脉冲电子技术

脉冲电子技术（共12篇）

脉冲电子技术 篇1

0 引言

在传统的燃烧控制方式中, 加热炉的加热一般是通过调节燃料和空气的流量使它们按一定的比例混合达到充分燃烧的。在燃料热值较高的情况下, 使用少量的燃料就可以满足加热工艺的需要, 燃料和空气的流量均比较小, 输送燃料的管路的截面也较小, 采用传统的连续控制方式, 控制燃料和空气的蝶阀就要做得较小, 导致蝶阀工作在非线性死区。而采用数字化的燃烧技术—脉冲燃烧控制技术进行加热炉的燃烧控制, 可以很好地解决以上问题。

1 脉冲燃烧控制技术

1.1 脉冲燃烧控制技术简述

脉冲燃烧控制技术是通过控制烧嘴的燃烧时序和燃烧的时间来控制炉子的温度, 并且每个烧嘴可以进行单独的调节和控制。烧嘴何时点燃是由脉冲控制器控制的, 而烧嘴的燃烧时间是由设定温度和炉子实际温度的偏差值决定的。

1.2 脉冲燃烧控制技术的优点

不需要燃气、空气流量控制回路、克服流量调节的局限性、简化了空、燃气的管路设计、增强了炉子的灵活性、减少维护的工作量、操作容易、自动化程度高。

2 应用实例

脉冲燃烧控制技术在大连发动机配件有限公司台车式热处理炉控制系统上的得到很好的应用。

2.1 主要控制功能及实现手段

该炉的自动化系统包括燃烧自动化和电气自动化两部分, 其控制功能设置围绕炉温控制而展开, 辅以燃烧控制、炉压控制、机械运动控制、PLG、供风总管压力调节。

2.1.1 炉温控制

根据每个温区的温度情况, 每区用一个脉冲控制器按照加热工艺要求设定统一的升温曲线来控制每个烧嘴的工作状态, 这种燃烧方式在开/闭交替切换的过程中既调节了炉内局部热负荷, 又增加炉气循环的扰动, 能进一步消除炉内局部温差。

其炉温具体设定方式分为三种:

①手动设定方式:根据仪表盘温控器的温度显示, 通过仪表盘上的脉冲控制器改变相应的空气阀门执行器的开启和开度的频率。②手动设定方式:在CRT上, 手动改变温度调节器的设定值 (SP) , 对各段炉温进行设定。③程序设定方式:对于不同规格和材质的坯料, 有不同的工艺曲线, 因此亦对应不同的各供热区炉膛温度。工艺人员可将对应于上述不同规格和材质的理想炉温设定值以数据库的形式, 保存在PLC内, 并在CRT的“钢种选择画面”上“按组”显示。工作人员可根据需要, 通过“一触式”按键, 对各供热区的炉温进行批量设定。

2.1.2 燃烧控制

燃烧控制系统由“本机”和“手控”2种控制模式, 在“本机”工作状态下, 由控制器实现自控, 并根据设定的燃烧器开/闭自动交替。如果本机出现故障, 还可以采用手动应急控制。

2.1.3 炉膛压力控制

炉压控制对于本炉操作是至关重要的一个方面。在本应用中借助于烟道闸板阀实现炉压调节, 将炉压控制在微正压;炉顶设微差压变送器监测;炉膛压力高、低报警;计算机显示记录, 仪表盘显示。

2.1.4 紧急停炉保护联锁

为保证燃烧系统的安全运行, 系统设置紧急停炉保护联锁功能。在冷风压力过低、风机故障信号、电气停炉信号、紧急手动停炉情况下, 发生自动停炉。当发生自动停炉时, 系统完成总管燃气切断动作, 提示操作员进行管道内煤气排放吹扫等操作。

2.1.5 电气控制

电气控制系统含炉区范围内的电气控制和低压配电。炉区全部采用低压 (380 V/220 VAC) 供电。控制范围包括:①台车驱动控制:采用点动控制, 设台车限位开关, 前进、后退、前到位、后到位报警并指示。②炉门升降控制:采用点动控制, 设炉门限位开关, 上升、下降、上到位、下到位报警并指示。③气动密封装置控制:采用点动控制, 设密封限位开关。④助燃风机启/停控制。⑤掺冷风风机。

2.2 控制系统的结构及硬件配置

该系统由人机接口、PLC、现场仪表、温控器、脉冲控制器等组成。其结构如图1所示:

下位机:炉区自动化控制系统、燃烧控制系统、电气自动化控制系统, 由1套西门子PLC组成。主要完成通讯、数据的采集、重要的逻辑控制等, 例如:切断、吹扫、点火正常/故障等。

上位机:采用工控机作为该系统的工作站, 以WINDOWS2000作为系统软件, 监控软件采用编程软件和开发版组态软件。可在线对整个系统进行组态、参数修改、开发等;可通过软件实时监视系统工艺参数变化、设备运行、故障发生等情况, 并进行多种模式操作, 同时负责日常报表、事故和数据的记录等。

2.3 控制系统功能

该控制系统是一个集监视、操作、管理的综合性系统, 操作人员可以通过键盘和鼠标在CRT上的监控画面进行操作和监视, 进行历史数据的查询, 报表的自动定时和手动打印, 报警的确认及查询等。上位机故障时, 控制系统仍能进行正常工作;系统配置UPS电源, 在外部电源故障时, 有充足的时间进行安全联锁工作, 确保加热炉和设备的安全。

3 结语

在脉冲燃烧控制技术中, 烧嘴频繁地点燃和熄灭, 这就要求烧嘴控制器和烧嘴有快速的反应能力, 所以对设备也有较高的要求, 例如要求烧嘴能满足频繁开闭或频繁大小火的特点;要求控制设备需有快速的反应能力;点火、火焰监测设备需有较高的可靠性等。

脉冲电子技术 篇2

——中国航天科工六院41所某型号双脉冲发动机研制侧记

日前，塞外的基地传出好消息，试车台上某型号双脉冲发动机喷管发出灿烂的火光，在长时间脉冲间隔的等待中，二脉冲正常点火，火光闪耀，热试车取得圆满成功，为中国航天科工六院41 所新年的科研任务赢得了“开门红”。

轻质化、长时间隔离的技术优势使41所成为国内双脉冲技术的“领头羊”。它标志着六院41所在高质量比、长时间间隔双脉冲发动机总体设计和制造等方面实现突破，达到国际先进水平。

“开疆拓土”攻关成功

设计研发的道路对于41 所来说，完全是团队“开疆拓土”、边摸索边试验的过程。团队成员在喷管、隔离结构、壳体的设计上进行了技术攻关，立足于最优化的技术方案，进行了各项技术指标的反复论证。目前，国内双脉冲技术的发展尚处于研究阶段，国内外没有任何技术资料可以借鉴参考。从2013年下半年开始，团队在原理样机的基础上，进行了多次的单项试验考核和集成验证试验，以100%的成功率率先使该型号在国内通过整机地面试车。这次试车的成功为某型号提供了技术支撑，不仅带动了六院设计、工艺、制造装配技术的进步，同时发挥了41 所作为总体所的技术牵引、技术抓总、技术管控作用，推动了六院在设计、工艺、制造等方面的技术创新。

团队“作战”后盾强

这个设计团队有经验丰富的“老手”王总、老赵，也有新成长起来的“新手”小邓、小苏，还有老易、老肖等分系统的“能手”。隔离结构及轻质喷管等关键技术的研发设计是一块难啃的“硬骨头”，设计团队的队员们用他们的辛勤汗水，一次又一次地完善关键技术设计付出了外人难以想象的辛苦。

而这样一个团队的成长离不开41 所上下一心的策划指导和大力支持。型号发动机的技术难度高，所里合理调配人手，有效地推动了型号技术攻关。

发动机的设计遇到难题时，装配遇到障碍时，领导与设计人员一同探讨处理问题的方法，提供解决问题的思路，与设计团队共同商讨渡过难关。

资源条件跟得上，后勤保障跟得紧，适时放权能担当，使得设计人员没有后顾之忧，全力投入到发动机研发设计中。所里坚强的后盾支持成为这支攻坚队伍一直向前冲的动力。

关键时刻敢担当

双脉冲发动机设计及研制需要不断的创新，研发的道路不是一帆风顺，遇到了各种各样的难题。

作为备份研制单位，41 所的设计团队顶住压力，扛起了重担。双脉冲发动机隔离结构的设计是攻关中遇到的最艰巨任务之一。如何能够保证发动机运转时隔离结构正常隔离，同时隔离结构发挥作用后保持完好是最大“拦路虎”。设计团队不断改进优化设计方案，激发创新思维，形成了长时间隔离等技术优势。该型号双脉冲发动机王副总设计师在某次总装过程中发现异常现象，为了找到问题的原因，他坚持将发动机壳体进行分解。分解后终于找到了问题出现的症结所在。

脉冲电子技术 篇3

关键词：高压脉冲电场技术 牛奶 加工

中图分类号：TS252.1 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2014）04-0012-02

牛奶营养丰富，不仅含有优质的蛋白质、丰富的钙，而且几乎含有人体营养所需的所有维生素以及多种免疫活性因子。然而，若对牛奶中微生物控制不当，不仅会使其营养成分受到破坏，甚至产生有毒物质。因此，为使人们能安全饮用，必须对牛奶中的微生物进行控制以确保安全。

1 对有害菌的杀菌作用

脉冲电场可以有效杀死多种乳中的微生物，杀菌效果与对象菌的种类与数量、电场强度、时间、温度、介质电导率、脉冲频率等相关。脉冲电场40kV/cm2下处理360L牛奶可以杀死婴儿配方牛奶中大肠杆菌；36.17kV/cm2和40个脉冲量处理接种了Salmonella Dublin的牛奶25min，牛奶在7～9℃下贮存8d内未能检测出细菌；使用电场强度为40kV/cm2，8个脉冲量处理2%牛乳，得到的产品可在4℃下保存2周；大肠杆菌在场强30kV/cm2、频率1500Hz、脉冲宽40Lm、流速20mL/min时，其量由6178个对数量降低至2151个对数量；在相同条件下，枯草芽孢杆菌由6175个对数量降低至5193个对数量。

2 对益生菌的保护作用

在食品的保藏过程中，益生菌的存活量是含益生菌的产品中所考虑的重要因素，在PP奶、UHT奶、PEF奶的预处理中，应优化加工参数和加工条件。并且，有研究表明，PEF技术可能有保护牛奶制品中益生菌的生长的能力，但其工艺的参数和条件亟待进一步的研究和优化，同时，对牛奶的感官、营养、物化性质与微生物特性等影响进行研究，以达到消费者喜爱的口味。

3 对牛奶风味物质的影响

王艳芳等[1]采用SPME-GC-MS联用的方法，对鲜牛乳、UHT灭菌牛奶和PEF处理（35kV/cm2，400μs，200Hz）牛乳的风味成分（主要挥发性风味化合物有酮类、醛类、含硫类、酯类、酸类、醇类、烃类、方环类等）进行分析，研究发现，在相同杀菌效果下，PEF处理乳较UHT灭菌乳而言风味化合物损失少，脂类氧化产物较UHT灭菌乳明显减少；产生蒸煮味的含硫化合物降低；其他种类的化合物变化不明显。因此，高压脉冲电场非热杀菌技术可以应用于牛乳杀菌上，保持牛奶的相对原味。

Zhang， S[2]研究得到牛奶中的所有风味物质，并在PEF处理乳中总共检出18种主要挥发性化合物，最主要的是酮类化合物，主要有2，3-丁二酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮和1-羟基-2-丙酮；其次是醛类，主要的是己醛、庚醛、壬醛和糠醛，其中己醛的质量分数较高，占醛类总量的72.40%；然后是醇类，有戊醇、2-乙基-1-己醇、己醇和3-甲基丁醇，其中3-甲基丁醇的质量分数较高；酯类、含硫化合物、酸类和芳环化合物也有检出。

4 对牛乳抗氧化能力的影响

张莎等[7]研究了高压脉冲电场（PEF）处理和热处理对牛乳总抗氧化能力和过氧化值的影响。采用牛乳对DPPH自由基的清除率来评价其抗氧化能力，用改进的IDF分光光度法测定了牛乳的过氧化值。结果表明：新鲜牛乳对DPPH自由基的清除率为49.65%，无论是低温长时（60℃、30min），高温短时（75℃、15s）巴氏杀菌，还是PEF（30kV/cm、400us）处理，牛乳清除DPPH自由基的能力都略有下降，而过氧化值都有所升高。PEF处理会引起乳脂肪氧化——PEF处理后，乳脂肪的过氧化值有所升高，抗氧化能力有所下降，且变化的程度与热处理引起的相近；随着PEF处理场强的增大和处理时间的延长，乳脂肪的过氧化值变大，抗氧化能力下降，但是PEF处理温度对抗氧化能力影响不显著。

相对于对照样（鲜牛乳），PEF与UHT处理会对牛乳中风味物质产生或多或少的影响。PEF对牛乳中2-丁酮、己醛和3-羟基-2-丁酮的影响最大，前两种物质分别由原来的0和1.14%升高到2.21%和2.78%，3-羟基-2-丁酮则由5.56%降低到1.66%，对2，3-丁二酮、乙酸丁酯这两类主要风味成分基本无影响。UHT对牛乳中的二甲基硫醚、二甲亚砜、2-戊酮、2-庚酮和己醛影响较大，分别由原来的0、0.33%、0、0、1.14%升高到0.56%、1.03%、4.81%、6.43%和3.25%，2，3-丁二酮由原来的 2.79%降低到0，对乙酸丁酯、甲酸戊酯则基本无影响。

5 常见PEF技术对牛奶加工工艺的影响

5.1 HIPEF对牛奶加工工艺的影响

在非热处理过程中，高强度脉冲电场（HIPEF）因在处理液体食品中与在连续流动加工过程中有潜在的优势而逐渐受到更广泛的关注，它在保证在安全微生物量的条件下，还能保持牛奶的感官特性，降低牛奶的风味物质的损失。虽然HIPEF有很多显著的优势，但需要对比和检验实验条件下所得到的数据，特别重视在工业生产规模上的应用与研究，包括牛奶货架期的加工参数、HIPEF加工过程中的微生物失活与能耗的优化、应用于牛奶加工和感官与营养评估的HIPEF设备的精确设计。同时，HIPEF在牛奶处理过程中有某些潜在的缺陷，因此，从实际的角度上，可以将HIPEF与传统热处理技术或其他的新技术相结合，以达到延长牛奶的货架期。

HIPEF奶的营养和感官特性，研究表明HIPEF能将牛奶风味物质丧失降至最低，同时保护牛奶中的功能成分。HIPEF（35kV/cm，188us）非热处理，对原料奶的密度、粘度、介质导电率、pH、蛋白与固体含量、维生素含量进行分析，发现原料奶的物化性质的改变量最小。Zulueta等得出结论，采用HIPEF（3545kV/cm2，40180us，温度65℃）处理果汁牛奶，其脂肪酸总浓度与pH值的变化不大。Bermudez-Aguirre等的研究表明，实际应用PEF对牛奶制品进行杀菌消毒效果良好的且低能耗，对脱脂乳（SM）和全乳（WM）条件并不一样，温度为20℃、30℃和40℃，对应电场为30.76kV/cm2到53.84kV/cm2，对SM而言需要的脉冲数为12、24和30，对WM而言需要的脉冲数为12、21和30，同样得到PEF对牛奶物化性质的影响微弱，但在SM中，随着PEF的加强，脱脂固体量、脂质、蛋白质也逐步降低，在PEF最强时，蛋白质下降0.18%，脂质下降0.17%；而在40℃的WM样品中，蛋白质含量下降0.11%，脂质含量下降得更多。并且，经过PEF处理的牛奶样品在4℃下pH值变化很小，33天后，pH依旧在6以上，而在21℃下保藏的牛奶更易腐败，pH在5d后降至4。经过PEF处理后，嗜温菌的生长被延迟，在4℃下25d后，SM乳中其数量保持在6个对数周期，WM乳中保持在7个对数周期；而嗜冷菌在这两种乳中增长得都很快。

5.2 IDPEF对牛奶加工工艺的影响

根据微生物的生长运动规律，采用间歇式脉冲电场技术（IDPEF），在食品保藏过程中定期处理，预防微生物污染，处理过程中不需要辅助，如化学防腐剂、食品添加剂和辐射或其他复杂的设备。相比紫外辐射技术，IDPEF能应用于浑浊的介质中。以鲜牛奶为介质，在室温下设置脉冲电场参数：30个脉冲，17.5kV/cm2，40mus长度，1Hz/12h，其效果相当于在冰箱中4℃保藏鲜牛奶。这门技术广泛应用于生物技术、食品工业，并对某些冰箱匮乏地区的食品保藏有重要的作用。

5.3 PEF技术的工艺优化

目前国内外对高压脉冲电场杀菌研究的较多，但以牛乳为作用对象，对具体电场参数进行旋转回归分析的研究尚少。电场参数中，电场强度和脉冲数对杀菌效果影响较大[3]。贾健辉等[4]研究了杀菌效果与电场条件的关系，并对各因子的灵敏度进行分析，以电场强度和脉冲数为因子，通过二因素二次旋转回归正交试验得出杀菌率的二次方程，所得实验表明，高压脉冲电场对牛乳有一定的杀菌效果，当场强在50～100kV/cm2，脉冲数在400～1200时，二次回归模型与实际情况拟合较好，适合于预测与分析。场强对杀菌率的影响要明显大于脉冲数的影响，场强灵敏度高于脉冲数的灵敏度。除场强与脉冲数外，还有对杀菌率有一定影响的因素（或因素组合）。丁宏伟等[5]通过单因素和正交实验分析，分别研究了电场强度、脉冲数、杀菌温度对高压脉冲电场杀菌效果的影响，得出能达到灭菌要求的最小的电场强度（70kV/cm2）、最少的脉冲数（6）及最低的处理温度（70℃），并测定在上述处理条件下乳营养的损失量，采用高压脉冲电场结合巴氏杀菌处理后的牛乳，其中的营养损失主要来自热处理，且这种方法比典型的巴氏处理具有更好的杀菌效果及更小的营养损失。杀菌时，高压脉冲电场起主要作用，温度起辅助作用；灭酶时，温度起主要作用，而高压脉冲电场起辅助作用。

6 与其他技术相结合

将脉冲电场杀菌和其他杀菌技术联合使用，利用其协同作用，可以取得显著效果。用脉冲电场处理高温短时杀菌奶可以把牛奶的保质期延长至60d，如果在高温短时杀菌8d以后再用脉冲电场处理，牛奶的保质期可以延长到78d，Sepulveda等研究了PEF与热处理的协同效应发现，欲延长牛奶的货架寿命，要么在较低温度下使用较强的PEF处理，要么在室温下采用温和的PEF技术，延长处理时间和增加处理次数，并且两种技术相结合能使全乳的货架期延长至24d，相比巴氏乳而言时间要长得多，并且PEF与热处理能有效地根除肠道菌并降低嗜温菌的数量。有研究发现，在55e下31kV/cm2的脉冲电场处理可以有效减少牛奶中主要的假单胞菌数量，4e下贮藏时的货架期延长了8d；脉冲电场在25～37kV/cm2可以部分杀灭牛奶中的碱性磷酸酶（23～67%），60e时杀灭率为15e时的2倍，并且在35kV/cm2、60e下，脉冲电场对牛奶中包括菌落总数，假单胞菌和大肠杆菌在内的天然菌落的杀灭效果和热杀菌相同。

7 展望

尽管PEF技术的应用研究已广泛开展，但也存在一些问题。由于物料在处理室中直接与电极接触而发生电化学反应，导致电极腐蚀，可能会影响食品质量如食品风味等甚至产生有毒有害化合物，但目前为止对这方面的研究较少，应该引起重视，研究过程中要充分考虑电极腐蚀和选择恰当的电极材料。同时，PEF技术的工业应用尚存在一系列待解决的问题。首先，应加强大流量工业化装置的研制，这是PEF技术工业化的关键；其次，应进一步设计并完善处理装置的温度监测及控制系统，开展PEF处理过程中物料温度变化动力学分析；第三，应加强处理室的多样化设计，目前PEF处理室并非对所有的食品都适用，大部分只适用于液体食品，限制了该技术在食品工业中的应用。

加强PEF技术的开发，研究不同强度的PEF对各类食品的杀菌效果，同时与其他杀菌技术联合使用，包括非热处理新技术和传统热处理技术，研究其协同作用，以达到更佳的杀菌效果。比如，结合高温的PEF研究，延长PEF杀菌的保持时间，可能是一种延长牛奶制品货架寿命较为理想的的方法。

参考文献

[1]王艳芳，杨瑞金，赵伟和梁琦.高压脉冲电场对牛奶中风味物质的影响[J].食品科学，2009，30（11）： 43-46.

[2]Zhang， S.；Yang， R. J.； Zhao， W.； Hua， X. A.； Zhang， W. B.； Zhang， Z.， Influence of Pulsed Electric Field Treatments on the Volatile Compounds of Milk in Comparison with Pasteurized Processing.Journal of Food Science 2011，76（1），C127-C132.

[3]张莎，杨瑞金，赵伟，梁琦和王艳芳.高压脉冲电场对牛乳抗氧化能力的影响[J].食品与发酵工业， 2010， 36（3）：187-191.

[4]贾健辉，于国萍.高压脉冲电场对牛乳杀菌效果的研究[J].乳业科学与技术，2007，5：221- 224.

脉冲中子测井技术发展研究 篇4

关键词：脉冲中子测井技术,仪器,发展前景

1 脉冲中子测井技术

脉冲中子测井是一种核测井方法, 其原理是利用脉冲中子与地层相互作用, 来检测在开采石油时井中的各项物质含量是否符合指标, 以保证开采石油时的安全。在这种方法实施的过程中所涉及到的脉冲中子测井技术具体包括三种, 分别为脉冲中子饱和度测井、脉冲中子氧活化水流测井以及脉冲中子孔隙度测井技术。下面我们就分别从这三种技术的具体实施原理和作用上了解脉冲中子测井技术在石油开采中的应用。

(1) 脉冲中子饱和度测井技术。所谓脉冲中子饱和度测井技术就是一种利用脉冲中子源向地层发射中子术, 通过分析散射回来的热中子以及其他可以确定地层含油饱和度的能谱或者时间谱的测井技术, 在发射中子术的过程中要保证脉冲的宽度与重复周期。脉冲中子饱和度测井又可以分为碳氧比能谱测井和中子寿命测井, 在开采石油的过程中对于孔隙水的矿化度低、不稳定以及未知的条件下, 要确定地层的含油饱和度, 尤其是测定注水开发油层的剩余油饱和度时, 需要应用碳氧比能谱测井;至于中子寿命测井的原理是利用热中子寿命来确定含水饱和度, 具体实施就是要首先计算出地层的热中子宏观俘获截面∑或寿命γ, 再根据离矿化度地层水热中子宏观俘获截面比石英、白云石和方解石等空隙性岩石骨架矿物大1个数量级, 是淡水或原油截面的2~5倍, 来具体确定含水饱和度。

(2) 脉冲中子氧活化水流测井技术。这种技术主要是指水中稳定的核素14O与14M e V中子发生反应, 在这个过程中释放γ射线, 再探测出射线探测器与脉冲中子发生器之间的距离, 确定水流速度, 再代入流动截面, 就能够计算各层的分层注水量。[1]

(3) 脉冲中子孔隙度测井技术。此种技术具体作用是靠超热中子孔隙度测井仪实现的。此种仪器主要由补偿超热中子孔隙度、超热中子寿命以及热中子寿命组成, 利用热中子发射和时间延退功能的进行距离测量来改善补偿超热中子测井的薄层分辨能力。

2 脉冲中子测井技术及仪器发展

脉冲中子测井技术的具体实施都是要通过相关的仪器实现的, 而我国脉冲中子测井仪器都是引进国外的仪器, 这种仪器的引进是从20世纪90年代末开始的, 国外研发的脉冲中子测井仪器都是相对于脉冲中子测井技术而制造的, 具体包括储层饱和度仪R S T和RST-Pro、RMT测井仪、RPM测井仪、PND-S测井仪、P N N测井仪等, 我国引进国外的脉冲中子测井仪在国内油田和外油田开发过程中都起到了重要的作用。PND-测井技术广泛应用于碳酸盐储层饱和的评价;P N D-S测井仪则被用在含水量很高的油田中, 进行剩余油饱和度、指导制定补孔措施等工作。

目前, 国外在研发脉冲中子测井仪的过程中, 向缩小仪器直径、集合多种测井技术的趋势发展, 这样就能够同时测量剩余油的饱和度、评价油层水淹情况和探测地层孔隙度等地层参数。如果这样的仪器研发成功的话, 会大大减少脉冲中子测井仪器的研发支出, 也能够在石油开采时节约很多的时间, 从根本上提高石油开采的效率。

我国从国外引进的脉冲中子仪器的应用过程中, 进行原理的分析, 然后进行研究, 早在1975年, 在西安石油仪器厂研制FC731型中子寿命测井仪现场试验成功, 并且通过石油部的鉴定, 在之后的三年里已经生产25套仪器, 在接下来的很短的时间内就开始进行应用。以FC731型中子寿命测井仪为一个好的开始, 随着我国经济和科技的不断发展, 后来我国又研制出更多类型和功能的脉冲中子测井仪器, 并且广泛的应用于国内油田和外油田中的开采工作中, 彻底打破了只靠引进国外仪器来进行当前石油开采的现状。[2]

3 脉冲中子测井技术发展前景

我国是石油大国, 而且自建国后不久就开始发现油田, 并且不断进行开采, 但是上面我们提到过从20世纪90年代末才开始引进国外脉冲中子测井仪器, 进行脉冲中子测井技术的应用, 虽然目前来看我国已经可以自行开发研究用来进行石油开采的仪器, 但是不可否认的我国的脉冲中子测井技术还处在起步和发展的初期, 在某些技术与工艺方面距离国外的技术还很远, , 而且针对我国的石油行业的发展以及近些年来我国不断研发脉冲中子测井仪器的现状, 国外已经对我们实行技术封锁的策略, 在这个无法从国外引进相关测井仪器和设备的今天, 就更加严格的要求我们自己找到脉冲中子测井的基础方法, 有效地研究, 已达到形成具有自主知识产权的测井技术的目的, 最终研制出自己的测井仪器。[3]

为了能够达到这一目的我们需要从以下三个方面进行研发:

(1) 多功能脉冲中子饱和度测井技术。这不只是我国测井仪器的发展方向, 也是国外测井仪器发展的最终趋势, 这些仪器要向着功能化、组合化和模块化发展, 这也就要求更多并精准的测量参数, 从而能够获取更多测井技术的研究与开发, 如果能够达到这一目标, 就能够大大减少脉冲中子测井仪器的研发支出, 也能够在石油开采时节约很多的时间, 从根本上提高石油开采的效率。

(2) 随钻脉冲中子测井技术。相对于国外而言, 我国的随钻脉冲中子测井技术还处于起步阶段, 这就要求我们在原理和方法上能够进行技术的创新, 然而受到资源和环境的制约, 我们还需使用可控源, 并且加强中子寿命、能谱测井技术等的研究。[4]

(3) 可控源补偿中子孔隙度测井技术。虽然目前多数的开采石油的仪器都是脉冲中子测井仪器, 但是这不能说明化学中子源很充裕, 相反的化学中子源是非常短缺的, 再加上核测井会造成很大的环境污染, 所以对于测井技术我们要采取使用可控源。

综上所述, 脉冲中子测井技术对于石油行业的开采具有举足轻重的作用, 而经过一向从国外引进脉冲中子测井仪器到自主研发并且进行广泛应用的过程中, 我国对于脉冲中子测井技术从不了解到了解, 从被动的接受国外的技术和仪器到主动的进行思考、研究、开发, 最终实现可以自给自足, 但是无论是我国还是国外相较于我国更发达的国家, 在脉冲中子测井技术方面还是有很大的前进空间的, 所以这也就要求我们更加的重视仪器要向着功能化、组合化和模块化发展, 充分发展多功能脉冲中子饱和度测井技术、随钻脉冲中子测井技术和可控源补偿中子孔隙度测井技术, 让石油的开采更加高效与环保。

参考文献

[1]李瑛, 张薇, 张月秋;脉冲氧活化测井解释中的一些具体问题[J];测井技术;2004年03期[1]李瑛, 张薇, 张月秋;脉冲氧活化测井解释中的一些具体问题[J];测井技术;2004年03期

[2]中国测井技术的发展方向, 张向林, 2008年《哈土油气》[2]中国测井技术的发展方向, 张向林, 2008年《哈土油气》

[3]乔贺堂, 生产测井资料解释方法[M], 北京, 石油工业出版社, 1993[3]乔贺堂, 生产测井资料解释方法[M], 北京, 石油工业出版社, 1993

脉冲电子技术 篇5

脉冲放电等离子体技术处理偶氮染料废水

摘要：为有效处理染料废水,以甲基橙和刚果红溶液为例研究高压脉冲放电等离子体技术的.脱色效果.通过测定脉冲放电处理前后甲基橙和刚果红溶液的紫外-可见吸收光谱来计算脱色率,考察放电参数、添加剂对染料脱色率的影响.实验结果表明,脉冲放电对甲基橙和刚果红溶液脱色效果显著,且相同条件下甲基橙(单偶氮)比刚果红(双偶氮)脱色率高.两者脱色率均随峰值电压、脉冲频率的增大而提高,随溶液电导率的增大而降低,随H2O2的加入而提高.当电极间距由15 mm增大到25 mm时,放电形式也由火花放电逐渐向电晕放电转变,溶液的脱色率由90%降到44%.作 者：张丽 孙冰 朱小梅 ZHANG Li SUN Bing ZHU Xiao-mei 作者单位：大连海事大学,环境科学与工程学院,辽宁,大连,116026期 刊：大连海事大学学报 ISTICPKU Journal：JOURNAL OF DALIAN MARITIME UNIVERSITY年，卷(期)：,33(2)分类号：X131.2 O539关键词：脉冲放电 等离体技术 偶氮染料 脱色 紫外-可见吸收光谱

脉冲电子技术 篇6

【关键词】强脉冲光；脉冲染料激光；鲜红斑痣

【中图分类号】R758.51 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）02-0147-01

鲜红斑痣是先天性、低血流量的真皮内血管畸形，新生儿发病率约0.3%。常表现为粉红色或紫红色斑片，可增厚为斑块。多发生于头、面、躯干及四肢，严重影响容貌。以往对鲜红斑痣治疗手段有手术、冷冻、同位素等，但治疗疗效差。随着强脉冲光技术的出现，对深层次血管性疾病也获得了突破性的治疗疗效[1] 。因此我们拟收集2012年1月～2014年4月我院诊断为鲜红斑痣的患者，探讨强脉冲光联合脉冲染料激光治疗鲜红斑痣的临床疗效

1 资料与方法

1.1 病例选择 收集2012年1月～2014年4月我院诊断为鲜红斑痣的患者作为本次研究对象，共50例，平均年龄（14.3±5.4）岁，男性23人，女性27人；皮损部位：面部17例，颈部12例，躯干14例，上肢4例，下肢3例。

1.2 入选标准 （1）入院后治疗经过完整，鲜红斑痣为紫红型和增厚型，每个研究对象自愿参与本次研究。

1.3 仪器

1.3.1 脉冲染料激光 波长585 nm，光斑直径5～7 mm ，能量密度4～9 J/cm2，重復频率 2 Hz。

1.3.2 强脉冲光 波长515～1200 nm，脉冲间隔1～300ms，脉冲个数：1～3，最大能量密度150 J/cm2。

1.4 治疗方法 清洁患处，对于疼痛敏感者术前使用恩纳乳膏。先行强脉冲光治疗，再行脉冲染料激光治疗。强脉冲光脉宽7.0～12.0 ms、脉冲间隔20～50 ms；脉冲染料激光的波长585 nm、脉宽0.45 ms。用PDL治疗时每个光斑需重叠1次，以皮肤即刻呈深灰色为度。治疗后冷敷1小时。治疗间隔2～3个月，每次治疗前及治疗后对患者进行照片拍摄。

1.5 评价方法 对患者进行随访，对比患者治疗5次、治疗10次时的治疗疗效以及不良反应

1.5.1 治疗疗效 参考文献[2] ，以皮损颜色、面积为评价标准，疗效分为：痊愈、显效、有效及无效。（1）痊愈：皮损消失，表面光滑，无瘢痕，皮损的颜色完全消退。（2）显效：皮损消退60%～89%。（3）有效：皮损消退30%～59%。（4）无效：皮损无变化。有效率=（痊愈例数+显效例数）/总例数×100%。

1.5.2 不良反应 主要记录增生性瘢痕及色素沉着发生例数。

1.6 统计分析方法 将资料录入 Econometrics Views6.0统计软件，计量资料采用x（_）±s描述，使用t检验。两样本率用χ2检验法，当P<0.05时，判断有统计学意义。

2 结果

2.1 患者治疗5次、治疗10次时的治疗疗效及不良反应比较 患者治疗10次时与治疗5次时治疗有效率分别为70%、50%，差异有统计学意义（P<0.05）；患者治疗10次时与治疗5次时不良反应率分别为6%、4%，差异无统计学意义（P>0.05），见表1。

3 讨论

本次研究显示患者治疗10次时与治疗5次时治疗有效率分别为70%、50%，差异有统计学意义（P<0.05）。脉冲染料激光波长在530-600纳米之间，主要作用于血管中的血红蛋白，使之加热而破坏扩张的血管，而皮肤的其它组织不受破坏，因此封闭了鲜红斑痣的血管营养生长供给，并通过提高黑色素细胞运转，间接性清除皮肤色斑。但脉冲染料激光难以凝固到的深部大血管，若单纯脉冲染料激光对紫红型或增厚型鲜红斑痣治疗，其愈合率仅为25%和10%，而且多数患者治疗后皮损难以达到完全消退，因为在 6～8 J/cm2能量密度时，585 nm脉冲染料激光有效深度只能达到0.65 mm，不能达到真皮乳头层，而且对于直径大的血管会造成凝固不完全。

强脉冲光是一种连续的多波长的非相干性光，可以通过滤光片选择波长，有选择性的去除色素斑、使血管闭塞的作用[3] 。强脉冲光不仅透过表皮，而且可以被黑素和血红蛋白选择性吸收，然后转化为热能，产生光热作用，靶组织被破坏，最终导致血管闭塞，达到治疗毛细血管扩张的效果。而且皮损颜色越深强脉冲光治疗效果越好。本次研究发现随着强脉冲光联合脉冲染料激光治疗时间的延长，疗效明显提高，这可能与病变层次及光穿透组织衰减，而部分封闭靶血管有关[4] 。而且随着治疗时间的延长，并未增加增生性瘢痕及色素沉着不良反应发生例数。

综上所述，本次研究认为强脉冲光联合脉冲染料激光治疗鲜红斑痣治疗疗效可靠，不良反应少。

参考文献

[1] 谭志建，童晓荣，刘 凌，等.脉冲染料激光治疗鲜红斑痣的临床疗效分析[J].临床皮肤科杂志， 2001，30（1）：27 -29.

[2]何葆华，金 珏，俞锡娟，等.葡萄酒色斑的Waner分型与治疗[J].中国美容整形外科杂志， 2006，17（6）：423 -425.

[3]陈国璋.激光美容外科学[M].北京：中国医药科技出版社，2003：164 -171.

超宽带脉冲通信技术研究 篇7

关键词：超宽带 (UWB) ,脉冲通信,窄脉冲,PPM调制

1 超宽带脉冲通信概述

超宽带脉冲信号是指信号的相对带宽大于25%的任何波形[1]。利用超宽带脉冲通信技术, 解决了困扰传统无线技术多年的有关传播中多径损耗大的重大问题, 对非通视条件下的通信和探测难题, 提出了很好的解决方案。

相对带宽=2 (fH-fL) / (fH+fL) ;

其中fH表示信号高端频率, fL表示信号低端频率, fH-fL表示信号带宽。

2002年4月, FCC (美国联邦通信委员会) 发布了UWB无限设备的初步规定, 规定室内UWB通信的实际使用频谱范围为3.1～10.6GHz, 并在这一范围内, 有效各向同性辐射功率不超过-41.3d Bm/MHz。

UWB通信技术的优势:

UWB信号不使用载波, 不需要传统收发器所需的上下变频和本地振荡器等, 因此在设备结构上较为简单, 能够全数字化实现。

UWB信号采用了跳时扩频, 直接发射跳时伪随机码和信息比特控制的冲击脉冲序列, 具有很宽的频谱, 能够达到1GHz以上, 发射功率谱密度很低, 有用的信息完全淹没在噪声中, 被截获概率很小, 并且需要采用与发射端一致的扩频码脉冲序列才能解调, 具有良好的隐蔽性和更强的抗干扰能力。这一点在保密通信和军事通信上有很广阔的应用前景。

UWB信号使用上GHz的超宽带宽, 所以即使把发射信号功率谱密度降到很低, 也可以实现高达100～500Mbit/s的信息速率。一般来说仅需使用 (2.5～3.5) W的系统功耗, 就可以满足工作要求。

2 技术分析

超宽带脉冲通信系统主要包括三个部分:信号产生, 信号调制和解调。

2.1 信号产生

产生超宽带脉冲的硬件方法主要有两类:一类是光电方法, 利用快速激活和钝化的光导开关导通时瞬间产生的陡峭上升沿获得脉冲信号;二是电子方法, 对半导体PN结反向加电, 使其达到雪崩状态, 在导通瞬间, 取陡峭的上升沿为超宽带脉冲信号, 可以利用隧道二极管、阶跃恢复二极管、以及漂移阶跃恢复二极管产生[2]。目前应用最广泛的是阶跃恢复二极管 (SRD) , 它能够产生幅度为20V~200V, 持续时间为60ps～200ps的窄脉冲, 并且电路构建简单, 产生的窄脉冲在传输前能够容易地整形成符合辐射掩蔽要求的超宽带发射脉冲。所以在目前的工程中大量地使用。

2.2 信号调制

超宽带脉冲信号的调制方式一般采用脉冲相位调制 (PPM) 和PAM调制。

PPM、PAM调制共同的优点是可以通过非相干检测恢复信息, 还可以通过多个幅度调制或多个频谱位置调制提高信息传输速率。然而随着调制进制的增加, PAM调制系统的误码率越来越大, 性能越来越差, 而PPM系统的性能却很好, 误码率很小, 同时还能除去UWB频谱的能量尖峰, 使功率谱更加平坦。PPM调制在工程中较多使用。

2.3 信号解调

超宽带脉冲信号的解调包括脉冲监测和解码。主要是通过本地产生伪随机码窄脉冲信号和接收天线收到的脉冲信号进行相关过程 (主要是计数) 。计数器对接收的信号计数, 当出现调制方式对应的计数值, 即对应着相应的输入信号值, 再经过平滑滤波、波形整形等处理, 输出数据信息, 完成了信号解调。

3 超宽带脉冲通信应用范围

超宽带脉冲通信的应用大致可分为三类:通信、雷达/监听和跟踪、定位。

在通信方面, 超宽带通信设备支持高速低功耗数据链路, 并且在抗多径干扰机制上有独到之处。可用于楼内通信系统、室内宽带蜂窝电话、保密无线电和无线宽带因特网接入等。

在矿井巷道中, 由于井下巷道四壁的凹凸不平, 巷道壁的反射及折射带来的复杂的多径传播, 导致频域上的频率选择性衰落[3]。超宽带无线通信具有很好的抗多径衰落能力, 在这类受限空间内有很广泛的应用。

超宽带脉冲通信技术还可用于可靠的通信组网。在公共安全领域, 如大型体育馆的内勤活动, 民警在地铁站、机场、车站的巡逻, 消防队员在建筑物内的灭火行动, 灾难现场的救援处置等等, 这些应用领域均环境复杂, 不通视, 遮挡严重, 反射多。通过超宽带脉冲通信这种稳定可靠、无死角的通信方式, 指挥部门可以随时动态掌控一线警力和服务人员的分布状况和位置信息, 实现信息互通, 方便指挥部门全面地了解一切动态信息, 随时调整指挥方案和人员配置。

超宽带脉冲通信在雷达方面的应用主要有:探地雷达、穿墙雷达、安全监视、碰撞避免系统、道路及道路监测雷达等。例如在穿墙雷达中, 雷达天线发射窄脉冲信号, 接收及其微弱的反射同步脉冲, 测量时间差和脉冲形式, 可以辨别出隐藏的物体或墙体后运动的物体, 误差只有1～2cm[4]。

超宽带脉冲通信在定位方面可以用来探测地雷, 找出敌军的地下工作室;也可制成成像雷达, 寻找隐藏的敌人。在监测查找地下金属管道裂缝、探测高速公路地基等方面, 超宽带脉冲通信具有很高的定位精度和广泛的应用领域。

4 结语

超宽带无线通信系统的各种特点, 弥补了传统无线电通信在军事和民用上的不足。超宽带无线通信系统在军事、工业、公共安全等领域有着不可估量的巨大应用潜力, 相信在不久以后超宽带无线通信设备将被应用于人们生活的各个领域。

参考文献

[1]魏磊磊, 熊建设.超宽带无线通信[J].微计算机信息, 2010, 11 (3) :58-60

[2]卞晓晓, 李佶莲.超宽带脉冲波形的设计优化与性能分析[J].江苏教育学院学报, 2010 (2) :35-38

[3]周帆.关于超宽带无线通信技术的分析研究[J].通信技术.

设施农业高压脉冲地下杀虫技术 篇8

国际上已经研究和发展了一些物理防治方法, 但效果不是很显著。本次研究主要针对设施农业地下害虫而言, 摒弃传统模式, 采用高压脉冲地下杀虫技术, 采用网状布线的方式, 实验比较测试出设施农业中利用高压脉冲地下杀虫的效率高, 还是采用传统的农药杀虫的效率高, 得出相关参数与结论。高压脉冲的产生电路中产生方波, 方波可在整个脉宽的时间内以最大电压持续作用地下害虫, 致死效果更强。

1 土壤导电特性研究

季节不同, 土壤的含水量和温度也就不同, 影响土壤电阻率最明显的因素就是降雨和冰冻。在雨季, 由于雨水的渗入, 地表层土壤的ρ降低, 低于深层土壤;在冬季, 由于土壤的冰冻作用, 地表层土壤的ρ升高, 高于深层土壤。这样, 使土壤由原来的均匀结构变成了分层的不均匀结构, 引起ρ的变化。多年冻土的ρ极高, 可达到没有冻土时的几十倍。

2 单元方案设计

3 高压脉冲发生模块

3.1 利用特定高频高压变压器产生持续的高压脉冲电场

变压器的原理是基于2个电路之间的磁性耦合, 这个过程中输入功率总大于输出功率, 能够在不产生能量损失的条件下进行功率变换的变压器称为理想变压器f551。理想变压器没有能量损失, 不产生涡流和磁滞现象, 没有漏磁场, 即通过初级线圈的磁通完全通过次级线圈。但是理想变压器在实际中是不存在的, 高频高压变压器是阻碍高压电源发展的主要因素, 其主要问题体现在2个方面:高频变压器体积小但存在突出的绝缘问题和高压变压器变比较高, 而大变比导致严重的非线性问题, 大为增加了变压器的漏感和分布电容。

3.2 可编程脉冲串生成电路

在可编程脉冲串生成电路中, 使用了3个微型按键, 输入到单片机AT89S51的P1.0-P1.2端口, 对低频脉冲的频率与脉冲宽度进行编辑;用两位LED数码, 使用P2口进行数据传输, 使用P3.0和P3.1进行位选, 显示脉冲频率或占空比, 在运行程序中重复按动K1键可交替现实脉冲频率或占空比;利用与非逻辑门 (OC输出) 将从P1.4口输出的高频脉冲与从P1.5口输出的低频脉冲逻辑相与后形成调制脉冲, 即高频脉冲串输出。如果将与非门的输入端2脚用跳线开关钳制为高电平时, 则由其连续输出高频脉冲, 经高压输出单元的RC滤波后, 可输出直高压。

3.3 高压脉冲电场总体原理

软件设计中系统以频率f=1HZ, 脉宽为80ms作为脉冲的默认参数缺省值, 并利用单片机内的2组定时器通过定时器中断服务程序实现高频脉冲从P1.4端口和P1.5端口输出。在程序运行期间可随时调用脉冲参数缓冲区的数值发生变化时, 中断服务程序将变更定时标准产生新的脉冲输出。脉冲参数编辑流程如图3所示。

4 地下布线模块

根据设施农业生产特点, 采用网状布线方法, 地下铁网布线的方法, 可将铁网埋于地下分成3层, 中间层接正极, 上下两层接地, 当给铁网通电时将高压电网布置在地下, 利用害虫从地下钻出地面时接触电网, 放出高压脉冲来电击杀虫, 在2000V左右的高压下将害虫杀死。虽然采用材料多, 但实施起来比较简单, 可循环利用, 杀虫面广彻底, 便于农业生产, 所以采用网状布线的方法。

5 设施农业高压脉冲地下杀虫技术效果及结论分析

5.1 效果分析

针对设施农业中农作物种植情况不同, 特别针对黄瓜, 西红柿, 白菜3种作物展开研究, 对高压脉冲杀虫率和农药作用杀虫率进行比较, 数据记录 (见表1) :

根据比较可以观测出, 高压脉冲地下杀虫的杀虫效果比农药杀虫稍差, 但不会影响农作物的正常生产。

研究表明:地下害虫的致死率还随电场强度、脉宽、脉冲个数的增加而增大, 同一灭虫条件, 蛴螬>地老虎>蝼蛄>金针虫。电场作用后死亡害虫细胞表面出现凹陷, 局部有孔洞产生, 从而使害虫致死。高压脉冲的产生电路中产生方波, 方波可在整个脉宽的时间内以最大电压持续作用地下害虫, 致死效果更强。

5.2 实实验验结结论论

高压脉冲杀虫技术能源主要太阳能提供, 大大减少了农药的使用, 减少了传统农业产生的水土污染, 为绿色农业, 生态农业发展提供了一个宝贵的方向。

高压脉冲可应用于防治地下害虫, 且在1500V—2000V范围内, 不仅对种子的萌发和农作物的生长不产生影响, 反而具有促进作用, 可放心使用于农业生产;

地下布线采用网状布线的方法, 具有比针状布线更大的有点, 利于实现, 适合大棚以及更大的农业生产, 是一种可循环的生产模式。

参考文献

[1]李云端.农业昆虫学[M].北京:高等教育出版社2006:132—135.

[2]陈守良.动物生理学[M].北京:北京大学出版社.2005:58—59.

[3]付绍军.郭康权.电致生物效应与电场杀虫技术[J].农机化研究.

[4]上晓臣.朱益民.多针对板式负电晕放点电极间距确定[J].高电压技术.2003.29 (7) :40—42.

[5]廖贡献.高压静电场植物细胞的影响[J].中南民族大学学院学报.2000:19 (3) :9—12.

[6]王建伟.郭康权.焦静.等.土壤电特性及电场杀虫的研究[J].农机化研究.2007.3 (3) :128—130.

[6]张佰清.罗莹.魏宝东.高压静电场杀菌效果研究[J].保险研究.2005 (6) :39—40.

浅谈脉冲电子围栏的应用 篇9

脉冲电子围栏是由脉冲发生器 (主机) 和前端围栏组成的智能型周界系统。脉冲电子围栏前端由金属导体、绝缘子、支架等组成。其中, 金属导体材质为专用合金线、金属导管等;绝缘子材质为工程塑料, 其作用是金属导体与支架绝缘。

脉冲电子围栏主机也有相应的使用环境, 脉冲电子围栏主机周围空气温度范围-25℃~+55℃, 当主机最高温度为+40℃时, 相对湿度不得超过93%。在处于相对恶劣的环境中时, 应有相应的防护措施。

2 脉冲电子围栏的演变

脉冲电子围栏的发展, 由最初的导线加直流电用于牧场;随着整个“电子围栏”行业的发展和深入, 产品附件和种类越来越多, 开始专业用于社会公共安全领域, 它具有断路、短路、失电报警功能同时又秉承了电子围栏的安全阻挡功能的脉冲电子围栏;随着人们对产品性能和功能的要求越来越高, 产品需要更加人性化, 现在出现了可以调节输出电压和可以设定高压模式、安全模式切换功能的更先进的脉冲电子围栏。

3 脉冲电子围栏的优点

脉冲电子围栏主机采用了先进的“阻挡为主, 辅助报警”的周界安防理念, 集“威慑、阻挡、报警、安全”于一身。独特的触网探测技术使电子围栏真正实现触网、短路、断路三种报警模式。由微处理器控制具有高度可靠性, 键盘操作简单方便。先进的脉冲高压输出功能:周界每条线都有电击, 使周界电子围栏无懈可击。强力阻挡形成物理屏障, 能延迟入侵时间, 为安全防范争取主动。误报率极低, 先进的报警原理, 抗干扰能力强, 报警准确, 克服了红外、微波、静电感应等的技术缺陷, 周界各种绝缘子均为防水设计, 保证系统在能报警的同时, 不受气候、植物、小动物等因素的影响。无盲区、无死角, 周界电子围栏可随地形的起伏架设, 大门口、拐角均可安装。安全可靠, 系统采用高电压、低能量的设计思路, 对人体不会构成生命危害。高低压可转换模式:用户可以根据不同的需求自由切换模式。白天或有人员在围栏附近作业时切换到低压模式, 可使前端围栏的脉冲打击力度降低;在夜间或需要高警戒时间, 可以恢复到高压脉冲模式。现许多电子围栏主机都具备了设置切换时间后, 机器自动切换高低压的功能。可以利用手机短信进行远程布防、撤防操作。有联动输出接口, 可与监视器、报警中心实现联动功能。也可实现网络计算机监控。配有订做的蓄电池, 能在停电的情况下继续工作, 来电后自动转换成220V供电。电子缆线作为周界围栏的一部份, 因此可降低建筑工程成本减少投资。电子围栏还具有外形美观、安装维护方便、操作简单, 不受地形限制, 成本较低等优点。

4 脉冲围栏的报警原理

脉冲发生器 (主机) 通电后发射端口向前端围栏发出脉冲电压, 时间间隔大约1.5秒发射1次, 脉冲在围栏上停留的时间大约0.1秒, 前端围栏上形成回路后把脉冲回到主机的接收端口, 此端口接收反馈回来的脉冲信号;同时主机还会探测两个发射端之间的电阻值。如果前端围栏遭到破坏造成断路或短路, 脉冲主机的接收端口接收不到脉冲信号或两个发射端之间的电阻太小, 主机都会发出报警。

通过脉冲电子围栏的工作原理可知, 无论脉冲主机处于什么样的电压工作状态, 当围栏遭到破坏, 接受端口无法收到脉冲信号, 脉冲主机则会报警;同样, 当两根电子缆线之间短路时, 电阻非常小, 脉冲主机也会报警。

脉冲电子围栏防区的划分可根据产品的自身特点及GB50348-2004《安全防范工程技术规范》的要求来划分。这样也以便于周界防范系统的验收及使用。

5 脉冲电子围栏的设计与安装

脉冲电子围栏的设计根据需要配置合适的能满足要求的电子围栏。在实际使用时, 根据国家标准GB/T7946-2008《脉冲电子围栏及其安装和安全运行》的要求、产品特点、地形和经济需要来设定。在集成化项目中可以和其他安防系统联动。

脉冲电子围栏的安装分为附属式, 即附属在围墙或栅栏上部或者内侧, 脉冲电子围栏前端最上面一根金属导体离墙顶或栅栏顶部的间距不下于700毫米;落地式, 即脉冲电子围栏前端独立安装在建筑物的周围, 作为实体屏障, 脉冲电子围栏前端的高度应不小于1800毫米。

脉冲电子围栏系统应有可靠地接地, 并符合GB50254的规定。且不与任何其他的接地系统连接并与其他接地系统保持10米以上的距离。脉冲电子围栏系统的接地应至少埋深1.5米, 接地电阻应不大于10欧姆。接地体可采用角钢、钢管或水平敷设的圆钢、扁钢等。脉冲电子围栏系统主机应有防雨箱, 应安装防雷装置。

6 脉冲电子围栏系统的安全运行和维护

脉冲电子围栏前端应有防止触电的醒目警示牌, 且警示牌字迹清晰, 夜间有荧光, 不易脱落;应牢固放置在每道门上、入口处和急救标志的地方;每隔10米设置一个。脉冲电子围栏系统的前端不能与供电电源或其他电源相连接;系统的备用电源应能够支持独立供电8h以上。

脉冲电子围栏系统应按照使用说明和GB/T7946-2008《脉冲电子围栏及其安装和安全运行》的要求来使用和维护。

脉冲电子围栏的维护:电源中断时, 在做好安全措施以前, 不得触及高压设备, 以防突然来电。每月进行一次检查, 包括:挂线杆、绝缘子、金属导体、跨接线、接地桩、警灯、内部报警、复位开关等;每半年作一次脉冲电子围栏开路报警和短路报警试验, 高低压切换试验;每月需停电对脉冲电子围栏主机作表面清洁一次, 对蓄电池半年检查一次, 一年更换一次。定期对脉冲电子围栏周围环境进行巡视, 避免环境因素引起的电气危险和火灾风险。

7 脉冲电子围栏的网络化

以前绝大部分周界报警系统还停留在前端报警和单一设备的控制管理之上, 如要实现跨地域远程控制及理, 必须依托第三方报警系统进行集成。但是提供报警系统的厂商可能无法提供开放协议和接口, 也就难以形成统一集成平台, 致使本应统一筹划的安防系统变成了“分散管理”的系统。

现在的电子围栏系统, 其不仅实现报警, 还能通过高压脉冲起到阻挡、威慑等作用。因此当其与其它安防系统进行联动时, 不仅能实现基于开关量信号的交互, 以及警情的就地查看。而且实现远程实时了解电子围栏系统的工作状态, 更能远程调配脉冲电子围栏的工作参数。

网络电子围栏种结合了传统电子围栏技术与网络技术, 其终端控制机可通过网络传送信息到Web服务器。用户可直接用浏览器观看Web服务器上的报警信息, 配置报警电子地图, 直观的反应报警信息, 授权用户还可设定系统配置。

网络电子围栏的总体架构体系从下往上可分为物理层:通过安装在围墙周界的电子围栏可有效增加围墙高度, 并在围栏上接入非致命高压脉冲, 对入侵者形成物理阻挡和电打击, 有效的威慑入侵者, 阻止入侵行为的发生。传感层:网络电子围栏系统前端传感器, 电子围栏控制主机是产生和接收高压脉冲信号的设备, 在脉冲电子围栏前端处于触网、短路、断路状态时能产生报警信号, 并把入侵信号发送到网络电子围栏控制层, 其构成传感层。通过设计, 使电子围栏控制主机输出到围栏前端的全部导线都带有高压脉冲输出和报警检测功能。控制层:根据周界安防系统特点, 对前端传感器层设备进行整合和管理控制, 实现布撤防、工作模式调节、报警信号分析处理、管理控制和信号网络上传等功能。网络层:对应用户的不同需求支持局域网、广域网、Internet等多种网络结构。为系统设备提供网络通讯支持的基础, 实现前端报警设备信息传输。应用层:系统业务应用层主要提供系统的功能模块, 如电子围栏远程控制、报警联动处理和其他安防系统接入功能。通过与其他系统的整合, 可以对监控现场的周界、楼宇、消防设备进行实时监控, 实时处理报警信号, 如有入侵行为发生, 联动视频设备进行录像抓拍取证, 并进行声光警示, 同时提醒远程工作人员进行处理, 以保障前端监控现场安全。此外系统应提供开放式的系统接口, 可实现与其他安防系统的扩展。

脉冲压缩雷达抗电子攻击性能研究 篇10

关键词：脉冲压缩,雷达,干扰,匹配滤波器

随着雷达技术的进步, 为了提高雷达的电子对抗性能, 现代雷达通常会采用比较复杂的信号形式, 脉冲压缩技术就是雷达与干扰进行功率对抗的一种有效技术手段, 这种技术包括:采用宽脉冲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方法得窄脉冲, 以提高距离分辨力。这样脉冲压缩雷达既能保持窄脉冲的高距离分辨力, 又能获得宽脉冲雷达系统的强检测能力。脉冲压缩技术是使的对雷达难以进行干扰, 而进行有效干扰需要专门的电子攻击技术。

1 脉冲压缩技术 (PC-pulse compression) 的原理

雷达系统中脉冲压缩 (PC) 的应用代表了脉内相干技术在雷达波形中的应用。相干技术不仅改善了雷达性能, 而且还提供了对雷达发射波形不匹配的干扰波形的抗干扰能力。目前实现脉冲压缩的方法主要有两种: (1) 相位编码的脉冲压缩; (2) 线形调频脉冲压缩。

1.1 相位编码脉冲压缩原理

相位编码波形与调频波形不同, 它将脉冲分成许多子脉冲。每个子脉冲的宽度相等, 但各自有特定的相位。每个子脉冲的相位根据一个给定的编码序列来选择。应用最广泛的是二进制相位编码。在这种形式的PC中, 一个持续时间为T的宽脉冲被分为n段, 每段的宽度为。以随机的方式选择每一段的相位, 或为0, 或为。该PC信号的时间带宽乘积等于分段的数目n=T/。此方法的优点是匹配滤波器可以用简单抽头延迟线 (数字移位寄存器) 来实现, 其抽头间隔为子段的宽度, 并且用与合适的随机相位序列对应的相位 (0或) 进行加权。

1.2 线性调频脉冲压缩原理

线形调频脉冲压缩是雷达发射机发射一个宽脉冲调频信号, 回波信号经过一个延迟时间随频率上升而线性减小的无源线性网络后, 被压缩成包络形状为辛克曲线的窄脉冲, 这主要是由于压缩网络的幅频特性和相频特性的不均匀性引起的。

线形调频波形比较容易产生, 但通常输出波形中间有一个很窄很高的主峰 (主瓣) , 旁边有一系列小的付峰 (旁瓣) 。主峰很窄很高, 说明信号通过压缩网络后能量极大的集中于一个窄脉冲内, 但是副峰也消耗了一部份能量, 况且由于副峰的存在还有可能出现强信号的副峰压抑弱信号的现象, 必须给予抑制。

2 脉冲压缩信号的效果分析

2.1 相位编码脉冲压缩雷达信号性能分析

在相位编码PC系统中常常采用巴克码二进制序列。这种序列的特点是电压时间旁瓣相等、幅度为1/n。但比较受限的是, 已知的最长巴克码只有13位 (1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1) , 1对应于0弧度相移, -1对应于弧度相移。

当需要较大的PC比时, 通常采用线性移位寄存器序列。这种序列是用带反馈的移位寄存器产生的。一个N级寄存器可产生最大长度为n=2n-1的序列。对于一个长序列, 最大电压旁瓣近似为 , 而时间带宽因子是n。

如果不要求进行多普勒处理, 则相位编码PC系统可得到不同的码, 这样就能在脉冲到脉冲的基础上改变编码。这种方法能对抗与PC波形同步而产生假目标的干扰机。但是相干地转发截获波形的欺骗对抗干扰机仍能有效地对付这种形式的反干扰措施。

2.2 线性调频脉冲压缩雷达信号性能分析

一个线性调频信号可以表示成复数形式:

PC匹配滤波器的冲击响应是:

该式表明, 匹配滤波器的冲击响应是斜率为负的信号波形。

通常匹配滤波器对一个线性调频信号的输出有比较高的时间旁瓣, 这些旁瓣是不需要的, 因为在大目标附近的一些小目标可能被遮蔽而探测不到。目前解决的办法是用一个窗函数对线性调频信号的幅度进行加权。应用窗函数减小了时间旁瓣, 但是增大了主瓣响应宽度, 因此更难分辨两个紧靠在一起的目标。而且当接收信号上有多普勒频移时, 滤波器就不再匹配了, 输出信号与原样就产生失真, 我们可以用模糊函数来确定匹配滤波器在一个频率范围内的响应。

3 脉冲压缩雷达面临的电子攻击方法研究

PC波形主要用于跟踪雷达和监视雷达。干扰的目的取决于要干扰的雷达类型。一般而言, 在对付PC雷达的波形中, 噪声干扰是效果最差的干扰波形。可以把PC系统的匹配滤波器看成是一个相关器, 与信号完全不相关的噪声得不到任何相关的增益, 而全相关的目标能得到全部处理增益。即便有一点相关性的干扰波形也比随机噪声要有效。

攻击PC雷达的第一步是确定其参数。有两种方法可以应用。较老式的办法是应用包络检波器的电子战支援系统破坏信号内的相位 (频率) 信息, 因此仅依靠PC雷达具有大的脉冲宽度来识别。较新型的系统应用了电路来测量线性调频斜率或相位编码波形码元率。这些系统一般使信号与其延迟后的复制品在相位检测器中进行相关, 以确定相位特性, 其类似于瞬时测频 (IFM) 接收机。

3.1 对抗采用PC波形的跟踪雷达

对于跟踪雷达, 其目的是产生捕获雷达跟踪波门的假目标。在这种工作方式中, 使雷达信号发生相干频移后再被转发回雷达。这种频移转发干扰信号领先于匹配滤波器输出中的真实目标回波。使得采用前沿跟踪的电子防护技术无效。

对抗采用了PC波形的跟踪雷达的转发式干扰需要俘获雷达跟踪波门。为此, 欺骗对抗干扰机必须转发雷达PC波形的相干复制品, 可能加上一些频移, 这种转发的复制信号可以随时间变化。该过程在开始时是以最小的时间延迟转发接收到的雷达脉冲。这样可保证干扰机脉冲与真实信号一起进入雷达的跟踪波门, 能够捕获雷达的自动增益控制 (AGC) 电路。然后欺骗干扰机开始在转发的信号中引入逐渐增加的时延量, 而雷达距离波门电路就开始跟踪较强的信号, 逐渐偏离真实的目标距离。

欺骗干扰机可用DRFM来存储PC信号, 应用这种方法时, 输入信号以等于或大于奈奎斯特速率来取样, 并存储在数字存储器中。需要时对它们钟控输出, 变化成模拟形式发射出去。实际的DRFM把信号下变频到基带上, 在基带上把信号能以数字方式有效地存储起来。利用上下变频振荡器频率的差就可把多普勒频移加到信号上。PC波形的存储给DRFM带来了一些限制, 因为高钟速情况下的存储能力有限, 为了适应长的PC信号, 波形被选通后只存储整个信号的若干小段, 在选通时若干小段信号以首尾相接的方式读出, 因此可以产生与整个波形逼近的信号。图1为用MATLAB画出的线性调频PC滤波器对有频偏信号的输出效果。

3.2 对抗采用PC波形的监视雷达

对于监视雷达, 其目的一般是通过产生背景干扰或产生能压制真实目标检测的同步假目标而掩蔽目标。一个干扰PC监视雷达的通用系统是干扰系统把收到的雷达PC信号存储在数字射频存储器 (DRFM-digital RF memory) 中, 在DRFM中, 信号在整个雷达脉冲间隔内都连续地被重复和放大, 从而产生许多假目标。因为这种假的干扰信号是与雷达相干的, 所以它们可以消除PC网络相对于雷达目标的处理增益。而且, 由于它与雷达的脉冲重复频率 (PRF) 是同步的, 因此它们也与雷达一样可获得检波后积累的增益。

很多情况下DRFM可用一个直接数字频率合成器 (DDS-direct digital synthesizer) 代替而得到类似的效果。它需要把每个威胁雷达相关的参数存储到干扰机的数据库中。然后干扰机中的接收机识别要对抗的特定PC雷达, 测量其关键参数 (例如雷达频率) , 从威胁数据库中取出其余的参数, 在DDS中合成威胁雷达的准相干复制信号, 再在雷达脉冲之间的间隔时间内发射这一复制的信号。DDS法的效果取决于雷达参数的了解或测量精度。

4 结语

虽然脉冲压缩雷达波形具有较强的抗干扰性, 但通过分析可以证明用专门的电子攻击技术也是可以对其进行有效的干扰的。干扰是伴随着雷达的出现而同时出现的, 雷达与反雷达是军用雷达持续发展与不断创新的推动力, 雷达技术的发展取决于相关基础科学技术、专业工程技术及应用新领域的发展, 目前脉冲压缩雷达技术已经取得很大进展, 大大提高脉冲压缩雷达的各项技术指标, 但必须意识到干扰的技术手段也在不断更新进步, 未来脉冲压缩雷达在工作中一定会遇到各种各样的攻击和干扰。

参考文献

[1]康锡章, 康建.电子系统中电子防御的原理和设计[M].北京:海潮出版社, 2012:35-45.

[2]张永顺, 童宁宁, 赵国庆.雷达电子战原理[M].国防工业出版社, 2006:67-89.

[3]刘隆和.海军战术导弹对抗与反对抗技术[M].北京:海潮出版社, 1999:105-110.

[4]施莱赫.电子战[M].北京:解放军出版社, 2007:110-120.

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。

高频脉冲磁场动态检测技术研究 篇12

磁刺激技术是近30 a发展起来的一种用于脑科学研究和脑神经疾病诊断与治疗的新技术。该技术通过对磁性线圈通以瞬时、高强度的脉冲电流, 在垂直于线圈平面的方向会产生时变的磁场, 该磁场通过空间耦合进入人体组织内部, 形成的感应电流刺激可兴奋组织并影响生物体内的诸多代谢过程及电活动[1]。经颅磁刺激 (transcranial magnetic stimulation, TMS) 是一种无痛、无创的绿色治疗方法, 磁信号可以无衰减地透过颅骨而刺激到大脑神经, 已被广泛应用于脑认知功能研究和神经疾病的临床应用中, 并取得了丰富的研究成果和良好的诊断与治疗效果[2,3]。

目前, 经颅磁刺激设备只是对线圈输出的磁场强度、脉宽等特性进行理论计算并输出, 并不具备对脉冲刺激线圈产生的磁场实时动态检测功能, 而商品化的磁场检测设备很少能同时满足高频医用磁刺激磁场动态测量的要求[3,4]。本文采用法拉第电磁感应原理, 研究设计了高频脉冲磁场动态检测装置, 该装置能够测量变化的磁场, 测量范围宽、灵敏度高、频响范围大, 可以达到对经颅磁刺激中使用的磁场实时检测的目的[5,6]。

1 方法与设计

1.1 测量原理

基于法拉第电磁感应定律, 将磁场探测线圈 (匝数为N、截面积为S) 置于磁感应强度为B的被测磁场中, 使磁场方向垂直于探测线圈平面, 当垂直穿过探测线圈的磁通量ψ发生变化时, 在探测线圈两端会检测到感应电动势ξ[7,8]:

当探测线圈半径很小时, 则可以认为探测线圈内的磁场强度基本不变, 感应磁场强度可按下式计算:

由此可以求得感应磁场强度。实验中, 探测线圈匝数N与截面积S是定值。因此, 只要对采集到的感应电动势ξ信号进行积分就可测得磁感应强度。

1.2 检测方法

本文设计的高频脉冲磁场动态检测装置原理框图如图1所示。该装置由定标信号、功率放大、磁场检测、信号处理、结果显示5个部分构成。

1.3 磁场检测与定标装置

磁场检测与定标装置由磁场定标发生线圈和磁场探测线圈组成。

测量使用的定标信号为MHz级单周期正弦电压信号, 由AFG3252型函数发生器产生, 通过功放施加于磁场定标发生线圈从而产生高频脉冲磁场[9,10]。磁场探测线圈呈螺旋形, 匝数为9匝, 外径D=15.00 mm, 线圈连接信号处理电路, 用于对测量的感应电动势进行信号处理。

实验过程中, 将磁场探测线圈放置在磁场定标发生线圈中心, 使2个线圈的中心轴线重合, 将2个线圈的相对位置固定。磁场垂直穿过探测线圈平面并在线圈中产生相应的感应电动势, 通过信号处理电路对感应电动势信号进行求差、放大、滤波和积分变换, 从而得到磁场相关参数, 通过与理论计算值比较对该装置进行定标。

1.4 信号处理电路与流程

1.4.1 信号处理电路

信号处理电路用于对微弱感应电动势信号的放大, 去除信号中的高频干扰, 对信号进行积分, 还原磁场信号波形, 完成对感应磁场参数的检测。其主要流程如图2所示。

(1) 差动放大电路。首先对磁场探测线圈两端产生的感应电动势信号求差并进行放大后用于测量。本文中差动放大电路设计如图3所示, 采用三运放结构, 选用放大器芯片为AD8011, 在25 MHz以内增益平坦度为0.1 d B, 差分增益误差只有0.02%, 电路放大倍数为10~100倍可调。

(2) 滤波电路。考虑到使用环境中的高频干扰, 本设计中的滤波电路主要用于滤除电路中的高频噪声成分。如图4所示, 滤波电路采用有源低通滤波电路的基本形式, 选取巴特沃斯逼近, 滤波器阶数为2阶, 通带增益为1, 截止频率设为10 MHz, 从而滤除高频噪声干扰[11]。

(3) 积分电路。信号积分采用积分电路的基本形式, 电路的输出电压与输入电压随时间的不定积分成正比, 放大器工作在反相结构, 输出电压为。加入反馈电阻Rf与电容C并联, 电路图如图5所示。电容的阻抗远小于Rf, 形成积分电路形式, 达到交流信号积分的效果[12,13]。

由于积分电路的输出信号与输入信号幅值之比, f为信号频Vi率。这里取电容C为10 n F, 电阻R为160Ω, 在100 k Hz频率下, 输出信号与输入信号幅值之比为0.995, 接近1∶1。随着频率的变化, 比值呈反比变化, 通过施加幅值适当的输入信号, 使得频率在1 k Hz~1 MHz之间的输入信号经积分后的输出信号在可测量范围内;反馈电阻Rf为160 kΩ, 使得, 能够阻止直流输入参与积分, 同时又减小了100 Hz以下的低频信号参与积分的程度。

1.4.2 测量信号处理

在脉冲磁刺激线圈中产生连续的正弦形式的高频磁场信号B (t) , 对B (t) 用公式表示为:

其中, Bmax为磁场强度的最大值, f为磁场信号的频率。

通过磁场探测线圈对磁场信号进行测量, 磁场探测线圈的截面积为S, 匝数为N, 磁场探测线圈会得到感应电动势Vcoil:

对信号进行求差、放大 (放大倍数为G) 、滤波和积分, 从而输出经电路还原后的磁场信号Vout, 结合积分电路的积分公式, R、C分别为积分电路中的电阻、电容, 则

积分电路输出的连续正弦电压信号与磁刺激磁场的连续正弦磁场信号线性相关, 整体增益为。对信号处理电路的输出信号通过高采样率的全波记录, 系统输出的电压幅度对应脉冲磁刺激线圈产生的感应磁场强度增益为, 感应电信号脉宽与感应磁场脉宽相同。参考数字示波器显示的波形参数, 可以反求原脉冲磁场的强度、脉宽等参数。

1.5 脉冲磁场真实值估计

根据IEEE标准[9], 本文设计了磁场真值的估计与标定方法, 即使用磁场探测线圈测量能准确计算的参考磁场, 并将结果进行比对。实验中的磁场定标发生装置可产生准确计算的参考场, 通过此参考场的计算值对磁场检测装置得到的测量值进行标定。

根据毕奥-萨伐尔定律, 载流导线产生的磁场强度可由如下公式计算:

其中, μ0为真空磁导率, I为载流体中的电流强度, r0是指从电流源位置到磁场测量位置的矢径, 可以推导出载流圆线圈中心处的磁场强度为。线圈电流I可以精确测量, 磁感应强度真值即可精确计算出。

2 测量结果

2.1 电路测试

为了测试电路各部分工作的频率响应、精度等性能是否满足设计指标, 本文设计实验对磁场进行实际测量。

首先测试差动放大电路的幅频响应及准确性。采用函数发生器AFG3252发生200 m Vpp的正弦脉冲信号作为差动放大电路的输入, 电路的放大倍数设为11倍, 在0.1~10.0 MHz之间改变输入信号频率, 通过数字示波器MSO4014对电路的输出信号进行全波记录, 绘得差动放大电路的幅频响应曲线 (如图6所示) 。通过对数据的分析发现, 差动放大电路在增益倍数为11倍的情况下, 电路的截止频率为57 MHz, 可以对频率在4 MHz以内的信号准确放大。在4 MHz范围内, 电路的平均增益为11.15, 最大相对误差仅为1.06%, 可以用作对信号的精确放大。

测试滤波电路幅频响应, 滤波器通带增益为1, 截止频率设为10 MHz。采用函数发生器输入200 m Vpp的正弦脉冲信号, 在0.1~50.0 MHz之间改变输入信号频率, 通过数字示波器对电路的输出信号进行全波记录, 得到滤波电路的幅频响应曲线 (如图7所示) 。通过对数据分析发现, 滤波电路频率在3.0 MHz以下时通带增益平坦, 不会对感应电压信号造成缺失, 电路截止频率为10.1 MHz, 与设计的滤波截止频率一致, 能够对高频噪声进行有效减弱。

由于积分电路的特性, 在输入信号幅值不变的情况下, 输出信号幅值与输入信号的频率成反比, 这里对频率为10 k Hz~1.0 MHz之间的特征频率点进行测试, 实际积分效果均达到理论值。以输入频率50 k Hz的正弦脉冲信号为例, 对电路的实际工作性能测试, 记录电路积分后的信号 (如图8所示) 。电路的输入信号为154.4 m Vpp, 经积分后输出信号波形达到积分并反相的效果, 幅值为302.4 m Vpp, 而电路在50 k Hz下输出的理论值为:

与实际值接近, 达到预期要求。

经测试, 信号处理电路各部分的实际工作性能均达到设计要求, 可以完成对MHz级信号求差、放大、滤波和积分变换的信号处理要求。

2.2 测量结果与误差

通过示波器记录磁场发生线圈的限流电阻上的电压信号, 用于脉冲磁场真值计算。

以频率为50 k Hz的正弦信号输入为例, 图9中的通道1~4分别为频率50 k Hz下1/100的功率放大后的输出信号、限流电阻上的电压信号、探测线圈中的感应电动势信号以及积分后的输出信号。

检测不同频率的感应磁场强度, 改变激励频率, 分别对10、50、100、500 k Hz和1 MHz等5个频率点的磁场强度进行10次重复测量取平均值Bd。将Bd与真值Br (标定值) 相比, 得出相对误差η, 计算结果见表1。

从表中可知, 在10 k Hz~1 MHz频率范围内, 磁场检测结果保持很好的准确性和真实性, 相对误差在可接受范围内, 实测结果能够反映真实磁场的动态特性。

3 讨论

本文研究了高频脉冲磁场动态检测技术, 自主设计了磁场动态检测与标定装置和信号处理电路, 可有效采集高频脉冲磁感应信号, 通过高质量的放大、滤波、避免直流累加的积分等处理, 完成磁场信号还原显示, 实现了MHz脉冲磁场的动态检测。实验结果表明, 动态特性测量值与真值保持良好的一致。

下一步工作是对信号处理电路及磁场检测系统的进一步的误差分析及调试, 在保证测量结果准确性的前提下缩小探测线圈尺寸, 提高整体电路的信噪比, 增大系统的适用范围, 完成系统的集成化以及数字化, 并投入实际应用。

摘要：目的:为解决目前通用的经颅磁刺激设备不具有对磁场实时动态检测功能这一问题, 基于法拉第电磁感应法, 开展对10 kHz1 MHz脉冲磁场动态检测技术的研究。方法:设计一种磁场动态测量与标定装置, 选用正弦脉冲施加于磁场发生线圈, 采集检测装置线圈上的感应电动势, 通过信号处理电路完成所采集信号的求差、放大、滤波和积分处理, 从而得到脉冲磁场参数。结果:该技术实现了对频率在10 kHz1 MHz之间、强度为μT量级磁场的准确测量, 测量结果通过标定, 与真实值的相对误差小于2.5%, 显示出较好的稳定性和一致性。结论:该技术能够对脉冲磁场进行较准确的测量和标定, 可通过进一步的研究投入实际应用。