文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2014)11-0057-03
0 引言
介質阻擋放電（DBD）技術在材料、微電子、化工、環境保護、醫療衛生、自來水深度處理等眾多學科領域中有著廣泛的應用[1-2]。目前研究中介質阻擋放電的特征參數（介質阻擋電容、氣隙放電電容和放電維持電壓）與供電電源的主回路參數設計、負載特性以及等效模型方面有著密切聯系[3-4]，因此需要準確地測量介質阻擋放電電路的特征參數顯得比較困難。許多學者對介質阻擋放電的特征參數的獲得大多采用幾何計算法，但這種方法自身存在難以克服的缺點，已很少采用。現階段，李薩如圖形法是在生產實踐中被廣泛采用的一種測量介質阻擋放電電路參數的方法。這種方法可以同時獲得三個DBD電路放電特征參數，比幾何計算法更精確，且不需要獲得DBD電路設計參數[5-6]。但傳統李薩如圖形測量法存在操作復雜、效率低、誤差大和難以在線測量等不足，本文正是基于李薩如圖形測量原理設計了一種在線測量電路，該方法具有實時操作性強，效率高，誤差小等諸多優點。
1 傳統李薩如圖形測量法
李薩如圖形測量法能夠測量DBD三個放電參數，即能根據測量結果同時計算出放電維持電壓、放電氣隙電容、介質阻擋電容這三個重要的放電特征參數。
1.1 李薩如圖形原理
傳統李薩如原理圖如圖1所示，從圖中可以得到：點B、D對應著電流變化的時刻點，點M、N對應著電壓變換的時刻點，本文稱之為關鍵點。獲得B、D、M、N關鍵點坐標，為敘述方便，這里設其坐標為B(Bx，By)、D(Dx，Dy)、M(0，My)、N(Nx，0)。
求取A、B、C、D點坐標：
計算直線BA和直線DA在坐標系中交點A的坐標(Ax，Ay)：
不難獲得，直線AB的方程為：
y=kBMx+My(1)
直線AD的方程為：
y=kDN(x-Nx)(2)
聯立（1）（2）式可得：
同樣可以求得C點坐標：
依據以上原理可求取B和D點坐標，至此可以重構李薩如圖形，這里不再贅述。
1.2 DBD負載放電參數的計算
(1)放電功率的計算式
依據李薩如圖形獲得放電功率一般分為兩步：
?、儆嬎銏D形面積：
式中，S駐BCD為圖1中由Ｂ、Ｃ、Ｄ 3點構成的三角形面積。
②結合測量儀器的變比，計算放電功率P：
P=SfCm kx ky kN(6)
式中：S為平行四邊形的面積、f為DBD電路工作頻率、Cm為“積分電容”數值、 kx為示波器橫軸（X軸）靈敏度、 ky為示波器縱軸（Y軸）靈敏度、 k為高壓探頭分壓比、 N為電流互感器TA的變比。
(2)電路氣隙電容與介質阻擋電容計算式
從DBD型負載放電的實際電路可以得到此時放電氣隙電容為：
(3)電路放電維持電壓Uz計算式
y=KDN(x-Bx)+By(10)
式(10)為直線BC在直角坐標系中的方程。
令y=0，可得J的橫坐標為:
由此可得，放電維持電壓的數值為：
1.3 傳統李薩如圖形測量不足
DBD放電是在數千伏高壓下發生的，故對DBD型負載放電參數的測量比較困難，但可以采用電容分壓電路、電阻分壓電路或者高壓探頭的方法來進行測量。
如圖2給出了電阻分壓電路測量DBD負載兩端電壓的示意圖。
不論采用高壓探頭還是分壓電路來獲得DBD負載兩端的電壓，都存在著明顯的不足，亟待解決：
(1)實驗設備復雜，投資大。在實驗中需要示波器、高壓探頭、電流探頭、隔離變壓器等，這些設備的投入，使得實驗復雜且投資較大。
(2)電阻分壓電路要求電阻具有阻值精密、耐壓高等特性，且未能實現隔離，因此有安全隱患。
(3)對于獲得的李薩如圖形需要人工處理數據，費時費力，效率低下，實時性差。
(4)誤差大，人為讀取數據會引進人為誤差，是誤差的主要部分。
2 李薩如圖形在線測量系統
基于以上介紹的傳統李薩如圖形測量方法存在的不足，迫切需要設計出一種新的測量系統，使得對該電路參數測量更加方便。
2.1 在線測量系統分析設計
以正半周期電流電壓為參考方向，不難得到李薩如圖形中點B對應DBD電路負半周期內電流從負到正的變換時刻；點M對應積分電容端電壓從負到正的變換時刻；D對應正半周期電流從正到負的變換時刻；N對應發生器兩端電壓從負到正的變換時刻。
在線測量系統需完成：
(1)捕捉電壓電流過零信號；
(2)測量電壓電流過零時的電氣參數；
(3)進行數據處理，完成放電參數求解。
由以上分析，在線測量系統主要包括信號檢測回路、采樣電路、數據處理單元和結果輸出，有軟件系統和硬件電路兩部分，其結構示意圖如圖3所示。
2.2 信號檢測與采樣電路
在所述的信號檢測回路中，包含有電容分壓電路、“電荷積分”電路、逆變電路、電流過零檢測電路、電壓檢測回路及電壓過零檢測電路。參數檢測裝置利用串聯諧振逆變電路主電流過零、“電荷積分”回路電壓、電容分壓回路電壓、過零檢測電路形成采樣電路的采樣控制信號。
電容分壓電路是由兩個無極性電容串聯構成，這兩個電容上電壓與介質阻擋放電電路承受的電壓存在比例關系，通過合理配置這兩個電容的電容值，實現介質阻擋電路上電壓的降壓檢測；“電荷積分”電路由一個電流互感器和與其相連的無極性電容構成，該電路對通過流過介質阻擋放電電路的電流進行積分運算。通過電容分壓和“電荷積分”回路上的電壓形成重構李薩如圖形所需的原始數據。采用單片機與AD采樣模塊即可完成對關鍵點數據的采集。
2.3 數據處理單元與結果輸出
數據處理單元包括硬件單片機和軟件程序，對數據的處理包括根據采樣數據完成李薩如圖形的重構，完成參數計算，求得放電功率、介質阻擋電容、氣隙電容和放電維持電壓。結果在液晶模塊中顯示出來，形成可視化結果。按照本文DBD參數求解思路，用C語言編程即可實現。
3 在線測量系統實驗
本文在理論分析的基礎上，通過對相關理論知識的分析之后搭建了DBD在線測量系統實物平臺。
3.1 試驗系統
該實驗平臺由DBD系統和DBD放電參數在線測量系統組成。在試驗中的DBD系統包括臭氧產量為10 g/h的DBD型臭氧發生器一臺，可調變壓器一臺，賽米控公司skyper32全橋逆變控制器一臺。在試驗中的DBD在線測量系統包括電壓電流采樣電路、電容積分電路與電容分壓電路、單片機板。
3.2 實驗結果
本文在相同的實驗條件下，分別采用傳統李薩如圖形測量法和在線測量系統獲取DBD放電參數。圖4為傳統李薩如圖形法獲得的李薩如圖形，在該李薩茹圖形中設置相應的坐標點進行手工計算。表1給出了采用傳統李薩如圖形測量法和本文提出的在線測量法獲得的DBD放電參數的結果。
兩種方式都能求取DBD負載放電參數。從表1的結果對比中，能夠得出傳統李薩如圖形獲得地實驗數據浮動比較大；而在線測量系統在相同實驗條件下獲得數據基本相同。因此可以得出：(1)本文提出設計的DBD放電參數在線測量系統正確；(2)采用本文提出的在線測量系統獲得的結果更加可靠準確。
4 結論
本文從對DBD負載放電參數測量的傳統李薩如圖形測量法原理出發，分析設計了DBD負載放電參數在線測量系統，并對其進行了實驗驗證，簡單歸納如下：
(1)本文提出的DBD放電參數在線測量系統正確，結果更加可靠準確；
(2)DBD放電參數在線測量系統克服了傳統李薩如圖形測量法的諸多不足，具有高效、經濟、準確和操作簡單等優點。
參考文獻
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