【摘 要】
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油液监测是保证航空发动机、燃气轮机等重大装备安全运行的重要手段。转盘电极原子发射光谱技术因其环境适应性强、性能可靠、操作简单等优势,在油液元素现场检测得到了广泛应用,研究表明,电弧光源的稳定性对光谱分析的结果有重要影响。本文从电弧有限元仿真、稳弧电路设计、高频引弧电路设计、数字化控制等方面开展研究,提出了一种用于电弧光源激发的数字化自动引弧电路,设计了用于转盘电极发射光谱的新型稳弧电路,改善了引弧
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油液监测是保证航空发动机、燃气轮机等重大装备安全运行的重要手段。转盘电极原子发射光谱技术因其环境适应性强、性能可靠、操作简单等优势,在油液元素现场检测得到了广泛应用,研究表明,电弧光源的稳定性对光谱分析的结果有重要影响。本文从电弧有限元仿真、稳弧电路设计、高频引弧电路设计、数字化控制等方面开展研究,提出了一种用于电弧光源激发的数字化自动引弧电路,设计了用于转盘电极发射光谱的新型稳弧电路,改善了引弧和稳弧的稳定性,实现了电弧的数字化可控稳定输出。论文的主要研究内容如下:1.分析了影响电弧发射光谱谱线强度的因素,指出了电弧激发光源的设计需求,设计了用于转盘电极发射光谱的电弧激发光源系统方案,并指出了提高光源稳定性关键技术。2.构建了转盘电极直流电弧的仿真模型,基于磁流体模型（Magneto Hydro Dynamic,MHD）,采用有限元仿真法,分析了电弧在电极间隙长度2～5mm范围内,不同等离子体电导率下的电气特性和物理特性,获得了电弧的静态伏安特性曲线,为电路设计提供参考。3.提出了一种用于电弧激发的数字化自动引弧电路,建立了高频引弧电路拓扑结构模型,使用双路可控硅代替火花放电器,并使用基于FPGA和电流反馈的Buck电路自动调整输出电压,分析了电路参数和控制策略对输出波形的影响;设计了一种用于稳定电弧电流的移相全桥稳弧电路,通过软开关设计减小电路的开关损耗,利用霍尔传感器电流反馈和FPGA数字控制器实现了输出电流的稳定控制。4.研制了转盘电极发射光谱电弧激发光源的引弧电路和稳弧电路,开展了系统性能测试实验。实验结果表明在间隙长度2～5mm范围内,引弧电路的输出电压稳定性相较于使用火花放电器的高频引弧电路有所提升,电压波动小于4.72%;稳弧电路能够实现在输出电流≤20A的范围内电流稳定度小于0.197%。
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