一种测量非线性电容的方法_林靖松.pdf
《一种测量非线性电容的方法_林靖松.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一种测量非线性电容的方法_林靖松.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 35 卷第 6 期大学物理实验Vol35 No62022 年 12 月PHYSICAL EXPEIMENT OF COLLEGEDec2022收稿日期:2022-08-04基金项目:辽宁省教育厅项目(LJ2020008);辽宁师范大学教学改革研究与实践项目(LSJG202211)*通讯联系人文章编号:1007-2934(2022)06-0021-05一种测量非线性电容的方法林靖松,于潭学,齐宏松,李宗兴,朱霞,霍伟刚*(辽宁师范大学 物理与电子技术学院,辽宁 大连116029)摘要:测量放电电容的常用方法是李萨茹图形法,这种方法需准确确定李萨茹图形相邻边斜率。但由于李萨茹图形不总是规则的平
2、行四边形,难以准确确定相邻边斜率。本文提出了一种新的测量放电电容的方法电容概率直方图法。利用电容概率直方图法计算放电电容步骤如下:(1)对实采电压信号进行非线性内插;(2)对内插后的数据进行 S-G 平滑处理(平滑窗口点数 200,多项式阶数为 2);(3)选择合适筛选区间和统计周期个数。最后验证了利用此方法测量放电电容的可信性。关键词:介质阻挡放电;李萨茹图形;电容概率直方图法;负载电容中图分类号:G 6420文献标志码:ADOI:1014139/jcnkicn22-1228202206004介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)电容包括两电极电容、
3、介质阻挡层电容、气隙电容。这些电容是非线性的,影响等离子体发生器的放电效率。除此之外,DBD 电容是计算气隙电压、传导电流、气隙击穿场强等重要参量的基础,这些参量是分析放电物理过程的重要参数。为此,很多科研小组开展了 DBD 电容测量的研究1-4。常用测量非线性 DBD 电容的方法是李萨茹图形法5。李萨茹图形法测量非线性 DBD 电容的具体过程如下:在电极电压和取样电容(在放电电极与地之间串联的一个电容)两端的电压共同作用下得到闭合图形,根据闭合图形的两边斜率计算非线性 DBD 电容。由于放电模式或放电发生装置的不同,DBD 的李萨茹图形不总是规则的平行四边形6,李萨茹图形两相邻边的斜率不易精
4、确判定。因此,需要一种测定非线性 DBD 电容的新方法。本文提出一种新的测量平板型DBD 非线性电容的方法,研究了平滑方法、平滑参数,筛选区间和统计周期个数等对非线性 DBD电容的影响。1实验装置实验 装 置 示 意 图 如 图 1 所 示。型 号 为TLP2040 的高压电源(输出电压峰值:调节范围为040 KHz,最大输出功率:1 kW,频率:40 Hz20KHz)输出交流高压,施加到 DBD 放电驱动电极上产 生 等 离 子 体。体 DBD 放 电(VolumeDischarge,VD)在两个直径为 40 mm 紫铜圆形之间发生,每个电极表面覆盖一层厚度为 035 mm、直径为 50 m
5、m、相对介电常数为 98 的陶瓷片。下电极接地。整个放电单元密封于一个自制的长为 400 mm、宽为 300 mm、高为 200 mm 的亚克力板密封箱。在实验过程中,高纯氩气(99999%)通过气体流量控制器(型号:D08-2F;量程:500sccm)通入密封箱中,密闭箱的另一侧安装了出气阀门,保证密闭箱内气压为一个大气压。利用美国泰克公司生产的 P6015A 型号高压探头(输入阻抗:100 M/3 pF,带宽:075 MHz)和美国皮尔逊公司生产的电流探头(输入阻抗:50,带宽:150 Hz 18 MHz,最大电流峰值:1 000A,输出灵敏度:05 V/A)采集电极电压和放电电流。在 D
6、BD 发生器的接地电极和地之间串联一个了 65pF 的取样电容 Cz,用于测量 DBD 放电的传输 电 荷 量。利 用 美 国 泰 克 公 司 生 产 的DPO4054B 型号的示波器(四通道,输入阻抗:1M/50,带宽:500 MHz,通道最高采集率:5GS/s,最大记录长度:20 M)记录电极电压(Ve)、放电电流(Id)和取样电容电压两端的电压(VC)。图 1实验装置示意图2实验结果和讨论21利用电容概率直方图法计算非线性 DBD电容电极间隙,氩气流量,电极电压和电源频率分别为 016 cm,100 sccm,23 kV 和 1884 kHz 时,利用示波器采集 Ve和 VC。利用公式C
7、(t)=d CzVcdVe(t)=dQ(t)dVe(t)计算非线性 VD 电容 C(t)。上式中的 Cz、Q(t)是取样电容和放电过程中的传输电荷。图 2是 VD 放电 Ve,Id和 C(t)以及对应的李萨茹图形。为了量化没放电时负载电容 C0和放电时负载电容 Cd,绘制图 2b 中 C(t)的概率直方图(见图 2d)。从图 2 可以明显看出:(1)在每半个电压周期,会出现多个电流脉冲(见图 2a);(2)电容 C(t)具有方波特征(具有上,下两个平台);通过与电流波形进行对比发现:上面的平台对应放电时的电容 Cd,下面平台对应没有放电时的电容 C0(见图 2b),这与文献 6 中的图 2 所
8、描述的规律一致。这也说明,不管是表面放电还是 VD 放电,C(t)具有相似的特征。值得说明的是:1由于计算 C(t)需要对 Ve和 VC进行微分运算,为避免噪声信号对微分结果的影响,需对实采电压信号进行 Savitzky-Golay(S-G)平滑处理;2在最大电极电压附近,由于 dVe=0,C(t)出现周期性改变的极大值;3在没放电或放电期间,电容 C 都是变化的(见图 2b 中下,上平台区),意味着李萨茹图形边的斜率也是变化的,这与相同条件下的李萨茹图形斜率变化一致(见图 2c)。电容概率直方图出现两个特征峰,特征峰分别对应没放电时电容C0和放电时电容 Cd(见图 2d)。平滑方法、平滑参数
9、、筛选区间和统计周期个数等对特征电容值影响将在 22 节详细讨论。Time/msElectrode voltage/kVCapacitance/pF图 2VD 放电电压电流(a)、电容(b)、李萨茹图形(c)和电容概率直方图(d)22影响非线性 DBD 电容的因素221平滑方法的影响为了研究利用电容概率直方图法计算非线性DBD 电容的影响因素,利用示波器采集 Ve和 VC,其它条件与图 2 相同。通过分析发现:不管是 Ve还是 VC,都存在噪声,对计算 C(t)有很大影响,需对 Ve和 VC进行平滑处理。本文采用 OriginPro 2018 软件对实采信号进行平滑处理。图 3 是Origin
10、 Pro 2018 软件的信号平滑处理界面。图 3Origin Pro 信号处理页面22大学物理实验2022 年从图 3 可以看到:平滑方法有相邻平均法,S-G 方法,百分位平滑器平滑法,FFT 平滑器平滑法,LOWESS 方法等。在利用不同平滑方法进行平滑时,保持平滑窗口点数为 200,除此之外,利用 S-G 方法进行平滑时多项式阶数为 2。表 1 是对 VC进行平滑处理结果。说明:为了更清晰展示平滑处理结果,平滑后图像只给出 VC最大值附近波形。从表 1 可以看出:与其它平滑方法相比,利用S-G 法进行平滑计算后既能降低噪声信号,提高平滑度,又能保留数据的原本特征。因此在利用电容概率直方图
11、法计算负载电容前,对实际采集的 Ve和 VC波形数据进行 S-G 平滑处理。表 1平滑方法对 VC影响平滑方法窗口点数平滑后图像结论相邻平均S-G百分位法FFTLOWESSLoess200轻微失真保留原特征轻微失真轻微失真严重失真轻微失真222窗口点数和多项式阶数的影响利用 S-G 平滑方法对局部波形数据进行多项式回归计算,能降低噪声信号,提高平滑性,同时还保留数据的原本特征。但采用不同的窗口点数(窗函数所包含数据点的个数)和多项式阶数,S-G 平滑结果也不同。窗口点数对平滑效果的影响。选择 S-G 平滑方法,多项式阶数固定为 2,分别改变窗口点数为:5,100,200,1 000 和 3 0
12、00,对表 1 中的 VC进行 S-G 平滑。平滑点数为 5 时,原始数据的原本特征保留度比较高,但信号噪声仍然很强;在窗口点数为 100 和 200 时,原始数据的原本特征保留度仍然比较高,且信号噪声较弱,窗口点数为 200时平滑后效果最好;当窗口点数为 1 000 和 3 000时,波形出现严重失真。综上所述:随着窗口点数增加,原始波形的特征保留度逐渐减小,平滑效果逐渐增加(见图 4a)。本文窗口点数统一设定为 200。多项式阶数对 S-G 平滑结果的影响。选择S-G 平滑方法,窗口点数固定为 200,多项式阶数分别设置为:1,2 和 5,对表 1 中的 VC进行 S-G 平滑。由图 4b
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 一种 测量 非线性 电容 方法 林靖松
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。