后项参数。
在本文的分析过程中，根据脉冲-响应函数的施瓦兹信息准则和赤池信息准则，经多次试验后选用了滞后三阶的模型：
其中 ，i代表样本单位（省份），t代表年度， 、 、 均是4×4维的系数矩阵， 、 分别是4×1维的个体效应向量和时间效应向量，第 （=1，2，3，4）个方程的误差项 满足 。本文对所有样本单位均施加了具有相同斜率系数的约束，而对因变量 的无条件均值和方差没有做任何限制。估计步骤分为以下两步：
1．PVAR估计。由于本文模型包含时间效应和个体效应，所以在估计时应先把二者消除掉，方法是：首先运用横截面上的均值差分去掉时间效应 ，采用向前均值差分来消除个体效应 ，以避免由于个体效应和回归元素相关而造成的系数估计有偏。然后，采用GMM估计方法得出系数的有效估计。为了避免有限样本产生的偏差，工具变量只选取了 。
2．脉冲-响应函数估计。本文考察的是经济增长与税制结构的关系，所以把gdp、ts设定为主要观察变量，然后根据经济运行中存在的关联关系而加入tr、tb两个参与变量。由于Choleski正交分解对变量的排序敏感，排列顺序意味着后面变量的同期和滞后期都受到前面变量影响，而前面变量只会受到后面变量滞后期的影响，经验证，四个变量的排序为{gdp，tr，tb，ts }。本文Monte-Carlo模拟给出的脉冲—响应函数在90%的置信区间内。
（二）变量选择
本文用直接税（DT）收入与间接税（IDT）收入的比值来反映税制结构（ts）的变化，其中间接税是指增值税、消费税和营业税三大流转税，除这三种税收以外的税收都归为直接税；用实际税收收入增长率表示税收增长（tax）；用实际GDP增长率（gdp）来表示经济增长；用 TAX占GDP的比例（tb）来衡量税负水平；用税收增长率/经济增长率的比值表示税收弹性（tr）。GDP、TAX、DT和IDT均是以当年价格计算，但gdp和tr是以可比价格计算的实际增长率。相关数据见表1。
注：GDP数据来自于《中国统计年鉴2010》，TAX数据来自于历年《中国税务年鉴》“全国税务机关组织收入表”。
从表1可以看出，自1994年分税制改革以来，我国税制结构发生了较大的变化，直接税的比重提高了大约50%，但就整个税制体系的布局而言，现行税制的格局仍然是以间接税为主体的。这样的税制格局有利于有效地取得收入，但却不利于有效地缩小贫富差距。分税制改革以来，我国基尼系数明显提高就是明证。就税收负担而言，十几年来，我国的税收水平呈现直线上升趋势，已经从1994年的9.59%上升到2008年的18.42%，几乎涨了一倍，已达到中等发达国家水平。
考虑到数据的可获得性，本文选择了除西藏和港澳台之外的其他30个省级单位1994-2008年的相关数据作为研究对象，其中重庆与四川的1994至1996年间的税收数据采用两地1997年的数据使用倒推的方法计算出来（其中税收增长率统一采用原四川省当年税收增长率）。
三、计量检验与结果分析
（一）PVAR分析
本文利用stata11.0软件对四个变量的面板数据做了PVAR分析（结果见表2），其中(t-1)、(t-2) 、(t-3)分别代表滞后一、二、三期。
注：括号内t值，* 表示10%的水平显著，** 表示5%的水平显著， *** 表示1%的水平显著。
从表2的统计结果可知，ts与gdp的直接关系并不全部显著。就gdp与ts的关系来看，从第二列的结果可知，随着gdp的变动，ts在滞后一、二期都是向正的方向变动，其中第一、二期在10%和5%的水平下显著，而在滞后三期，ts却向负的方向变动，但并不显著。反过来，就ts对gdp而言，按照表中第五列给出的结果，随着ts的变动，gdp的滞后三期均向负的方向变动，但并不显著，这已表明从税制结构的角度看，ts与gdp呈现出一种不显著的负相关关系。因此，二者之间的直接双向关系体现为一种非对称的关系。
因此，通过把其它两个参与变量tr和tb纳入分析体系，可以看到，ts与gdp之间存在着一种“非对称的互动关系”，而通过其它参与变量的作用，gdp对ts存在确定的推动关系，而ts对gdp作用链条未能切实到达终端。这种非对称的关系可以通过脉冲—响应函数的分析得到进一步说明。
（二）脉冲—响应函数分析
通过对四个变量面板数据的分析，得出了各变量之间的正交化脉冲—响应函数（图1）。
1.经济增长与税制结构的直接关系
就gdp与ts的关系来看，从图(13)可以得知，面对gdp的一个正交化新息，ts在同期增加到0.0393，第一期为0.1314，第二期又变为-0.4020，其余各期数值为-0.0687、0.0266、-0.1046和-0.0270，其滞后六期的累计效应为-0.4050，所以gdp对ts在开始的零到滞后一期具有正向作用，即gdp推动了ts的提高，而此后的负作用则显示随着ts的提高，gdp在提高ts方面变得更加困难，甚至变成负值。反过来，就ts与gdp的关系而言，如图(4)，面对ts的正交化新息，gdp在同期没有影响，之后的各期均为正并呈逐渐减小的趋势，其滞后六期的累计效应为0.3379，可见ts的提高直接地促进了gdp的增长，这说明从二者的直接关系来看，ts的提高，暂没有阻碍gdp的增长。
为了进一步明确二者之间的关系，我们加入其他参与变量，从展开的角度加以观察。
2.经济增长对税制结构的间接关系
加入tr和tb两个参与变量后，ts与gdp之间的互动关系逐渐变得更加清晰起来。首先看gdp的新息对ts的作用具有清晰完整的路径。从脉冲图(5)来看，随着gdp的一个正交化新息，tr呈现出波动的趋势，各期数值分别为0.6714、0.4881、-0.0767、0.5729、-0.1863、-0.0318、0.0248，其滞后六期的累计效应为1.8350，所以从累计效应来看，gdp的提高显著地增加了tr。随着tr的增加，tr的新息又会tb产生影响，见图(10)，tr的正交化新息对tb的滞后效应均为较大的正值，其滞后六期的累计效应为2.9046，这表明，tr显著增加了tb。而随着tb的一个正交化新息，ts也发生了变化，见图(15)，的滞后零到六期的效应全部为正，累计效应为4.9831，这说明tb的提高显著地增加ts。所以综合来说，通过gdp→tr→tb→ts这条路径，经济增长显著地提高了税制结构。同理，还可以找到其他的作用途径。例如，如前所述，对于gdp的一个正交化新息，tr的滞后六期的综合效应为1.8350，随着tr的增加，tr的新息可直接影响ts，如图(14)，其滞后六期的影响分别是0.8307、0.3985、-0.0181、0.6611、0.6231、0.5953和0.5944，累计效应为3.6850，影响较为显著。
此外，gdp的新息也会对tb产生直接的影响，如图(9)，在受到gdp的一个新息的影响后除滞后二期外，其他均为正值，tb在同期加到0.0185，滞后一期到六期分别为0.0395、-0.0961、0.0194、0.0187、0.0085和0.0072。但由于各数值均较小，且零到四期的累积效应正好为0，滞后零到六期的累计效应也只为0.0157，所以gdp的新息对tb产生的直接影响很微弱，即通过这条路径的作用未能切实到达终端，其作用可不计。所以由此条传播的路径（如gdp→tb→tr→tb→ts）也可忽略不计。
通过以上的分析可知，gdp对ts的间接作用主要通过两条路径来传播，一条是gdp→tr→tb→ts；另二条为gdp→tr→ts。除此以外其他路径的影响作用较小，可忽略不计。其中第一条路径的作用较大，为主要影响路径。
3.税制结构与经济增长的间接关系
税制结构与经济增长的间接关系也可以通过多种路径进行传播。从图(8)可以看出，面对ts的一个正交化新息，tr在同期没有变化，滞后一期为-0.2672，此后各期影响分别为-0.1451、0.2475、0.1117、0.0519和0.0309，滞后5期的累计效应为-0.0012，滞后6期的累计效应为0.0297。可见，tr对ts的一个正交化新息的反应是相当消极的，其作用可忽略不计，本条路径的作用也未能切实到达终端。
下面再看其它的影响路径。如图(12)，面对ts的一个正交化新息，tb在同期没有变化，而其后的各期影响均为负值，分别为-0.0681、-0.1297、-0.0822、-0.0759、0.0660和-0.0577，滞后6期的累计效应为-0. 4796，可见ts的正交化新息对tb的影响显著为负。此后，如图(7)，tb的一个正交化新息，tr在同期没有变化，在此后的滞后期基本为负数，滞后六期的累计效应为-2.9431，可见，tb的正交化新息对tr的影响显著为负。而随着tr的一个正交化新息，如图(2)，gdp在同期没有变化，在此后的滞后期的影响也基本为负，滞后六期累计效应为-0.3320，所以tr的正交化新息对gdp的影响也显著为负。由以上分析可知，ts对gdp的综合效应为负，即ts的提高不利于gdp的进一步增长。但是从另外路径却得出了相反的结论。由图(3)可知，随着tb的一个正交化新息，gdp在同期没有变化，滞后期的影响影响均为负，滞后六期的累计效应为-0.5917，所以tb对gdp的作用为负。而由前面对图(12)的分析可知，ts新息对tb的作用为负，所以，通过此条路径得出的结论是ts对gdp的作用又为正，但通过各期数值的比较可知，本路径的作用相比于上条稍弱。
所以综合以上的分析可知，ts的新息对gdp的间接影响较为复杂，有正有负，总的来说，负大于正，综合效应略为负值，即ts的提高，ts对gdp的间接作用为负。
4.税制结构、税负水平与经济增长的综合关系
通过以上的三阶滞后的脉冲响应分析，综合直接效应与间接效应的影响，可以得出以下结论：（1）经济增长的正交化新息对税制结构的直接作用为负，而间接作用显著为正，其中间接作用远大于直接作用，所以综合效应为正，即经济的增长显著的推动了税制结构的提高。（2）税制结构的正交化新息对经济增长的直接作用为正，而间接作用有正有负，通过各期的数值比较可知，综合效应为较小的正值，即当前税制结构的提高尚未对经济的增长产生不利作用。（3）经济的增长显著地提高了税负水平，而税负水平的增加又阻碍了经济的进一步增长；税收负担水平的增加提高了税制结构，而税制结构的增加限制了本身的进一步提高。
四、结论与政策启示
（一）结论
本文运用PVAR和脉冲—响应函数对我国除港澳台和西藏之外的30个省级单位的税制结构与经济增长的关系实证研究的结论如下：
1.税制结构、税负水平与经济增长三者之间的任意两者间均存在明确的双向互动关系，而如仅从任何两者的直接关系看，税制结构、税负水平与经济增长之间似乎并不存在强有力的联系，但加入相关参与变量之后，二者之间的关系就变得清晰和确定起来，显示出双向、互动的复杂关系。
2.税制结构与经济增长之间是非对称的互动关系：源自经济增长的作用链条可以顺畅地对税制结构形成有效的推动作用；而源自税制结构的作用链条对经济增长的作用较为复杂，没能产生明显的作用。
（二）政策启示
1994年以来，我国的直接税占总税收的比例提高了50%、税负水平则几乎增加了一倍，这是在没有大的税制变动的情况下取得的，但却没对经济的增长产生明显的阻碍作用，这是因为政府对经济的作用是两方面的，一般来说征税对经济不利，而政府支出则可以促进经济增长。所以，只要政府的支出政策及其他诸如货币、产业、对外贸易等政策安排得当，适当提高税收负担和增加直接税的比例，并不会对经济增长产生负作用。
所以，鉴于随着经济的增长，我国政府未来提供的公共产品和服务会逐渐增加的现实，可适当增加税负水平。鉴于目前贫富差距逐渐拉大的现实，可考虑在提高居民收入的同时，通过提高个人所得税的免征额、减少税率档次并提高加强个人所得税的征管，对居民个人住房恢复征收房产税、开征遗产税等办法提高直接税的比重，增强我国税收的财富调节作用，缩小居民收入差距，这不仅可以增加社会和谐，还可以提高边际消费倾向，促进经济增长。
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An Impulse Response Analysis on the Relationship among Tax Structures、Tax burden and Growth in China
--Based on the 30 provinces Panel VAR Model
Haiqing Liu
(School of Public Administration, Renmin University of China, Beijing, 100872)
[Abstract] This paper uses Panel Vector Auto-regression Model and Impulse response function analysis the relationship between tax structures and economic growth over the period 1994-2008 for 30 provinces (municipalities and autonomous regions) in China, the results indict that, the economic growth improves the tax structures and tax burden, but improvement of tax structures and tax burden did not hampered economic growth. So increase the proportion of direct taxes and tax burden not only be able to adjust the gap between the rich and the poor and increases social disharmonious, but also can boost economic growth by increasing government spending and consumption rate.
[Keywords] Tax structures; Tax burden; Panel VAR; Economic growth
[作者简介]
刘海庆：男，1980年7月生，山东莘县人，中国人民大学公共管理学院2008级博士生，研究方向为财政理论与政策。
电话：15801540577，E-mail：liuhaier@ruc.edu.cn。
通讯地址：北京市中关村大街59号 中国人民大学 品园3-301邮编：100872
高凌江：男，1974年9月生，河北滦平人，管理学博士，北京第二外国语学院讲师、中国社会科学院财政与贸易经济研究所博士后，主要研究方向为：财税理论与政策、产业经济。
通讯地址：北京市朝阳区定福庄南里 北京第二外国语学院旅游管理学院
邮编100024。
局部放电脉冲电流波形分析研究 篇4
关键词：脉冲电流,波形,特征分析
1 前言
电气绝缘在高电压系统设备中占有比较重要的地位[1], 电气故障绝大多数是由绝缘劣化造成, 局部放电又是造成绝缘劣化的主要原因, 因此局部放电是局部故障与设备绝缘结构缺陷的表征。局部放电会造成绝缘材料的物理和化学性能损害, 通过局放的探测和测量, 可以实现设备绝缘状况的评估, 以便及时进行必要的检修, 避免严重的设备故障发生[2]。
现有很多不同的局放检测方法, 脉冲电流法提供了一种接触式的、通过测量电流脉冲来实现局放检测的方法。整个检测回路主要由耦合电容串联测量电阻来实现。整套系统的检测频带一般小于1 MHz[3,4], 很多学者对基于工频相位的相解图进行了大量的研究, 并且随着宽带和高采样率的检测系统的发展, 记录ns级上升沿的局放脉冲波形, 对其特征进行研究逐渐成为了研究者的关注方向。
本文搭建了三种空气中常见绝缘缺陷, 即电晕放电、悬浮放电和沿面放电, 利用高速数字示波器采集了其脉冲电流波形, 从峰值、上升时间、下降时间、峰值时间和脉冲宽度等五个特征量分析了不同缺陷正负脉冲波形的差异。
2 实验系统及实验方法
2.1 试验装置及缺陷类型
图1为对典型缺陷模型进行局放实验所需的实验回路, 包括:50 k V工频无晕实验电源、典型缺陷模型、检测阻抗、MPD600局放检测仪和Tektronix高速数字示波器, 采样率为5 GS/s, 带宽为1 GHz。
文中设计了空气中的三种典型绝缘缺陷, 即电晕放电、悬浮电位、沿面放电, 用于局放数据的采集。模型如图2所示。采用相同的外壳结构, 外壳主体为透明的有机玻璃筒, 模型上下端盖材料为铝, 通过尼龙螺杆与有机玻璃筒连接在一起。
2.2 实验方法
从零开始加压, 直到出现稳定的局放信号, 记录此时电压为起始放电电压, 继续加压直到气隙击穿, 则此时电压为击穿电压, 在起始放电电压与击穿电压之间选择一个实验电压。本文选择了5.0 k V、7.5 k V、5.3 k V为电晕放电、悬浮电位、沿面放电、内部气隙三种缺陷类型的实验电压。示波器采样间隔0.2 ns, 一个波形采集100 k个点, 即数据长度为20μs。每个模型分别采集50组正负脉冲波形数据进行统计分析。
2.3 单脉冲放电波形特征量选取
通过小波软硬阈值除噪法对示波器采集到的波形进行预处理, 可以利用软阈值和硬阈值的优势, 在不同尺度上采用不同的阈值函数以达到消噪的目的。
波形特征量选取方面选择五个时域特征量即:脉冲峰值Upeak、峰值时间tp、脉冲上升时间tr、下降时间td、50%最大脉冲持续时间t50%。
在波形处理过程中, 先得到脉冲峰值Upeak。脉冲上升时间tr, 即从上升沿的最大幅值10%处开始到最大幅值90%处结束。下降时间td, 即从下降沿的最大幅值90%处开始到最大幅值10%处结束。峰值时间tp, 从过零点开始到峰值时刻处结束。50%最大脉冲持续时间t50%, 从上升沿的最大幅值50%处开始到下降沿的最大幅值50%处结束。
3 实验结果分析
先通过局放仪的PRPD谱图进行识别, 确定三种缺陷均产生明显的放电相位特征后, 再进行信号波形采集。
从去噪处理后的原始波形提取能完全表征信号的单脉冲波形的有效数据段, 得到三种缺陷下的正负脉冲波形如图2、图3, 图4所示, 发现三种放电的持续时间一般在几μs之间, 电晕放电和悬浮放电的正负脉冲波形比较相似, 最大峰值均出现在首波上, 沿面放电的波形振荡较为剧烈, 出现了连续正峰值的现象, 且最大峰值不出现在首波。
利用信号处理工具, 提取不同缺陷正负脉冲波形特征参数, 从表1所示的特征参数平均值可以看出, 三种缺陷的正负脉冲波形最大峰值比较近似。
电晕放电正脉冲波形的tr、td、tp、t50%四个特征量均小于负脉冲波形, 悬浮放电正负脉冲波形的四个特征量均比较近似, 沿面放电的正脉冲波形的tr、tp、t50%三个特征量均小于负脉冲波形, 但是其td与负脉冲近似相等。
4 结束语
通过搭建的三种空气中电晕放电、悬浮放电、沿面放电缺陷模型, 利用高速采样示波器采集了不同缺陷下的正负脉冲波形, 利用信号处理工具提取了其特征量, 分析了不同缺陷正负脉冲波形特征量的差异。
分析结果说明, 不同缺陷正负脉冲波形最大峰值比较近似, 电晕放电的正脉冲波形特征量均小于负脉冲波形, 悬浮放电的正负脉冲波形特征没有明显差异, 沿面放电的正
脉冲波形特征量除了tp也表现出小于负脉冲波形特征量的现象。
参考文献
[1]Electrical insulation in power systems[M].CRC Press, 1998.
[2]James R E, Su Q.Condition assessment of high voltage insulation in power system equipment[M].IET, 2008.
[3]Ma X, Zhou C, Kemp I J.Interpretation of wavelet analysis and its application in partial discharge detection[J].Dielectrics and Electrical Insulation, IEEE Transactions on, 2002, 9 (3) :446-457.
[4]IEC60270, High-Voltage Test Techniques-Partial Discharge Measurements[S].2001.
脉冲分析 篇5
对用于飞行姿态控制和弹道修正的微型固体脉冲推力器的结构强度进行了动静态有限元分析,考虑了脉冲推力器的.结构设计特点和加工工艺,模拟其台架静压试验和实际工作的载荷历程.数值分析结果表明,当静态台架试验内压采用动压峰值时,计算所得的结构应力、变形及其分布与模拟推力器实际工作过程的动态峰值应力、变形及分布具有较好的比拟性;燃烧室壳壁沿平行其轴线方向的破裂以及燃烧室与点火器壳体螺纹连接处退刀槽根部的开裂是推力器结构强度的主要破坏形式.计算预示与台架试验出现的相符.
作 者：吴祥法 张平Wu Xiangfa Zhang Ping 作者单位：北京理工大学机电工程学院,北京,100081 刊 名：推进技术 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF PROPULSION TECHNOLOGY 年，卷(期)：1999 20(6) 分类号：V435.13 关键词：脉动式火箭发动机 微型装药火箭发动机 有限元法 结构强度★ 小推力液体火箭发动机动态推力测试台架设计
★ 固体火箭发动机健康监测技术的发展和应用
★ 固体火箭发动机燃气舵热分析数值研究
★ 针栓式变推力火箭发动机技术现状与发展探索
★ 推力矢量技术
★ 怎么用脉冲造句
★ 补偿教学计划
★ 补偿协议范本
★ 补偿协议书
脉冲分析 篇6
摘要：在电力生产和运行过程中，电线或电缆的精确测长及参数突变点定位，对于电力施工、电缆故障检测、高阻接地故障诊断以及电缆的生产管理等都有着重要的意义。然而，对于用脉冲反射法进行电缆故障定位，脉冲源的质量决定了脉冲反射法电缆故障定位的准确程度。本文提出了一种用于电缆故障准确定位的脉冲源设计方法，并给出了具体的电路设计，该电路能够产生脉冲宽度可调，脉冲电压幅值可调的纳秒级低压脉冲，并对该脉冲源进行了测试并用于电缆故障准确定位。endprint
摘要：在电力生产和运行过程中，电线或电缆的精确测长及参数突变点定位，对于电力施工、电缆故障检测、高阻接地故障诊断以及电缆的生产管理等都有着重要的意义。然而，对于用脉冲反射法进行电缆故障定位，脉冲源的质量决定了脉冲反射法电缆故障定位的准确程度。本文提出了一种用于电缆故障准确定位的脉冲源设计方法，并给出了具体的电路设计，该电路能够产生脉冲宽度可调，脉冲电压幅值可调的纳秒级低压脉冲，并对该脉冲源进行了测试并用于电缆故障准确定位。endprint
摘要：在电力生产和运行过程中，电线或电缆的精确测长及参数突变点定位，对于电力施工、电缆故障检测、高阻接地故障诊断以及电缆的生产管理等都有着重要的意义。然而，对于用脉冲反射法进行电缆故障定位，脉冲源的质量决定了脉冲反射法电缆故障定位的准确程度。本文提出了一种用于电缆故障准确定位的脉冲源设计方法，并给出了具体的电路设计，该电路能够产生脉冲宽度可调，脉冲电压幅值可调的纳秒级低压脉冲，并对该脉冲源进行了测试并用于电缆故障准确定位。endprint
强脉冲光子治疗雀斑临床效果分析 篇7
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取2012年1月—2014年1月我院收治的雀斑患者83例, 其中男6例, 女77例;患者年龄范围为14岁~68岁, 平均年龄 (28.83±4.17) 岁;病程0.5年~20年, 平均 (6.93±0.87) 年。
1.2 方法
仪器:采用武汉奇致公司生产的IPL-QUEN-93强脉冲光子治疗仪。
术前准备:将患者待治疗部位充分洗干净, 擦干, 选择治疗波长为560 nm, 治疗头的大小选取为34 mm×8 mm。
治疗参数:选取双脉冲治疗, 第1脉冲时间为3.2 ms, 第2脉冲时间为6.0 ms。
在治疗前, 向患者仔细交代需要注意的事情, 签署知情同意书并照相。患者无需麻醉, 用眼罩将眼睛保护好, 在皮损局部涂覆3~5 m L的、冷凝胶。根据患者情况选取能量密度, 以轻中度疼痛患者可耐受为宜。
治疗后, 局部冰袋冷敷1h左右。需多次治疗者时间间隔在3周以上, 避免日光曝晒。
共治疗2次, 同一患者每次所选治疗参数应一致。
1.3 疗效评价标准
治疗后第1周、第2周、第3周对患者进行随访, 在第2次结束后3周判断疗效。显效:患者皮损清除达75%以上;有效:患者皮损清除为50%~75%;一般:患者皮损清除为25%~50%;无效:患者皮损清除不足25%。总有效率= (显效+有效) /总例数×100%。
调查患者和医生的治疗满意度, 以主观判断为依据, 分为非常满意、满意和一般。满意度= (非常满意+满意) /总例数×100%。
2 结果
2.1 临床疗效及治疗满意度
经治疗后, 83例患者中显效71例 (85.54%) , 有效5例 (6.02%) , 一般2例 (2.41%) , 无效5例 (6.02%) , 总有效率为91.56%。治疗后患者对治疗效果表示非常满意70例 (84.34%) , 满意6例 (7.23%) , 一般2例 (2.41%) , 不满意5例 (6.02%) , 满意度为91.57%;医生对治疗效果表示非常满意69例 (83.13%) , 满意8例 (9.64%) , 一般2例 (2.41%) , 不满意4例 (4.82%) , 满意度为92.77%。
2.2 不良反应发生情况
83例患者中出现水疱5例 (6.02%) , 外涂百多邦软膏后, 疱液自行吸收。无其他显著不良反应。
3 讨论
强脉冲光子嫩肤仪发射的光是复合光, 在治疗雀斑时, 不同性质的皮肤组织将能量吸收, 产生热效应。根据选择性光热作用原理, 复合光在选择性方面比较差, 因此往往会出现不良反应[2]。传统治疗雀斑的方法包括冷冻法和化学剥蚀法, 其对组织带来较大损伤, 治疗后需要较长时间的恢复。还会伴有炎症后色素沉积, 需要几个月才能恢复正常。
已有资料显示, 雀斑的病理改变基础是其基底细胞内黑素颗粒增多, 而其表皮角质形成细胞及黑素细胞没有增生[3]。研究认为, 当选取的波长范围在504 nm~510 nm左右, 激光治疗黑色素的疗效较好[4]。但有研究认为, 532 nm波长治疗雀斑也有很好的疗效。有研究学者比较了532 nm波长和755 nm波长治疗效果, 发现疗效差异无统计学意义[5]。
激光治疗雀斑有其独特的优点, 如其光斑小, 能够点对点治疗雀斑皮疹;可以在较短的时间内释放其能力, 有效破坏色素组织, 提高治愈率[6]。在本文所选病例中, 治疗总有效率为91.56%, 不良反应发生率为6.02%。强脉冲光子作为一种新型的治疗技术, 利于强脉冲光作为光源, 波长范围较宽, 能量较低, 是一种效果较好的无创性治疗手段。因此, 强脉冲光子治疗雀斑是一种有效的治疗方法。
参考文献
[1]翟若琴, 齐立攀, 庞利霞, 等.强脉冲光脱毛治疗的临床效果观察[J]中国药物经济学, 2013, 8 (1) :275-276.
[2]Eisa Solgi, Abbas Esmaili-Sari, Alireza Riyahi-Bakhtiari, et al.Soi Contamination of Metals in the Three Industrial Estates, Arak, Iran[J]Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2012, 88 (4) :634-638.
[3]林和敏, 刘广鹏, 周胜杰, 等.Q开关翠绿宝石激光和强脉冲光治疗面部雀斑的疗效和安全性[J].浙江创伤外科, 2013, 18 (3) :293-296
[4]KimMJ, KimJS, ChoSB.Punctateleucodenna after melasmatreatmen using 1064-nm Q-switched Nd:YAG laser with low pulseenergy[J]Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology, 2009, 23 (8) :960-962.
脉冲分析 篇8
1 脉冲堆燃料运输临界安全问题
脉冲堆1987年开始建造, 1990年首次冷态临界, 采用铀氢锆燃料-慢化剂粗棒状元件。当前装载有89根燃料棒, 燃料棒高度760mm[2]。
当前需要对脉冲堆乏燃料卸料、运输进行前期准备工作。脉冲堆燃料元件运输临界安全计算分析是需要提前进行的重要工作之一。拟利用MCNP程序对脉冲堆乏燃料运输过程中的临界安全问题进行计算分析, 保证脉冲堆乏燃料运输过程中的临界安全。
2 蒙特卡罗方法简介
蒙特卡罗方法是计算数学的一个重要分支。它是通过随机模拟和统计试验方法来求数学、物理等方面问题近似解的数值方法, 因而也称为随机抽样技巧或统计试验方法。
其基本思想是:为了求解数学、物理、工程技术以及生产管理等方面的问题, 首先建立一个概率模型或随机过程, 使它的参数等于问题的解, 然后通过对模型或过程的观察、抽样来计算所求参数的统计特征;最后给出所求解的近似值, 而解的精度可用估计值的标准方差来表示。
在中子输运问题的求解中, 需要使用蒙特卡罗方法建立在特定几何结构中的单一中子真实运动历史, 但是单一的中子运动带有很大的随机性, 无法作为实验参考, 因此需要使用大量的中子重复计算, 对每中子的输运历史都进行跟踪, 进而得到一个随机实验值[3]。接着使用统计平均的方法计算出随机变量某个数值特征的估计值, 使用该估计值作为输运问题的解。由于蒙特卡罗方法的统计量较多, 计算问题的解可以包括中子和光子的通量密度、堆芯的有效增殖系数keff、剂量率、粒子沉积能和反应率等。蒙特卡罗方法计算程序主要有MCNP程序、MORSE程序、KENO等程序, 其中MCNP程序是应用最广泛的蒙特卡罗程序。
3 MCNP程序
MCNP是三维几何输运理论蒙特卡罗方法程序, 全名为Monte Carlo Neutron and Photon Transport Code, 即蒙特卡罗中子-光子输运程序, 它可用于计算光子、中子、电子或者耦合光子/中子/电子输运问题, 也可以计算临界系统的本佂值问题, 可用于脉冲堆燃料元件运输临界安全计算分析。
MCNP具有以下特点与功能: (1) 灵活的几何处理能力; (2) 采用较多的降低方差的技巧, 如几何分裂与俄罗斯轮盘赌、能量分裂、重要性抽样、相关抽样以及权重窗等; (3) 使用精细的点截面数据。可以采用能点线性插值法获得连续能量, 也可以把所有截面压缩成240群, 还可以在不需要太多能点的情况下, 用较小能点的连续能量计算。因为不用进行并群处理, 因而具有特殊优势, 特别对于燃料或堆芯布置是非均匀的反应堆系统 (如先进研究堆、加速器驱动的洁净能源系统或空间用核反应堆等) ; (4) 计算功能齐全。它适用于核科学和工程方面的各种计算, 如粒子输运、屏蔽计算、武器试验的测试分析以及检验核截面数据等; (5) 程序输入、输出以及绘图功能齐全。[4,5]
4 临界安全计算
4.1 程序计算时遇到问题的解决
利用现有版本的MCNP进行脉冲堆燃料元件运输临界安全计算, 可执行程序运行时遇到“bad trouble in subroutine chgmem of imcn value of mdas is too small”错误提示[6], 导致程序不能运行, 经分析主要原因是程序动态分配的内存空间不够。因此需要对“MCNP.exe”进行重新编译。
利用Fortran97和VC++6.0对MCNP程序进行编译, 得到新的可执行程序“MCNP.exe”。新的“MCNP.exe”需要得到可靠实验数据的验证证明正确性之后才能继续开展计算分析。
利用脉冲堆首次冷态临界实验时的临界棒位数据对编译后的MCNP程序进行验证。首次冷态临界时的临界棒位为安全棒到顶390mm, 调节棒在底, 补偿棒53mm, 脉冲棒在底。脉冲堆堆芯装载燃料元件86根, 燃料元件为粗棒状, 外径37.2mm;石墨元件外形与燃料元件基本相同, 36根;堆芯装载3根稳态控制棒 (安全棒、调节棒、补偿棒各1根) , 稳态控制棒下端为燃料元件跟随体, 即控制棒上部为中子吸收体, 下部然燃料元件。燃料元件参数见表1。
利用编译后的“MCNP.exe”程序进行临界计算分析。得到临界棒位为安全棒在顶390mm, 补偿棒60mm, 调节棒和脉冲堆在底, 从计算结果可以看出MCNP程序计算得到的临界棒位与实验结果符合的比较好。证明编译后的MCNP程序可以用来进行脉冲堆燃料元件运输临界安全分析。
4.2 乏燃料运输临界安全计算
利用编译后的MCNP程序用来进行脉冲堆燃料元件运输临界安全分析。拟利用中核清原公司的RY-I型燃料元件运输容器进行运输脉冲堆乏燃料的运输。运输容器的主要参数如表2所示。脉冲堆燃料元件的主要参数如表1所示。
根据运输容器的内腔尺寸和元件的尺寸, 运输时容器拟装37根燃料元件, MCNP计算几何模型如图1所示。容器中共装4圈37根燃料元件。进行保守计算, 可假定在极端事故情况下, 运输容器进水, 乏燃料处在水环境中, 元件外为钢容器壁, 将乏燃料当作新燃料进行临界安全计算。
经计算, 装有37根燃料元件的运输容器的keff为0.9402。满足法规规定的燃料元件及运输容器整体处在水环境中, 内部也进水情况下, keff不大于0.95的要求。因此脉冲堆燃料元件运输时的临界安全是有保证的。
5 结语
介绍了用于临界安全计算的蒙特卡罗方法和MCNP程序。利用Fortran97和VC++6.0对当前MCNP程序运行出错的问题进行了编译解决, 利用脉冲堆的冷态临界实验实测数据对重新编译后的MCNP程序进行了校核计算验证, 最后利用经校核的MCNP程序完成了脉冲堆退役乏燃料运输、存储过程中的临界安全分析, 临界安全分析结果满足表明脉冲堆退役过程满足临界安全要求。
参考文献
[1]阮可强.核临界安全[M].原子能出版社, 2005.9.
[2]黄新东.脉冲堆堆内垂直孔道偏心腔孔道操作根据结构设计与分析.核动力工程, 2002.12.
[3]Dennis M.Duggan.Improved radial dose function estimation using current version.MCNP Monte-Carlo simulation:Model 6711and ISC3500 125I brachytherapy sources.Applied Radiation and Isotopes, 2004, 61:1443-1450P.
[4]LANL Group X-6, MCNP-A General Monte Carlo Code for Neutron and Photon Transport, USAEC Report LA-7369-M, 1979.
[5]张晓敏, 张文仲, 骆亿生.MCNP程序在反应堆堆芯建模中的应用.核电子学与探测技术.2006 (2) :219-221.
电磁脉冲对射频接收机威胁分析 篇9
电磁环境日益复杂, 无论是自然的雷电、静电放电还是认为电磁辐射装置产生的电磁脉冲都对现代电子设备存在潜在的威胁, 使得电子设备愈发脆弱。电磁脉冲作为攻击介质, 具有明显优势, 既可以进行压制、干扰等软杀伤;也可以损毁敌方电子设备, 瘫痪其通信、导航、雷达等系统, 达到硬杀伤的目的[1]。近年来, 随着高功率微波技术的不断发展, 电磁脉冲的输出功率不断提高, 对射频系统的威胁也更加严峻, 因此需要对射频系统遭受电磁脉冲攻击时的受损情况和预测保护措施加以研究。
射频接收机是现代电子系统中最重要的组成部分, 应用在通信、导航等许多领域。射频接收机一般位于天线后端, 直接发送和接收空间中各种电磁信息。然而, 接收机可以接收到任何信息的同时也极易被干扰, 如高功率噪声和电磁脉冲。相比于常规的通信功率, 电磁脉冲可以达到100 MW的峰值功率, 频率范围跨度从1~300 GHz, 从而直接破坏后端电子设备。因此, 分析射频接收机受到电磁脉冲攻击时的受损情况非常必要。电磁脉冲通过耦合的方式进入设备内部, 耦合路径主要分为前门耦合和后门耦合。其中前门耦合主要是主动耦合, 其电磁能量通过接收器, 如天线、传感器等进入后端系统, 而后门耦合多指异常耦合路径, 如孔缝、线槽、接口等[2]。相较于后门耦合, 天线系统普遍存在于各类电子设备, 前门耦合路径明显, 且有天线带来的增益, 对电子设备更具有危险性, 因此前门耦合应引起足够的重视。
1 电磁脉冲环境分析
电磁脉冲作为电磁能量的瞬间辐射现象, 在时域与频域上有着独特的特征。按照不同的产生方式可分为:雷电脉冲、核电磁脉冲及非核电磁脉冲[3]。其在时域上的波形的前沿陡峭且脉冲宽度较窄, 频域上的波形覆盖了较宽的频带。三种电磁脉冲特性以及对电子设备的影响如下:
雷电脉冲[4]是指在自然雷击现象中雷电放电所产生的电磁辐射。雷电产生的电磁脉冲效应可分为直接效应和间接效应。雷电直接效应是指当雷电电弧附着时伴随产生的高温、高压冲击波形、高电位反击以及电磁辐射能量对电子设备或系统所造成的燃烧、溶蚀、爆炸、结构畸变和强度降低等;间接效应是指当雷电放电时产生的强电磁脉冲耦合到电子设备或系统中, 使其受到干扰甚至损坏。
核电脉冲[5]是由离地面30~500 km的高空区域发生核爆炸产生的γ射线激发电离大气层而产生的电磁脉冲。其电磁场强度要比雷电电磁脉冲大几百倍, 峰值场强高 (电场强度可达104~105 V/m) , 上升沿的时间短 (小于5 ns) , 频率宽 (覆盖了从kHz到300 MHz内的频带) , 覆盖范围广 (半径可达数百千米到上千千米) 。通过电子设备的接收机进入系统后, 可以对重要敏感电子元器件造成暂时性或永久性的破坏。
非核电磁脉冲主要是由电磁脉冲武器利用炸药爆炸, 通过高功率微波转换器件, 再经定向辐射天线辐射出去的电磁脉冲。其辐射功率峰值可达GW级, 覆盖频率为300 MHz~3 GHz。电磁脉冲武器产生的电磁脉冲可以使敌方的电子设备元器件失效或烧毁或者使敌方系统出现误码、记忆信息抹掉等, 可以有效对敌方的C4IRS系统进行干扰、降级或摧毁。
由以上对电磁脉冲的概述可知, 电磁脉冲环境日益恶劣, 对现代电子设备的威胁日趋严峻, 因此开展电磁脉冲对电子设备的耦合的研究十分必要, 可以为后续电磁脉冲的防护工作奠定基础。
2 电磁功率传输建模
系统模型由电磁传播和接收模型组成, 如图1所示[6]。
不考虑电磁发射系统的方向性和增益, 电磁能量在空间成球面分布, 全向传播能量如式 (1) 所示[7]:
式中:P为球面上某点的接收功率;R表示传播距离;PT表示传输功率。考虑到天线增益GT和天线的方向性, 接收功率为:
接收功率受天线孔径影响, 如下所示:
天线实际物理孔径Aphys和等效孔径之间的关系为[8]:
天线的等效孔径越大, 会带来更大的增益和更小的主瓣宽度, 这样大部分能量集中在主波瓣内, 天线增益可以表示为:
接收功率最后可以表示为:
3 射频接收机
一般电子系统的射频接收机结构模块化建模模型如图2所示[9,10]。
射频接收机前端主要由带通滤波器 (BPF) 和多级的低噪声放大器 (LNA) 组成。其中带通滤波器将所需频带内的电磁信号 (能量) 进行滤波, 经低噪声放大器放大, 下变频至中频, 经A/D采样, 变换为数字基带信号进行处理。
本文主要模拟普通射频接收机的前端。系统接收频率设定在S频段, 接收中心频率为2 000 MHz, 接收带宽为150 MHz, 两级低噪声放大器增益分别为14 dB, 22 dB。
根据射频系统的需求不同, 带通滤波器有着不同的结构。本文采用的设计是由低通滤波器和高通滤波器组成的带宽为 (2 000±75) MHz的典型带通滤波器, 如图3所示。
天线的低通滤波器的输入电压与输出电压分别为Vbpf, Vipf, 可以表示为:
经高通滤波后:
由式 (7) 和式 (8) 可得:
为了从噪声中放大所需信号, 还需要分析低噪声放大器的内部结构, 常见的低噪声放大器结构如图4所示。
简单的低噪声放大器结构分为电阻终端, 1 gm终端, 串联-并联反馈和电感负反馈, 这些结构各有利弊, 但使用电感的可变结构具有较好的噪声系数和阻抗匹配。因此, 通常应用于窄带系统, 如射频接收机。
CMOS类感应型结构的低噪声放大器的信号模型, 如图5所示[11]。
处于谐振频率时, 输入阻抗是实数, 且完全正比于Ls, 这样Ls的实部等于输入阻抗 (50Ω) , 同时电感系数关系到谐振频率。在信号模型中, LNA的放大倍数GT可以定义为:
式中:ΓS和ΓL分别是信号源与载荷的反射系数, 对于窄带放大器, 输入、输出的反射系数通常为0, 此时放大倍数就表示为:
4 仿真结果
4.1 宽带电磁脉冲模型
由于超宽带电磁脉冲发生器产生的电磁脉冲与高斯脉冲的形式非常相近, 因此本文采用微分形式的高斯脉冲代替超宽带脉冲, 其时域表达式为:
式中:t0为时间延迟;τ为时间衰减常数。
经傅里叶变换可得其频域表达式为:
4.2 仿真分析
仿真分析主要分为两部分:一是仿真电磁能量从发送端到接收端天线, 描述了传送和耦合到接收天线的能量;另一种是对目标接收机的损毁程度, 描述了由多少能量进入到目标系统内部。仿真条件参见表1。
表1中, A表示天线物理孔径;η表示天线效率;D表示传播距离;Z表示阻抗;AP表示增益;FC表示中心频率;FH, FL表示带宽。
电磁能量经天线传输过程如图6所示。
脉冲在传播过程中, 会发生路径损耗, 将这个过程用串并电阻替代, 仿真结果如图7所示。
经过接收机后峰值功率如图8所示。
由图8可知, 接收到脉冲的峰值功率大约为0.072 MW, 经过BPF后, 因BPF带宽为200 MHz, 峰值点后移, 且峰值功率降低, 仅有0.012 MW, 后经两级LNA放大, 峰值点进一步后移, 峰值功率达到0.35 MW。
以上仿真模拟了射频接收机正常接收信号时, 接收机内部各模块的能量分布。当电磁脉冲超过接收机电子器件的接收门限电压 (其电压大约为60 V) , 这时接收机电路等效为短路, 接收到的电磁脉冲能量瞬间达到峰值, 如图9所示, 可知进入电子器件的能量远大于正常工作的能量, 由此可以判断, 电子器件将被损毁。因为BPF和LNA元器件被损毁, 等幅的电磁脉冲会进一步进入接收机中频段, 导致整部接收机被损毁。
5 结语
本文研究了电磁脉冲对射频接收机的损毁程度, 建立了电磁脉冲到达接收机的信号模型, 从仿真结果看, 在损毁门限内, 带通滤波器和低噪声放大器会较大程度地降低脉冲能量并产生延迟。当脉冲超过损毁门限, 带通滤波器和低噪声放大器内部器件被损毁, 均产生短路, 使得脉冲能量进入中频段, 可以预见整部接收机将被损毁。该仿真对进一步开展电磁脉冲前门耦合防护技术研究有一定的借鉴意义。
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脉冲分析 篇10
山东光明热电股份有限公司4#炉静电除尘器于2000年投用,2004年4#炉新增一条垃圾皮带,用于焚烧生活垃圾。2006年4月,公司对4#炉进行了一次大修。在此期间,每年一次电除尘器大修,大修后的除尘效果自2006年10月份以来,电除尘器除尘效率明显降低,导致检修工作量增大,维修费用较高。为提高电除尘除尘效率,降低运行和维护费用,公司投资40万元对电除尘器进行技术改造,将电除尘器的供电方式由直流供电改为电源脉冲供电,并对电除尘器进行了全面检查和检修,从而烟气减排量低于国家标准第3时段烟尘标准值,出口含尘浓度也随之降低。
1 电源脉冲供电技术
电除尘脉冲供电的基本方式是在直流供电基础电压上叠加脉冲电压。目前国内外实现这种途径主要有两大方法:一是利用两套设备,一套产生高压直流,另一套产生高压脉冲,叠加形成脉冲供电。二是仅用一套电源设备实现脉冲供电。前者在高压端产生脉冲,工艺复杂,成本特高,投资大,用户难以接受。后者是在整流器低压端产生脉冲,升压整流后形成脉冲电压,只需一套设备,技术先进,工艺简单,成本低,能耗少,是目前较先进、理想实用的脉冲供电技术,是电除尘器直流电源改造或更新的换代产品。
电源脉冲供电装置工作原理(见图1):利用晶闸管元件的开关作用和整流二极管的单向导电性,以及利用电除尘器系统回路固有电容C、整流变压器回路固有电感L、回路损耗电阻R,构成RLC振荡回路,在整流变压器低压端(输入侧)产生脉冲,然后升压整流后形成既有基础电压,又有窄脉冲供电。这种脉冲供电主要由基础电压调节电路、脉冲产生电路、保护电路、脉冲幅值调节电路等组成。
脉冲供电是在直流供电基础电压上叠加脉冲电压,电除尘脉冲供电具有如下优点:(1)改善电除尘的运行状况;(2)大幅度提高除尘效率;(3)降低电能消耗;(4)使尘粒荷电迅速:脉冲作用期间,可施加比起晕电压高得多的电压,电晕强烈。据推算,电极室离子密度比直流供电高几十倍;(5)脉冲电晕沿线分布均匀,收尘板上电晕电流的分布均匀性变好;(6)有效地抑制反电晕现象:较窄脉冲供更高电压,对克服电晕线的局部污染或肥大而引起电晕放电电压降低的现象明显有效;(7)脉冲供电收尘效果显著,在基本上保持同工况条件下,它比直流供电降低出口含尘浓度30%～75%,脉冲供电节省电能10%～40%;(8)技术含量高,设备运行安全可靠。
2 原、新供电系统介绍及能耗对比情况
针对节能和除尘效果做了如下试验和测试:
对原直流供电方式和脉冲电源供电方式做了以下试验,数据及记录如表1所示。
莱芜环科检测中心对电除尘烟尘、烟气进行技术分析,电除尘烟尘(生产性排尘)/烟气监测统计分析表如表2所示。
3 结论
(1)节能效果。
脉冲电源供电方式下的烟尘浓度为81mg/m3,远远低于GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准第3时段烟尘标准值200mg/m3。与直流电源供电方式相比,烟气减排量为77.9mg/m3,出口含尘浓度降低了49%。脉冲电源供电方式下的烟尘排放量为直流电源供电方式烟尘排放量的48%。采用原直流供电方式电除尘器的总耗电量为32.2kWh,脉冲电源供电方式电除尘器的总耗电量为29.05kWh,节电率为10%,电价按0.49元/kWh,电除尘器按年7200h计算,可以节约生产成本为11113.2元。虽然公司改造为脉冲电源供电方式电除尘器的直接利益(即节约生产成本为11113.2元)不算多,其间接利益价值估算约为1.45万元/月。
(2)环境效果。
改造后出口含尘浓度降低,极大减少了对本地区的环境污染,提高了附近居民的生活环境水平;
烟气减排量为国家标准第3时段烟尘标准值的40%,即使国标标准有所改变,公司无需对电除器进行新的设备改造,从而节省下的生产资金可用于其他设备的改造;
通过正常的停炉检修时发现电除器内部磨损比改造前明显减轻;
因电除尘器冒黑烟导致停炉的概率降为0,其间接利益价值估算约为1.45万元/月。
(3)投资及回收期情况。
经络电脉冲疗法 篇11
20世纪50年代后，疏通经络的方法逐渐用上了现代科技，如低频电脉冲、超声波、激光、药物穴位注射等等。
现代科学证实，人体穴位和经络线的电阻比周围组织低很多，也就是说，人体穴位和经络线是身体各部位的最良导体。在人体皮肤表面加一个低频电脉冲，只要电极能覆盖某个穴位时，电流主要是沿着穴位点进入体内，然后循经络线传导构成回路。
现代研究证明，经络线只有1毫米左右宽，穴位点就是这1毫米左右宽经络线上的某个点，扎针要想取得良效，就必须十分准确地按位置、角度、深度行针。技术性很强，有相当难度。而利用经络治疗器进行经络治疗为人们提供了一个十分便利的刺激经络的方法，只要把皮肤电极置于穴位处，电极覆盖了穴位就可以了。
经络电脉冲疗法操作方法
1．首先检查全部旋钮是否调至“0”位。
2．将电极固定在穴位上，负极放在主穴上，正极放在配穴上，电极必须压紧，防止移位。
3．准备完毕再启动开关，电流强度和频率由小逐渐增大。
4．在治疗肩周炎、颈椎病和坐骨神经痛时，治疗15～30分钟后，可将正负极插线互相交换，变换极性，提高疗效。
5．治疗结束后，先关闭电源，再取下电极接头。每日1次，每次30～60分钟，2星期为1个疗程，间隔ｌ星期后，再继续第二个疗程。
养生应用
1．感冒风府（＋）、大椎（－）、迎香（－）、合谷（＋）。前额头痛加头维（＋），两侧头痛加太阳（－）。
2．咳嗽肺俞（－）、天突（＋）、膻中（－）、列缺（＋）、尺泽（－）、丰隆（＋）。
3．哮喘关元（－）、气海（＋）、肺俞（－）、太渊（＋）、鱼际（－）、丰隆（＋）。
4．头痛前额痛头维（＋）、合谷（－）；偏头痛：太阳（＋）、外关（－）；后头痛：风池（－）、后溪（＋）；巅顶痛：百会（＋）、 风府（＋）、太冲（－）。
5．高血压 合谷（－）、太冲（＋）、足三里（－）、曲池（＋）。
6．失眠神门（－）、合谷（＋）、太溪（－）、三阴交（＋）。
7．胃痛内关（＋）、公孙（－）、足三里（＋）、梁丘（－）。
8．胁肋痛外关（＋）、阳陵泉（－）、肝俞（－）、胆俞（＋）。
9．腹泻天枢（－）、大肠俞（＋）、足三里（－）、上巨墟（＋）。
10．尿路感染中极（－）、气海（＋）、太冲（＋）、阴陵泉（－）。
11．前列腺炎中极（－）、曲骨（＋）、合谷（－）、次髎（－）、膀胱俞（＋）。
12．面瘫翳风（－）、下关（＋）、阳白（－）、颊车（＋）、合谷（－）、风池（＋）。
13．三叉神经痛攒竹（＋）、翳风（－）、下关（＋）、颊车（－）、行间（＋）、合谷（－）。
14．腰痛大肠俞（－）、次髎（＋）、委中（－）、承山（＋）。
15．坐骨神经痛大肠俞（－）、秩边（＋）、环跳（－）、委中（＋）、肾俞（－）、次髎（＋）、环跳（－）、阳陵泉（＋）、昆仑（－）。
16．肩周炎肩髃（－）、臂月需（＋）、肩髃（－）、肩内俞（＋）、曲池（－）。
17．网球肘天应穴（－）、手三里（＋）、外关（－）、合谷（＋）。
18．膝关节病犊鼻（－）、阳陵泉（＋）、阴陵泉（－）、太冲（＋）。
19．踝关节扭伤昆仑（－）、丘墟（＋）、解溪（－）、天应穴（＋）。
20．颈椎病天柱（－）、大椎（＋）、风池（＋）、外关（－）、后溪（＋）。
21．中风后遗症上肢：肩髃（－）、曲池（＋）、外关（－）、合谷（＋）；下肢：环跳（－）、阳陵泉（＋）、悬钟（－）、太冲（＋）。
22．脉管炎上肢：曲池（－）、三阳络（＋）、八邪（两侧）（＋）（－）；下肢：阳陵泉（－）、绝骨（＋）、八风（两侧）（－）（＋）。
23．慢性鼻炎迎香（＋）、合谷（－）。
24．神经性耳聋听官（＋）、翳风（－）、中渚（－）、外关（＋）。
25．戒烟列缺（－）、合谷（＋）、脾俞（－）、肺俞（＋）。
26．减肥天枢（－）、大横（＋）、关元（－）、气海（＋）、阴陵泉（－）、丰隆（＋）。
注意事项
1．治疗时，避免刺激造成疼痛。尤其是虚弱者，宜采用补法，功率不宜过强。
2．治疗时，如出现晕针现象，应立刻停止治疗，静卧片刻，喝些热开水即可恢复。
3．严重高血压和心脏病及局部皮肤溃破者，不宜用本法。
4．两侧肢体接线不能左右交叉，避免电流通过心脏。
５．对肿瘤、出血性疾病，病变局部禁止配穴。
脉冲分析 篇12
在现代雷达中普遍采用脉冲压缩技术来同时扩大作用距离和距离分辨力,即发射大时宽带宽积的雷达信号,以提高发射的平均功率,保证足够的最大作用距离;在接收时采用相应的脉冲压缩获得窄脉冲,以提高距离分辨力。随着固态发射组件技术的成熟,脉冲压缩雷达获得了越来越广泛的应用。开展对其干扰技术的研究具有十分重要的现实意义,噪声干扰是一种类似于接收机内部噪声的干扰信号,包括用噪声信号对微波信号进行调幅、调频和调相后发射的干扰,噪声干扰从信号形式上又可分为射频噪声干扰、噪声调幅干扰、噪声调频干扰、噪声调相干扰等[1,2,3,4],由于噪声调频干扰易于获得宽频带、大功率的干扰,因而成为噪声干扰的主要方式,本文从对噪声调频干扰的原理分析出发,利用Matlab进行了噪声调频干扰对脉冲压缩系统影响的仿真分析。
1 噪声调频干扰原理
噪声调频信号是用噪声对载波进行调频后形成的一种随机信号[5],可以用来作为雷达遮盖式干扰信号的一种形式,其信号形式可以用式(1)表示:
式中:调制噪声u(τ)为零均值、广义平稳的随机过程;φ为[0,2π]均匀分布,且与u(τ)相互独立的随机变量;A为噪声调频信号的幅度;ω0为噪声调频信号的中心频率;KFM为调频斜率。图1为Matlab仿真的噪声调频信号。
噪声调频干扰信号对应的功率谱密度为:
式中:mfe为有效调制指数,mfe=fde/ΔFn;其中fde为有效调频带宽;ΔFn为调制噪声带宽;ΔΩn为调制噪声的谱宽。
噪声调频信号干扰带宽的计算如下:
(1) mfe≫1时,噪声调频信号的干扰带宽:
式(3)说明,mfe≫1时噪声调频信号的干扰带宽与调制噪声带宽ΔFn无关,而决定于调制噪声的功率σ2n和调频斜率KFM。
(2) mfe≪1时,噪声调频信号的干扰带宽:
式(4)说明,mfe≪ 1时噪声调频信号的干扰带宽与调制噪声带宽ΔFn、有效调制指数mfe均有关。
当mfe≫1时,只有[-B/2,B/2]内的很小一部分干扰功率进入脉冲压缩器;而当mfe≪ 1时,全部干扰功率进入脉冲压缩器中。由此可见,噪声调频干扰对线性调频脉冲压缩雷达具有很强的干扰能力,尤其是当mfe≪1的情况下干扰效果最好[6]。图2为Matlab仿真的噪声调频信号的频谱。
2 噪声调频干扰对脉冲压缩雷达影响仿真
脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频(Linear Frequency Modulation)信号,接收时采用匹配滤波器(Matched Filter)压缩脉冲[7]。图3为脉冲压缩雷达的数字处理流程。
脉冲压缩雷达发射大脉宽、宽频带的线性调频信号,回波信号经A/D采样后,成为数字信号,然后经过FFT处理,其结果经匹配滤波器后,做逆FFT变化后即可得到经过压缩的距离窄脉冲信号。理论分析表明,LFM信号经匹配滤波后,输出脉冲具有辛克函数的性质,其第一副瓣较主瓣仅低约13.2 dB,在多目标的环境中,高的旁瓣特别是第一旁瓣会淹没附近较小目标的主瓣,引起目标丢失。为了提高分辨多目标的能力,通常采用加权技术予以解决,即将匹配滤波器的频率响应乘上某个适当的函数,如汉明窗、海明窗等。
下面采用Matlab分析仿真噪声调频干扰对脉冲压缩雷达的影响[8,9,10],仿真参数设定如下:
发射脉宽为10 μs,调频带宽为30 MHz,采样频率为150 MHz,目标距离为12.5 km,图4和图5分别为未加调频噪声干扰的回波信号波形和脉压后的结果,图6和图7分别是加调频噪声干扰的回波信号和脉压处理后的结果。
从图中可以看出,未施加噪声干扰时,目标信号脉冲压缩后,压缩脉冲的主副瓣比大约为42 dB。表明匹配滤波器加权后,脉压结果具有较好的主副瓣比,可以满足多目标的检测要求。但当加入噪声调频干扰后,目标信号脉冲压缩后,在整个距离段上,压缩脉冲的主副瓣比仅为15 dB,相比未加噪声干扰的处理结果,恶化了27 dB,而且在仿真过程中发现,当干扰信号功率加大时,目标信号会被完全遮盖。
图8和图9是多目标信号的脉冲压缩仿真结果,图8是未加干扰时4个不同距离、不同强度目标回波信号的脉压仿真结果,匹配滤波器加海明窗,结果表明,4个目标可以很清楚地区分开。图9是目标信号有噪声调频干扰时,脉冲压缩的处理结果。可以看出,相比无干扰的情况,距离旁瓣均有大幅的抬高,1.05 km处的目标已经被完全遮盖,而且在1.175 km和 1.27 km处出现了2个信号比较强的假目标。
3 结 语
Matlab仿真结果表明,虽然现代雷达采用了脉冲压缩技术大大提高了其抗干扰能力,但噪声调频干扰对脉冲压缩体制雷达还是有较强的干扰作用,会恶化信号的距离主副瓣比值,在多目标的情况下, 会出现小信号目标被完全覆盖的情况和假目标的情况,对脉冲压缩雷达的正常工作造成了一定干扰。
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