一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法及系统技术方案

技术编号：41066278 阅读：2 留言：0更新日期：2024-04-24 11:20

本发明专利技术提供了一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法及系统，涉及信号处理技术领域，方法包括：获取介质阻挡放电时的时域数字信号；对放电电压信号进行FFT变换，得到放电电压信号的频谱数据；根据放电电压信号的频谱数据，确定放电主频；根据放电主频，确定放电等离子体区的离子电流信号和电子脉冲电流信号；采用最小二乘分解法对离子电流信号进行分解为阻性电流信号和容性电流信号，并计算得到阻性电流值和容性电流值；根据阻性电流值和容性电流值，计算放电等离子体区的静态参数和/或动态参数；静态参数包括静态电阻和静态电容，动态参数包括动态电阻和动态电容。该方法可提高时域信号解析的准确性，增强时域信号解析处理的效果。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号处理，特别是涉及一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法及系统。

技术介绍

1、离子风作为气体放电的一种现象，其产生的方式主要有电晕放电和表面介质阻挡放电(surface dielectric barrier discharge，sdbd)。电极周围的空气受强电场作用产生大量带电粒子，带电粒子在强电场的驱动下定向移动并与空气介质相互作用，最终以动量形式反馈到装置上，实现电能到动能的转化，即离子风效应。离子风效应利用空间能源和稀薄气体工质可以为装置提供推力，是一种典型的吸气式电推进技术，其自身所具有的“电能推进、不消耗自身工质、结构简单”的技术特点为满足临近空间飞行器“长航时、少工质、低功耗”的动力需求提供了可能。但离子风推力器的电-动能转换效率非常低，大气压下不足1％；而在低气压下其推力密度和推力-功率比以及电-动能转换效率更是以数量级下降。因此，为提升临近空间低动态飞行器的电-动能转换效率，增强推力器的动力性能，sdbd的能量损耗机制研究势在必行。而sdbd的非线性时域响应信号中包含丰富的放电信息，因此，对sdbd的时域信号进行解析处理，是研究sdbd致动器能量损耗的重要基础。

2、然而，现有技术中针对介质阻挡放电的时域信号解析方法普遍无法准确获取放电电流信号中包含的传导电流信号与容性电流信号，无法准确、有效地表征出放电等离子体区的阻性损耗与容性损耗，存在准确性低、解析效果差的问题。因此，如何设计一种更加准确、有效的介质阻挡放电的时域信号解析方法，是本领域目前亟待解决的技术问题。

<p>技术实现思路

1、本专利技术的目的是提供一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法及系统，可准确获取到放电电流信号中包含的传导电流信号与容性电流信号，并准确、有效地表征出放电等离子体区的阻性损耗与容性损耗，提高时域信号解析的准确性，增强时域信号解析处理的效果。

2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：

3、第一方面，本专利技术提出了一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法，所述方法应用于介质阻挡放电推力器模型中，所述介质阻挡放电推力器模型包括用于阻挡放电的固体介质、位于所述固体介质上表面的上电极、位于所述固体介质的下表面的下电极以及交流源，所述交流源的一端与所述上电极连接，所述交流源的另一端接地，所述下电极直接接地，放电时所述上电极与所述下电极之间形成放电等离子体区；所述方法包括：

4、获取介质阻挡放电时的时域数字信号；所述时域数字信号包括放电电压信号与放电电流信号。

5、对所述放电电压信号进行fft变换，得到所述放电电压信号的频谱数据。

6、根据所述放电电压信号的频谱数据，确定放电主频；所述放电主频为所述放电电压信号的频谱数据中能量密度分布最大值对应的频率。

7、根据所述放电主频，确定所述放电等离子体区的离子电流信号和电子脉冲电流信号。

8、采用最小二乘分解法对所述离子电流信号进行分解为阻性电流信号和容性电流信号，并计算得到阻性电流值和容性电流值。

9、根据所述阻性电流值和所述容性电流值，计算所述放电等离子体区的静态参数和/或动态参数；所述静态参数包括静态电阻和静态电容，所述动态参数包括动态电阻和动态电容。

10、可选地，根据所述放电电压信号的频谱数据，确定放电主频，具体包括：

11、根据所述放电电压信号的频谱图，确定所述频谱图中放电过程中的能量密度分布的频率范围，并将所述频率范围中最大值对应的频率作为放电主频。

12、可选地，在根据所述放电主频，确定所述放电等离子体区的离子电流信号和电子脉冲电流信号之前，所述方法还包括：

13、对所述放电电流信号进行fft变换，得到所述放电电流信号的频谱数据。

14、可选地，根据所述放电主频，确定所述放电等离子体区的离子电流信号和电子脉冲电流信号，具体包括：

15、根据所述放电主频、所述放电电流信号的频谱数据、离子运动频率以及电子运动频率，对所述放电电流信号进行滤波处理，得到所述放电等离子体区的离子电流信号和电子脉冲电流信号。

16、可选地，根据所述放电主频、所述放电电流信号的频谱数据、离子运动频率以及电子运动频率，对所述放电电流信号进行滤波处理，得到所述放电等离子体区的离子电流信号和电子脉冲电流信号，具体包括：

17、根据所述放电主频和所述放电电流信号的频谱数据，对所述放电电流信号进行fft滤波，得到fft滤波后的电流信号。

18、以所述放电主频为第一滤波下限截止频率，对所述fft滤波后的电流信号进行低频滤波处理，得到高频电流信号。

19、以离子运动频率为滤波上限截止频率，对所述高频电流信号进行滤波处理，得到所述放电等离子体区的离子电流信号。

20、以电子运动频率为第二滤波下限截止频率，对所述高频电流信号进行滤波处理，得到所述放电等离子体区的电子脉冲电流信号。

21、可选地，所述离子运动频率为106hz，所述电子运动频率为108hz。

22、可选地，所述阻性电流的计算公式为：

23、

24、所述容性电流的计算公式为：

25、

26、其中，表示。阻性电流值，表示容性电流值，u(t)表示电压信号，ui(t)表示第i个电压信号，i＝0，1，…，n，uj(t)表示第j个电压信号，j＝0，1，…，n，n和m为多项式的最高项数，ai与bj是待定参数。

27、可选地，根据所述阻性电流值和所述容性电流值，计算所述放电等离子体区的静态参数和/或动态参数，具体包括：

28、将所述阻性电流值代入到动态参数计算公式中，得到动态电阻和动态电容。

29、将所述容性电流值代入到静态参数计算公式中，得到静态电阻和静态电容。

30、可选地，所述静态电阻的计算公式为：

31、

32、所述静态电容的计算公式为：

33、

34、所述动态电阻的计算公式为：

35、

36、所述动态电容的计算公式为：

37、

38、其中，rs表示静态电阻值，u(t)表示静态电压信号，i(t)表示静态电流信号，cs表示静态电容值，q(t)是容性电流对时间积分获得的放电等离子体区的电荷量，rd表示动态电阻值，cd表示动态电容值，dq(t)表示电荷微分，d表示微分。

39、第二方面，本专利技术提出了一种面向介质阻挡放电的时域信号解析系统，所述系统应用于介质阻挡放电推力器模型中，所述介质阻挡放电推力器模型包括用于阻挡放电的固体介质、位于所述固体介质上表面的上电极、位于所述固体介质的下表面的下电极以及交流源，所述交流源的一端与所述上电极连接，所述交流源的另一端接地，所述下电极直接接地，放电时所述上电极与所述下电极之间形成放电等离子体区；所述系统包括：

40、时域数字信号获取模块，用于获取介质阻挡本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法，所述方法应用于介质阻挡放电推力器模型中，所述介质阻挡放电推力器模型包括用于阻挡放电的固体介质、位于所述固体介质上表面的上电极、位于所述固体介质的下表面的下电极以及交流源，所述交流源的一端与所述上电极连接，所述交流源的另一端接地，所述下电极直接接地，放电时所述上电极与所述下电极之间形成放电等离子体区；其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法，其特征在于，根据所述放电电压信号的频谱数据，确定放电主频，具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法，其特征在于，在根据所述放电主频，确定所述放电等离子体区的离子电流信号和电子脉冲电流信号之前，所述方法还包括：

4.根据权利要求3所述的一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法，其特征在于，根据所述放电主频，确定所述放电等离子体区的离子电流信号和电子脉冲电流信号，具体包括：

5.根据权利要求4所述的一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法，其特征在于，根据所述放电主频、所述放电电

6.根据权利要求5所述的一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法，其特征在于，所述离子运动频率为106Hz，所述电子运动频率为108Hz。

7.根据权利要求1所述的一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法，其特征在于，所述阻性电流的计算公式为：

8.根据权利要求7所述的一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法，其特征在于，根据所述阻性电流值和所述容性电流值，计算所述放电等离子体区的静态参数和/或动态参数，具体包括：

9.根据权利要求1所述的一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法，其特征在于，所述静态电阻的计算公式为：

10.一种面向介质阻挡放电的时域信号解析系统，其特征在于，所述系统应用于介质阻挡放电推力器模型中，所述介质阻挡放电推力器模型包括用于阻挡放电的固体介质、位于所述固体介质上表面的上电极、位于所述固体介质的下表面的下电极以及交流源，所述交流源的一端与所述上电极连接，所述交流源的另一端接地，所述下电极直接接地，放电时所述上电极与所述下电极之间形成放电等离子体区；其特征在于，所述系统包括：

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【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法，其特征在于，根据所述放电电压信号的频谱数据，确定放电主频，具体包括：

5.根据权利要求4所述的一种面向介质阻挡放电的时域信号解析方法，其特征在于，根据所述放电主频、所述放电电流信号的频谱数据、离子运动频率以及电子运动频率，对所述放电...

【专利技术属性】
技术研发人员：周立伟，魏立秋，周德胜，于达仁，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：

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