多接地点闪电的梯级先导与回击过程的研究

利用成像率为1000幅/s的高速数字化摄像系统和电场变化仪,对在一次回击过程中具有多个接地分支的闪电(MGPF)进行了研究。结果表明:MGPF回击前的梯级先导由包含2~4个脉冲的脉冲束组成,脉冲束间的时间间隔平均值约为26μs,脉冲间的时间间隔平均值约为5μs;广东MGPF回击过程中和的电荷量约为4.5C,青海的约为11C;广东MGPF发生比例为16.7%,青海的为17.6%;一次回击的多个接地分支多发生在首次回击。通过分析发现,MGPF的形成与闪电的梯级先导、连接过程等有重要关系。闪电在一次回击过程中具有多个接地分支对雷电防护方法和设计的改进提出了更高的要求。     

闪电连接高度对地面电场波形的影响

传统回击模型认为回击从地面始发往云层发展,最新针对闪电连接过程的观测事实表明,闪电的先导连接过程发生在地面以上高度,先导连接后闪电连接高度处会产生上行回击电流和下行回击电流,并沿通道分别向云层和地面发展.该文提出考虑闪电连接高度的回击发展模型,计及在连接高度处的回击电流双向传输模式,利用该模型计算分析距闪电通道不同距离(50km、5km、50m)的地面电场.结果发现,地面电场波形受回击电流波前陡度的影响,下行回击的存在可能导致电场强度波形在上升阶段出现尖锐的初始尖峰.用电场初始尖峰过冲百分比来描述电场尖峰过冲程度,进一步分析连接高度、回击电流波前陡度和下行回击速度对电场初始尖峰过冲程度的影响,发现随着闪电连接高度的增加,电场初始尖峰过冲增大,持续时间增加;回击电流波前陡度增大,电场初始尖峰过冲增大;下行回击速度增大,电场初始尖峰过冲增大,但持续时间缩短.10m内较低闪电连接高度下,波前陡度为20～60kA/μs的电流在下行回击速度大范围变化下,电场强度波形中无明显初始尖峰.相比传统回击发展模型,考虑闪电连接高度回击发展模型的地面电场计算结果与观测事实更吻合,揭示了闪电连接高度对地面电场初始尖峰形成的影响机制.     

回击过程中具有多个接地通道闪电的研究

根据广东顺德与青海大通地区2002年夏季多次雷暴过程中地闪的电场和光学资料,研究了一次回击过程中具有多个接地点的闪电(MGPF)和产生、影响MGPF的因素。结果表明:1)广东371次地闪中MGPF有62次(约16.7%);青海119次地闪中MGPF有21次(约17.6%)。2)广东与青海MGPF的相邻接地点间的时间间隔分布分别为20~342μs和8~172μs。3)随着回击次数的增加,闪电在回击过程中具有多个接地点的几率降低。4)广东与青海MGPF的回击前梯级先导速度无量级差异。闪电在一次回击过程具有多个接地通道,因而对地面设施将产生更大的危害,这对雷电防护设计和改进提出了更高的要求。     

负地闪先导—回击过程的光学观测和分析

为了解闪电先导传输的过程以及雷电灾害产生的机理,利用高速摄像观测自然闪电的资料,结合地面电场变化观测,分析了27次自然负地闪先导-回击发展过程的特征。结果表明:>90%的负地闪首次回击前下行梯级先导具有明显的多级分叉现象,随其下行发展,接近地面时分叉逐渐增多,先导的发展速度为104~105m/s量级;约30%(8/27)的地闪具有多个接地点;约44%(12/27)的地闪具有多次回击,其中回击次数最大值为13,回击次数>10的地闪有4次;多接地闪电中有62%(5/8)具有多次回击,但发生多次回击的接地点均只有1个,其余的接地点均只发生1次回击。     

广州地区地闪放电过程的观测及其特征分析

为了比较系统地认识和理解地闪放电的特征,利用高速摄像机和闪电电磁场观测设备对广州地区的地闪放电过程进行了光、电、磁综合观测。分析结果表明:1)地闪预击穿过程由呈双极性的大脉冲簇组成,80%以上的脉冲的初始极性与其后的回击极性相同;2)负地闪首次回击前的下行梯级先导均表现出较多的分叉,平均发展速度为105 m/s量级,在向下发展过程中速度增加,通道亮度也逐渐增强;3)当下行先导接近高建筑物时,在高建筑物上常常激发产生出多个上行先导,不管是上行连接先导还是上行未连接先导,均可以发展传输上百m,甚至达到几百m,2维平均发展速度均在104～105 m/s量级;4)72%的负地闪具有多次回击,且有3次回击的比例最高,约为25%,回击之间的时间间隔主要在100ms之内,但最大可达500ms;5)在人工触发闪电中直接测量的回击电流峰值在6.67～31.93kA之间;6)65%的负地闪含有连续电流过程,41%的回击后跟随有连续电流,连续电流的持续时间在1～358ms之间;7)连续电流中的M分量持续时间主要集中在3ms以内,相邻M分量之间的时间间隔主要分布在0～10ms之间,2/3的第1个M分量起始时间与回击起始时间之间的时间间隔<2ms。     

人工触发闪电直窜先导-回击放电参量的估算

利用2005和2006年夏季在山东人工触发闪电实验中获取的近距离电场和电流资料,对14次直窜先导-回击放电过程的放电特征参量进行了估算.结果表明,利用实测直窜先导电场结合源电荷先导模式得到的结果与利用实测电流结合传输线模式得到的结果接近,说明2种估算方法都是可行的.人工触发闪电回击速度平均值为2.14×108 m/s,与自然闪电继后回击速度接近;直窜先导速度比回击速度小一个量级;直窜先导电流范围为0.5～6.1 kA.人工触发闪电直窜先导线电荷密度、电位分别为71.4μC/m和9.77MV,均与回击峰值电流呈正相关,直窜先导速度、回击速度与回击峰值电流没有相关性.反演得到的空中触发闪电回击电流峰值的变化范围为12～39 kA,与利用传输线模式估算的结果非常接近,这为难以直接测量的空中触发闪电电流的反演提供了一个有效方法.     

火箭触发闪电的回击电流及电场特征分析

2019年夏季在广州开展了火箭引雷试验，成功地触发了14次闪电，总回击(RS)数达74次，平均回击数为5.3次，单次闪电的最大回击数为14次。该文对火箭引雷的回击电流及不同距离电场波形特征进行了分析。回击的间隔时间、峰值电流、10%～90%上升时间、半峰值宽度、1 ms转移电荷和1 ms作用积分的几何平均值分别为38.45 ms、12.38 kA、0.25μs、8.31μs、0.68C和2.12×10³A²·s，回击电流的转移电荷量和作用积分量均与回击峰值电流呈幂函数相关性。回击的先导电场强度峰值和回击电场强度峰值会随距离的增大而减小，而电场的10%～90%上升时间和半峰值宽度会随距离的增大而增大。回击电场强度峰值会随距离的增大而呈现出幂函数减小，且峰值电流与不同距离的先导电场强度峰值和回击电场峰值均呈现一定线性相关，距离越大，其线性拟合关系越好。     

“先导－回击模型”与人工触发闪电特征参数计算

在关于地闪通道的“先导模型”和“回击模型”基础上,建立了“先导—回击模型”,并利用该模型对2005年8月2日3次人工触发闪电中观测到的12次直窜先导和继后回击过程的慢电场变化资料进行了闪电通道特征参量的计算。计算结果发现：3次人工触发闪电的高度分别在8．68、4．48和10．59km；直窜先导过程的电荷线密度范围为49．3～130．05μC/m；先导发展平均速度范围为0．23×10~7～1．48×10~7 m/s；先导平均电流范围为0．14～1．87kA；先导通道电压范围为7．94～20．33MV；继后回击中和的电荷量范围为0．16～1．21C；继后回击过程的回击平均速度范围为2．61×10~7～11．86×10~7m/s；回击平均电流范围为1．56～12．59kA。分析表明,“先导—回击模型”降低了对观测点站数和观测环境的要求,同时对通道具有较强的计算能力。     

人工引发闪电和自然闪电回击电流波形的对比分析

对2005年夏季在山东引雷实验中获得的一次传统人工引发闪电1μs时间分辨率的电流资料进行了分析。整个电流持续时间约1120ms,包含10次回击过程,时间间隔为18~210ms,平均为87ms;回击电流峰值的几何平均值为11.9kA,变化范围为6.6~21.0kA。通过人工引发闪电和自然闪电的对比分析,发现传统人工引发闪电的回击电流峰值(10~17kA)与自然闪电的继后回击(12~18kA)基本一致;空中人工引发闪电的首次回击(也有作者称为"小回击过程")电流峰值(24~37kA)略小于自然闪电的首次回击(30~45kA);不同地区下行自然闪电回击电流峰值存在最大约50%的差异;上行自然闪电回击电流峰值(8~10kA)小于其他类型的回击。     

闪电回击工程模型的有效性研究

为了分析几种常用的闪电回击工程模型的有效性,将回击通道底部电流表示为击穿电流和电晕电流的叠加,利用脉冲函数描述回击通道底部电流波形,选择了一种比较典型的回击通道底部电流波形参数,分别对Bruce-Golde(BG)模型、运动电流源(TCS)模型、Diendorfer-Uman(DU)模型、传输线(TL)模型、电流指数衰减的传输线(MTLE)模型和电流线性衰减的传输线(MTLL)模型6种回击工程模型产生的不同场区回击电磁场进行了计算,并将计算结果与实际测量得到的不同场区回击电磁场特征进行了比较。结果表明基于MTLL回击模型计算得到的不同场区回击电磁场能够符合实际测量回击电磁场所具有的4个特征:(1)电场与磁场都有1个快速上升的初始峰值,当观测距离>1km时该峰值的数值与距离接近成反比;(2)几十km距离以内的电场在起始峰值之后有1个缓慢的上升沿,其持续时间可长达100μs;(3)几十km距离以内的磁场在起始峰值后有1个隆起,其最大值在10～40μs之间;(4)50～100km距离之间的电磁场在初始峰值后几十μs内都有过零点。依据另外5种回击工程模型计算得到的回击电磁场不能与实际测量闪电回击电磁场的特征完全相符。因此,MTLL回击模型具有相对更高的精确度和有效性。     

Transmission EELS attachment for SEM

At the present transmission, an electron energy-loss spectrum (EELS) analysis is only carried out in transmission electron microscopes, such as the transmission electron microscopes (TEMs) or the Scanning Transmission Electron Microscopes (STEMs). Although the elemental analysis can be done in the scanning electron microscopes (SEMs) with an energy dispersive X-ray (EDX), its energy resolution is typically limited between 100-150 eV, nearly two orders of the magnitude larger than the energy resolution of the EELS in the TEMs/STEMs. This paper presents an EELS attachment for the conventional SEMs. K edge and the EELS low-loss spectrum of a thin amorphous carbon film are obtained in a Philips XL30 field emission SEM. The EELS attachment has the capability of acquiring structural information and 4 eV energy resolution at 30-keV primary beam energy.     

遥信SOE分辨率误差分析及相关试验方法探讨

智能变电站的发展对测控装置遥信SOE分辨率提出了更高的要求。详细分析了测控遥信SOE分辨率在测试过程中出现的异常现象原因,即受遥信时标最小单位为毫秒的限制,理论上测控装置遥信SOE分辨率小于1 ms的要求不可能100%满足。进行阻尼振荡波的EMC试验时,利用仿真试验在理论上证明遥信SOE错误的原因是：遥信1动作后,遥信2回路中耦合进入了初值为220 V的衰减直流分量,从而导致遥信2提前动作。最后,针对阻尼振荡波试验的特点,提出了一种解耦方案,通过改变试验接线避免了遥信回路之间的影响,即遥信1和遥信2分别接入不同的电源回路。     

一种高分辨率数字时间鉴别器设计

在雷达自动距离跟踪与宽带成像雷达系统中,高分辨率数字时间鉴别器是关键部件,它将跟踪的目标信号相对跟踪波门之间的延迟时间差转换成相应的距离误差。介绍了一种高分辨率数字时间鉴别器的实现过程并给出了仿真结果,为了获得高精度时间分辨率,采用模拟插值技术设计了t/D变换器,代替传统的时钟脉冲计数器对时间延时差的测量,经测试,其测时误差小于200ps,抖动误差小于53ps。     

雷击风机叶片的跃变击距特性与定量表征

风机叶片对雷电的接闪是风机防雷研究中的关键内容,合理分析接闪时的击距特性意义重大。基于雷击过程的物理机制,将雷击发生时上、下行先导头部间的距离定义为跃变击距,并分析了多上行先导竞争对风机接闪和跃变击距的影响。基于先导起始和发展理论,根据下行先导的等效模型和稳定上行先导的判定方法建立了风机叶片接闪模型,利用该模型得到了随雷电流幅值变化的跃变击距公式,指出侧面距离等参数对跃变击距没有影响,实验和观测结果证明了模型的正确性。最后利用接闪模型提出了考虑稳定上行先导对周围电场畸变作用的对地击距公式,与其他学者计算的结果进行对比指出,现有对地击距公式或不适用于风机背景的防雷计算。     

Application of piezoelectric multi-layered actuator to floating mass transducer for implantable middle ear hearing devices

Implantable middle ear hearing devices (IMEHDs), which have been developed since the 1970s, directly stimulate the middle ear and can realize a high efficiency of sound transmission with better sound fidelity. For such kinds of IMEHDs, this paper presents the design and application of a piezoelectric floating mass transducer (PFMT) using a PMN-PT multi-layered actuator as a new type of vibrating transducer. The proposed PFMT consists of only three components of a multi-layered piezoelectric actuator, a metal case, and a clamping clip. The actuator’s one side is connected with the metal case and the other side is linked to the clamp for the attachment to an incus long process of middle ear ossicles. The vibration displacement of the PFMT attached to the incus is studied theoretically by simplified kinetic model between the PFMT and the incus. Through an in-vitro experiment using a human temporal bone, it has been verified that the proposed PFMT can generate the vibration force equivalent to the sound pressure of about 100 dB SPL. Therefore, the proposed PFMT is expected to be used as an IMEHD transducer with the advantages such as simple surgical implantation, no interference from external electromagnetic fields, and improved productivity.     

基于AD9501串联的顺序等效时间采样设计

顺序等效时间采样中要求高分辨率和宽延时范围的可编程数字延时电路。针对单片8位可编程脉冲延时芯片AD9501用于顺序等效时间采样时只能采集256个数据点和延时分辨率不便调整的不足,提出了将两个AD9501进行串联的设计,通过设置合适的器件外部延时参数,可以将两片8位可编程脉冲延时芯片等效成一片16位可编程脉冲延时芯片,再利用FPGA控制11位延时数据在16位延时数据总线上的位置,实现了3.2GS/s～100GS/s等效采样率、2K存储深度的可变顺序等效时间采样功能。对于测试中发现的延时不准确问题,分析和验证了其中的原因,并给出了改进措施。     

基于STM32和电容积分法的微电流测量仪设计

基于电容积分法测量原理,利用32位微控制器STM32F103控制双通道双切换积分(Dual SwitchedIntegrator)芯片DDC112,配合电路防泄漏电流工艺设计,实现双通道fA(飞安10-15A)级微弱电流的连续测量。利用单芯片DDC112实现I/V转换,并提供20位数字输出,使系统具有电路简化,分辨率高,干扰噪声低等特点。该系统测量分辨率达到1fA,测量时间范围:50~1×106μs,电流量程可在5×104~7×109fA范围内通过设置积分时间进行选择。     

一种抑制时频分布交插项的有效方法

文中提出了一种构造时频分布的新方法,这种方法能够有效地压缩相应谱图中的交插项,它能够满足大多数所期望的特性,并且具有很高的时频分辨率,数字实例给出几个特定信号的情况以及说明这种时频分布的特点。     

提高感应无线位置检测分辨率的方法

感应无线位置检测技术已经广泛应用于工业机车自动化,机车全自动无人操作的精确定位,要求进一步提高位置检测分辨率。文中以感应无线车上位置检测技术为研究对象,对应用中影响检测分辨率的原因进行了分析。提出了提高检测分辨率的方法:设计一种独特的感应线圈结构,采用具有抑制干扰能力副线圈检测精密位置,并且在编码电缆的交叉处采用同一信号参数计算一般位置与精密位置而消除内部串扰的影响。实验结果表明所述方法对提高检测分辨率有明显效果。     

起动机新型电子继电器的研制

针对目前汽车中常用的电磁复合继电器存在的问题,并广泛征集用户意见,综合国内外同类产品的优点,研制了起动机用新型电子继电器.介绍了该继电器的研制依据、研制过程、解决的问题与特性.