PDM工作模式下的高压激励电源驱动体积DBD空气净化装置的供电频率调控系统和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种PDM工作模式下的高压激励电源驱动体积DBD空气净化装置的供电频率调控系统和方法，系统包括控制单元、可编程电源、PDM电源、体积DBD反应器、电气参数检测单元和光谱检测单元；体积DBD反应器的地线上串接有积分电容Cm；电气参数检测单元检测体积DBD反应器的供电电压信号、放电电流信号、积分电压信号，光谱检测单元检测体积DBD反应器反应区域的发射光谱强度信号，分别传输至控制单元；可编程电源控制PDM电源的供电电压峰值输出，控制单元根据接收到信号计算体积DBD反应器的供电能量和相对光量子产率能效比，进而根据计算结果控制PDM电源对体积DBD反应器的供电频率，使得体积DBD反应器在PDM电源的激励下放电，并工作在设定的相对光量子产率能效比范围内。

Power supply frequency regulation system and method of DBD air purification device driven by high voltage power supply under PDM working mode

The invention discloses a power supply frequency control system and method for the volume DBD air purification device driven by a high voltage exciting power supply under the PDM working mode. The system includes a control unit, a programmable power supply, a PDM power supply, a volume DBD reactor, an electrical parameter detection unit and a spectral detection unit, and the ground line of the volume DBD reactor is connected to the ground line. The integral capacitance Cm; the electrical parameter detection unit detects the power supply voltage signal, the discharge current signal and the integral voltage signal of the volume DBD reactor. The spectral detection unit detects the emission spectrum intensity signal of the volume DBD reactor reaction region and transfers to the control unit respectively; the programmable power supply controls the peak voltage of the power supply of the PDM power supply. The control unit calculates the power supply energy of the volume DBD reactor and the energy efficiency ratio of the relative light quantum yield based on the received signal, and then controls the power supply frequency of the PDM power supply to the volume DBD reactor according to the calculation results, making the volume DBD reactor discharge under the excitation of the PDM power supply and work on the set relative light quantum yield energy efficiency. Within the range.

【技术实现步骤摘要】
PDM工作模式下的高压激励电源驱动体积DBD空气净化装置的供电频率调控系统和方法
本专利技术涉及体积介质阻挡放电(dielectricbarrierdischarge:DBD)反应器控制
，特别是一种功率密度调制(powerdensitymodulation:PDM)工作模式的高压电源激励体积DBD空气净化装置的供电频率调控系统和方法。
技术介绍
近几年来，大气压等离子体被广泛应用于环境修复，污染控制，生物医学，流动控制和材料处理等方面。体积DBD是有绝缘介质插入放电空间，并形成一定放电间隙体积的非平衡态气体放电，具有放电稳定和放电面积大等特点，是在常压下产生低温等离子体的有效方法之一，适合于大规模工业生产，具有广阔的应用前景。在实际应用中，DBD的供电电压、供电电流、供电能量等电学参量，是低温等离子体研究和应用中极其重要的参量，在放电过程中它们相互作用，共同影响多重微放电的产生、放电的效果和等离子体的特性。体积DBD反应器通常采用高压或脉冲高压电源驱动，采用PDM工作模式的高压电源驱动DBD反应器具有功率密度调控方便、放电反应器温度低(等离子体非平衡态高)、工作稳定等优点。在介质阻挡放电中，随着放电过程的进行，DBD反应器的等效电容会发生改变。由于容性的反应器与感性的激励电源之间存在匹配关系，当反应器的等效电容发生变化时，反应器与电源的匹配特性下降。在PDM电源的输入电压相同的情况下，PDM电源产生的高压激励电压峰值会减小，即原本注入到反应器上的供电电压会减小，而只有当电源的供电频率和电极的谐振频率越接近，放电效果才越好。此时就需要调整反应器的供电频率，从而提高DBD反应器的供电电压，提高反应器的放电强度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：利用PDM工作模式的高压激励电源对体积DBD反应器进行激励放电，实现DBD反应器的空气净化作用，同时在DBD反应器的运行过程中，通过调整供电频率，达到调整DBD反应器供电能量的目的，保证反应器的放电强度。本专利技术采取的技术方案为：一种PDM工作模式的高压激励电源驱动DBD空气净化装置的供电频率调控系统，包括控制单元、可编程电源、PDM高压激励电源、体积DBD反应器、电气参数检测单元和光谱检测单元；DBD反应器的地线上串接有积分电容Cm；电气参数检测单元包括供电电压检测电路、放电电流检测电路和积分电压检测电路；供电电压检测电路检测体积DBD反应器的激励电源输入端的供电电压信号，放电电流检测电路检测体积DBD反应器的放电电流信号，积分电压检测电路检测积分电容Cm上的积分电压信号，光谱检测单元检测体积DBD反应器反应区域的发射光谱强度信号，分别传输至控制单元；可编程电源控制PDM电源的供电电压峰值输出，PDM电源的输出端连接体积DBD反应器的激励电压输入端；控制单元根据接收到的供电电压信号、放电电流信号、积分电压信号和发射光谱强度信号，计算体积DBD反应器的供电能量和相对光量子产率能效比，进而根据计算结果控制PDM电源对体积DBD反应器的供电频率，使得体积DBD反应器在PDM电源的激励下放电，并工作在设定的最佳相对光量子产率能效比波动范围内。本专利技术所述设定的相对光量子产率能效比波动范围即最佳Eer附近的范围，最佳Eer波动范围的端点值利用牛顿爬山算法得到，波动范围的区间长度值为设定值。进一步的，体积DBD反应器包括进气口和出气口，进气口上设有气体流速调节单元和气体流速传感器，出气口上设有气体质量检测单元；气体流速调节单元的控制输入端连接控制单元，气体流速传感器检测进气口的气体流速信号，气体质量检测单元检测出气口的气体质量信号，分别传输至控制单元；控制单元根据接收到的气体流速信号，通过气体流速调节单元对气体流速进行调节。优选的，控制单元通过气体流速调节单元控制体积DBD反应器内的初始气体流速为2.5m/s；DBD的运行过程中，当检测到气体流速在2.0m/s～3.5m/s范围之外时，对气体流速进行调节。优选的，供电电压检测电路包括依次连接的分压电路、电压跟随器、整流电路和真有效值转换电路，真有效值转换电路的输出端连接控制单元；分压电路包括串联在DBD激励电源高压端与接地端之间的多个分压电阻，其中一个分压电阻R2的阻值为所有分压电阻阻值之和的1/1000；该分压电阻R2的电压输出端通过电容C1连接电压跟随器的输入端。电容C1用于消除直流分量。供电电压检测电路最终检测到的电压值即为分压电阻R2上的电压，由于R2的阻值为事先设置，因此根据其上电压与供电电压的关系可求供电电压。优选的，放电电流检测电路包括依次连接的电流互感器、电压跟随器、信号放大器、积分电路、精密整流电路和真有效值转换电路，真有效值转换电路的输出端连接控制单元。优选的，放电电流检测电路中，电流互感器为均匀密绕在一环形非磁性骨架上的空心螺线管，DBD感应器的地线垂直通过电流互感器线圈所在平面；电流互感器输出至电压跟随器的输出电压e(t)为：其中，i是流经放电回路(地线)的电流，t是时间，h为环形非磁性骨架高度，N为线圈匝数，μ0为真空磁导率，Rb、Ra分别为环形非磁性骨架内径和外径；是一个常数，用互感系数M表示有：本专利技术放电电流检测电路的工作原理为：先用电流互感器感应系统中的放电电流，将电流信号转化为电压信号，然后通过电压跟随器对干扰进行隔离，再对电压信号进行放大，将放大的信号进行积分，信号经过积分电路后转变为一个与感应到的电流信号呈正比的电压信号，经精密整流电路和真有效值转换电路输入到内置ADC模块的MCU接口，实现对数据的采集和处理。本专利技术中的供电电压、放电电流、光谱检测等信号均属于频率较高的信号，相应的信号放大和调整电路的运算放大器均采用电流型运算放大器。优选的，积分电压检测电路包括依次连接的分压电路、电压跟随器、整流电路和真有效值转换电路；分压电路包括并联在积分电容Cm上的多个分压电阻，其中一个分压电阻R8的阻值为所有分压电阻阻值之和的1/10；该分压电阻R8的电压输出端通过电容C4连接电压跟随器的输入端。积分电压检测电路的电压检测原理与供电电压检测电路的检测原理相同，由于积分电容两端电压在几十伏范围之内，因此电阻分压部分只需将积分电压衰减10倍，即使得分压电阻R8两端的电压是积分电容电压的1/10。优选的，光谱检测单元包括依次连接的紫外传感器、电压跟随器、隔离电容、放大电路、电压跟随器、整流电路和真有效值转换电路；紫外传感器的信号接收端上设有对除·OH光谱之外的光谱进行滤除的紫外带通滤光片。本专利技术还公开上述PDM工作模式下的高压激励电源驱动体积DBD空气净化装置的供电频率调控系统和方法的供电频率调控方法，包括步骤：S1，设定PDM电源的初始供电频率，按照初始供电频率控制体积DBD反应器开始运行；S2，在体积DBD反应器的运行过程中，检测体积DBD反应器的供电电压、放电电流、积分电容电压和发射光谱强度信号；S3，根据检测到的信号计算体积DBD反应器的供电能量和相对光量子产率能效比Eer；S4，利用牛顿爬山算法确定DDB反应器的最佳Eer、Eer的最佳波动范围以及供电频率的调节范围，包括：S401，将供电频率的变化作为扰动变量，多次控制PDM电源改变供电频率输出，并利用步骤S2至S3，得到每次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PDM工作模式下的高压激励电源驱动体积DBD空气净化装置的供电频率调控系统，其特征是，包括控制单元、可编程电源、PDM电源、体积DBD反应器、电气参数检测单元和光谱检测单元；体积DBD反应器的地线上串接有积分电容Cm；电气参数检测单元包括供电电压检测电路、放电电流检测电路和积分电压检测电路；供电电压检测电路检测体积DBD反应器的激励电源输入端的供电电压信号，放电电流检测电路检测体积DBD反应器的放电电流信号，积分电压检测电路检测积分电容Cm上的积分电压信号，光谱检测单元检测体积DBD反应器反应区域的发射光谱强度信号，分别传输至控制单元；可编程电源控制PDM电源的供电电压峰值输出，PDM电源的电压输出端连接体积DBD反应器的激励电压输入端；控制单元根据接收到的供电电压信号、放电电流信号、积分电压信号和发射光谱强度信号，计算体积DBD反应器的供电能量和相对光量子产率能效比，进而根据计算结果控制PDM电源对体积DBD反应器的供电频率，使得体积DBD反应器在PDM电源的激励下放电，并工作在设定的相对光量子产率能效比范围内。

【技术特征摘要】
1.一种PDM工作模式下的高压激励电源驱动体积DBD空气净化装置的供电频率调控系统，其特征是，包括控制单元、可编程电源、PDM电源、体积DBD反应器、电气参数检测单元和光谱检测单元；体积DBD反应器的地线上串接有积分电容Cm；电气参数检测单元包括供电电压检测电路、放电电流检测电路和积分电压检测电路；供电电压检测电路检测体积DBD反应器的激励电源输入端的供电电压信号，放电电流检测电路检测体积DBD反应器的放电电流信号，积分电压检测电路检测积分电容Cm上的积分电压信号，光谱检测单元检测体积DBD反应器反应区域的发射光谱强度信号，分别传输至控制单元；可编程电源控制PDM电源的供电电压峰值输出，PDM电源的电压输出端连接体积DBD反应器的激励电压输入端；控制单元根据接收到的供电电压信号、放电电流信号、积分电压信号和发射光谱强度信号，计算体积DBD反应器的供电能量和相对光量子产率能效比，进而根据计算结果控制PDM电源对体积DBD反应器的供电频率，使得体积DBD反应器在PDM电源的激励下放电，并工作在设定的相对光量子产率能效比范围内。2.根据权利要求1所述的PDM工作模式下的高压激励电源驱动体积DBD空气净化装置的供电频率调控系统，其特征是，体积DBD反应器包括进气口和出气口，进气口上设有气体流速调节单元和气体流速传感器，出气口上设有气体质量检测单元；气体流速调节单元的控制输入端连接控制单元，气体流速传感器检测进气口的气体流速信号，气体质量检测单元检测出气口的气体质量信号，分别传输至控制单元；控制单元根据接收到的气体流速信号，通过气体流速调节单元对气体流速进行调节。3.根据权利要求2所述的PDM工作模式下的高压激励电源驱动体积DBD空气净化装置的供电频率调控系统，其特征是，控制单元通过气体流速调节单元控制体积DBD反应器内的初始气体流速为2.5m/s；DBD的运行过程中，当检测到气体流速在2.0m/s～3.5m/s范围之外时，对气体流速进行调节。4.根据权利要求1所述的PDM工作模式下的高压激励电源驱动体积DBD空气净化装置的供电频率调控系统，其特征是，供电电压检测电路包括依次连接的分压电路、电压跟随器、整流电路和真有效值转换电路，真有效值转换电路的输出端连接控制单元；分压电路包括串联在DBD激励电源高压端与接地端之间的多个分压电阻，其中一个分压电阻R2的阻值为所有分压电阻阻值之和的1/1000；该分压电阻R2的电压输出端通过电容C1连接电压跟随器的输入端。5.根据权利要求1所述的PDM工作模式下的高压激励电源驱动体积DBD空气净化装置的供电频率调控系统，其特征是，放电电流检测电路包括依次连接的电流互感器、电压跟随器、信号放大器、积分电路、精密整流电路和真有效值转换电路，真有效值转换电路的输出端连接控制单元。6.根据权利要求5所述的PDM工作模式下的高压激励电源驱动体积DBD空气净化装置的供电频率调控系统，其特征是，放电电流检测电路中，电流互感器为均匀密绕在一环形非磁性骨架上的空心螺线管，DBD感应器的地线垂直通过电流互感器线圈所在平面；电流互感器输出至电压跟随器的输出电压e(t)为：其中，i是流经放电回路(地线)的电流，t是时间，h为环形非磁性骨架高度，N为线圈匝数，μ0为真空磁导率，Rb、Ra分别为环形非磁性骨架内径和外径；是一个常数，用互感系数M表示有：7.根据权利要求1所述的PDM工作模式下的高压激励电源驱动体积DBD空气净化装置的供电频率调控系统，其特征是，积分电压检测电路包括依次连接的分压电路、电压跟随器、整流电路和真有效值转换电路；分压电路包括并联在积分电容Cm上的多个分压电阻，其中一个分压电阻R8的阻值为所有分压电阻阻值之和的1/10；该分压电阻R8的电压输出端通过电容C4连接电压跟随器的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘育麟，陈秉岩，高香香，蒋永锋，朱昌平，田泽，殷澄，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32