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关键词： 骨质疏松症   低频脉冲电磁场   成骨细胞   NO信号通路   多囊蛋白-1   初级纤毛  

摘要： 骨质疏松症(osteoporosis,OP)是一种系统性骨代谢疾病,其特征是骨组织结构恶化和骨密度降低,从而导致骨脆性增加。由骨质疏松症引起的疼痛给患者的生活带来了严重的负面影响,引发的骨质疏松性骨折更是大大增加了死亡风险,同时也给人类造成了重大的经济损失。然而目前还没有理想的防治手段。脉冲电磁场(Pulsed electromagnetic field,EMF)作为一种无创伤的的、安全的以及在研究和诊疗中广泛使用的物理治疗方法,被认为是防治骨质疏松症的有效方法之一。然而,脉冲电磁场的作用机制仍不明确,大大制约了其在临床治疗中的推广应用。本课题组前期已做了大量的研究基础,筛选出了脉冲电磁场能够促进大鼠成骨细胞矿化与成熟以及提高去势大鼠骨密度的最佳参数,包括频率、强度和作用时间等。因此本论文采用0.5 Hz 0.6 m T的低频脉冲电磁场研究了其促进骨形成与NO信号通路、多囊蛋白-1以及初级纤毛之间的关系,为脉冲电磁场治疗骨质疏松症提供一些相应的分子生物学依据。首先,为研究低频脉冲电磁场促进骨形成与NO信号通路之间的关系,本实验用50 Hz 0.6 m T PEMFs处理大鼠颅骨成骨细胞不同时间后,细胞培养液中NO含量显著升高,且i NOS、e NOS、p-e NOS、s GC以及PKG-1蛋白表达量亦明显增加,并引起PKG-1发生核转位,提示PEMFs促进骨形成可能与NO信号通路相关。随后,再用一氧化氮合酶抑制剂L-NAME对NO信号通路进行阻断,发现脉冲电磁场促进骨形成的能力明显被抑制。说明PEMFs在促进骨形成过程中,激活并依赖于NO信号通路。其次,为了研究PEMFs激活NO信号通路和促进骨形成是否与多囊蛋白-1存在联系。实验发现经PEMFs处理成骨细胞不同时间后,PC1的蛋白质表达量明显升高,提示PEMFs可刺激成骨细胞中PC1的表达。接着再用PC1 sh RNA质粒干扰PC1在成骨细胞中的表达,发现PEMFs不仅促进骨形成的能力受损,也不再能激活NO信号通路。说明PEMFs在促进骨形成的过程中,首先刺激了PC1的表达,进而激活整个NO信号通路。再次,为了研究NO信号通路、PC1以及初级纤毛在PEMFs促进骨形成中是否存在直接联系。本实验采用IFT88 sh RNA质粒干扰成骨细胞中初级纤毛的发现,发现PEMFs促进骨形成的能力受损,说明PEMFs促进骨形成需要初级纤毛的存在。此外,发现干扰初级纤毛后,PEMEFs不再能增加细胞培养液中NO的含量,PC1/NO信号通路相关蛋白PC1、i NOS、e NOS、p-e NOS、s GC以及PKG-1蛋白质表达量不再增加,i NOS、e NOS、s GC和PKG-1的m RNA表达不再被提高,并且PKG-1的核转位能力也消失。说明,PEMFs激活PC1/NO信号通路依赖于初级纤毛。同时,为了研究PC1/NO信号通路与初级纤毛纤毛之间是否存在直接联系。采用免疫荧光染色方法观察了PEMFs处理成骨细胞前后,PC1/NO信号通路的关键蛋白PC1、i NOS、e NOS、p-e NOS和s GC都位于初级纤毛内,PKG-1虽然正常情况下不在初级纤毛内,但当PEMFs处理成骨细胞90 min后也有部分蛋白会进入初级纤毛内。表明初级纤毛参与了脉冲电磁场促进成骨细胞矿化成熟的过程,并且PC1/NO信号通路的激活离不开初级纤毛,两者之间存在直接联系。最后,为了研究PEMFs对初级纤毛的形态是否有影响。本实验用50 Hz 0.6m T PEMFs处理大鼠颅骨成骨细胞不同时间后,免疫荧光染色方法观察到初级纤毛的长度明显变长,发生率显著增加,与初级纤毛相关的蛋白质IFT88和乙酰化α-tubulin的蛋白质表达量也明显增加,表明PEMFs促进骨形成的过程中,初级纤毛发生了动态变化。为了探讨纤毛长度的变化是否与NO信号通路相关,使用L-NAME对NO信号通路进行阻断,发现PEMFs不再能增加初级纤毛的长度,虽然对IFT88蛋白质的表达量并没有影响,但是乙酰化α-tubulin的蛋白质表达量却不再增加。提示PEMFs诱导的纤毛伸长可能与NO信号通路的激活密切相关。综上所述,50Hz 0.6m T PEMF通过激活PC1/NO信号途径促进成骨细胞矿化成熟,而此过程依赖于初级纤毛,表明PEMFs通过初级纤毛内的PC1/NO信号途径促进骨形成。此结果为初级纤毛是PEMFs促进骨形成感受器奠定了基础,也为PEMFs治疗骨质疏松症提供了相应的分子生物学依据。

关键词： 传播模型   可视化   OpenGL  

摘要： 电磁信号三维可视化一直是电子战领域的研究热点之一。电磁信号三维可视化有利于快速获取准确的电磁信息,做到制敌先机,对电子战有着重要的作用。随着电磁资源竞争越来越激烈,迫切需要一种电磁可视化方法,直观地展示电磁信息,辅助战场操作员做出快速决策和军事调配。本文对电磁信号可视化方法进行了研究。采用了混合传播模型,研究了传播过程中的衰减。基于传播模型,分析了信号源已知与未知两种情况,分别完成了可视化仿真。最后结合当代交互式可视化技术,实现了战场电磁信息可视化。本文主要工作如下:1.研究了电磁信号可视化的基本理论。根据传播建模、环境因素建模、可视化建模三方面,介绍了可视化流程。研究了混合传播模型以及传播衰减,推导了衰减值和传播距离的关系。通过坐标转换以及分段渲染原理,介绍了可视化渲染框架。这一章节是本文后续理论研究和可视化具体实现的基础。2.研究了在信号源已知条件下,电磁场可视化的方法。根据传播模型以及检测门限,计算了被检测信号的衰减值。考虑到传播过程中存在着环境损耗,研究了大气衰减、云雾衰减、地形遮蔽等因素。综合计算后,将衰减值代入天线方向图函数,通过离散采样点的包络重构,实现已知信号源可视化仿真。3.研究了在信号源未知条件下,电磁场可视化的方法。根据传播模型,信号源参数信息未知,无法计算检测信号的衰减值。通过回波信号参数估计的方法,得到未知信号源俯仰角方位角频率功率等信息。将未知信号源转变为已知,实现未知源可视化仿真。4.实现了基于OpenGL的电磁可视化方法。根据可视化模型,研究了混合采样、面绘制、体绘制以及建模绘制算法。通过OpenGL函数接口,编写了信号传播建模,采样点抽样以及可视化绘制的程序。计算了大量图像数据点,实现了三种不同可视化算法的渲染。本文研究了电磁信号可视化方法,在不同平台下完成了可视化绘制,达到了预期的效果。

关键词： 水轮发电机   电磁场   温度场   短路故障  

摘要： 随着我国水电行业的发展,对水轮发电机性能的要求也越来越高。水轮发电机的实际运行又是一个非常复杂的物理过程,若水轮发电机出现短路故障,其破坏力极强,会对发电机本身甚至电力系统的稳定运行造成严重影响。因此就此,对水轮发电机电磁场、温度场进行分析是必要的。本文采用有限元法对一台500MW水轮发电机进行了短路故障状态下电磁场和温度场的仿真计算。首先,介绍了课题背景和研究意义以及国内外对电机内电磁场、温度场的研究现状。其次,通过对有限元的理论分析,可以知道有限元法可以对电机内的电磁场、温度场状态求解,并且求解的结果更精确,更接近实际。然后,采用有限元法计算了该水轮发电机额定负载工况以及单相短路、两相接地短路、三相突然短路工况下的二维电磁场,得到三种短路工况下水轮发电机电枢绕组电流、励磁绕组磁链以及各部件磁密等数据,分析了三种短路故障工况下发电机组的性能。最后,采用有限元法计算了该水轮发电机额定负载工况以及单相短路、两相接地短路、三相突然短路工况下的二维温度场,得到了不同工况下水轮发电机内温度分布,分析了三种短路故障对发电机内各部件温度的影响。本文的研究与分析可以为其他水轮发电机的设计与性能分析提供参考依据。

摘要： 本文针对《工程电磁场》课程在"多媒体幻灯片+黑板教学"过程中存在的黑板板书不能数字化、课堂情景不能再现、学习效率低下等问题,提出了以下教学改革方式:通过紧密联系大学物理中的电磁学知识改变课程教授思维;通过采用互联黑板的板书数字化、课堂情景再现功能改革现有教学手段,建立了符合工程教育专业认证标准的课程教学改革实践。

关键词： 多发性硬化   极低频电磁场   环己酮二腙   脱髓鞘   NLRP3  

摘要： 背景:多发性硬化(multiple sclerosis,MS)是一种累及中枢神经系统(central nervous system,CNS)的慢性疾病,神经病理学特征包括炎性脱髓鞘、轴索损伤、胶质增生和神经变性。MS的发病机制至今尚无定论,可能与氧化应激、免疫炎症反应有关。环己酮二腙(cuprizone,CPZ)作为一种铜离子螯合剂,通过特异性地损害少突胶质细胞,在C57BL/6小鼠大脑中诱导持续的脱髓鞘。CPZ诱导的脱髓鞘小鼠模型已被广泛应用于MS的发病机制及治疗研究。极低频电磁场(extremely low frequency electromagnetic fields,ELF-EMFs)是临床常用的物理治疗方法之一,可用于多种临床条件下的辅助治疗,大量研究证实它具有良好的抗炎和免疫抑制作用,可以增强细胞活性,促进神经再生,改善神经功能。目前研究发现ELF-EMFs可以有效改善MS病人症状,但其潜在作用机制及优化治疗参数尚不明确。本研究通过ELF-EMFs干预脱髓鞘小鼠模型,初步探究ELF-EMFs在MS治疗中的可能作用机制,为其临床应用提供理论依据。目的:探讨极低频电磁场对CPZ诱导的脱髓鞘模型小鼠焦虑、运动平衡等行为、炎性反应及NLRP3炎症小体信号通路的影响。方法:6-8周龄雄性C57BL/6J小鼠随机分为对照组、CPZ组和磁疗组(CPZ+EMF组)。对照组给予常规饲料饲养6周,CPZ组及磁疗组用含0.3%CPZ混合饲料饲养6周。磁疗组于开始喂食CPZ进行连续磁疗干预6周,磁场强度为7～10mT,频率为50Hz。每隔7天观察小鼠体质量。于第6周末行高架十字迷宫实验和转棒实验,采用卢卡斯快蓝(LFB)染色、髓鞘碱性蛋白(MBP)免疫组化技术观察胼胝体区、海马区髓鞘,采用酶联免疫吸附(ELISA)法检测胼胝体区肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-1β(IL-1β)含量,采用Western blot 检测 NLRP3、Caspase-1、IL-1β 蛋白表达水平。结果:磁疗组的体质量较CPZ组明显改善(P<0.05);与对照组比较,CPZ组进入开臂次数、开臂内滞留时间百分比和开臂进入次数百分比均显著减少(P<0.01),与CPZ组比较,磁疗组开臂内滞留时间百分比升高(P<0.01)、进入开臂次数和开臂进入次数百分比均显著增多(P<0.05);与对照组相比,CPZ组小鼠在旋转棒上跌落的潜伏期显著降低(P<0.01),与CPZ组相比,磁疗组小鼠潜伏期明显升高(P<0.05);LFB染色和MBP免疫组化显示,CPZ组胼胝体区、海马区髓鞘脱失明显,与CPZ组相比,磁疗组髓鞘脱失明显改善;与对照组相比,CPZ组胼胝体区TNF-α、IL-1β的蛋白水平明显升高(P<0.01),与CPZ组相比,磁疗组TNF-α、IL-1β的蛋白水平均显著降低(P<0.01);与对照组相比,CPZ组海马区NLRP3、Caspase-1和IL-1β的表达显著升高(P<0.01),与CPZ组相比,磁疗组显著抑制NLRP3、Caspase-1和IL-1β的表达(P<0.05)。结论:ELF-EMFs可以改善CPZ诱导的MS模型小鼠体重、焦虑症状和运动平衡能力,其机制可能与抑制脑白质区NLRP3炎症小体信号通路引起的炎性反应有关。

关键词： 铝合金   Al-5Ti-1B细化剂   TiB2颗粒团   脉冲电流   电磁复合场  

摘要： Al-5Ti-1B是铝合金工业生产中应用最为广泛的细化剂,在加入到铝合金熔体中迅速熔化并且被搅拌分散。其中,细化剂中的TiAl3颗粒全部溶解形成富Ti区域,而TiB2颗粒在熔体中仍以颗粒状的形式存在于铝熔体中。因为TiB2颗粒的密度大于铝熔体的密度,在熔体中会逐渐下沉。同时,不同的TiB2颗粒团及富Ti区域会相互吸,导致颗粒团增大,导致铝合金产品质量的严重恶化。如何在铝合金熔体中有效破碎TiB2颗粒团,已成为提高铝合金产品质量的重要技术瓶颈。因此,研究TiB2颗粒团在铝合金熔体中的演变规律,开发有效的破碎TiB2颗粒团方法,对于提高铝合金制品的质量和细化剂的利用率具有重要的理论和实际应用意义。 本文以Al-5Ti-1B细化剂加入到工业纯铝熔体后TiB2颗粒团的演变过程为研究对象,研究了TiB2颗粒团在熔体中的分散、粗化和沉淀过程,以及富Ti区对TiB2颗粒团演变过程的影响;在此基础上,研究了单独施加脉冲电流以及施加稳恒磁场与脉冲电流组成的复合场对TiB2颗粒团演变的影响,实验研究了熔体温度、施加脉冲电流强度、占空比和稳恒磁场强度以及施加时间对TiB2颗粒团破碎作用的影响。通过脉冲电流对熔体的作用,研究了脉冲电流对Ti元素在熔体中的扩散以及对TiB2颗粒破碎的作用机理。利用电磁场作用TiB2颗粒团演变研究结果,进行了电磁场作用下添加Al-5Ti-1B细化剂的1100合金凝固实验和Al-2.8%Mg合金双辊铸轧实验。 研究发现,在单独机械搅拌作用下,TiAl3颗粒熔解后形成的富Ti区被分散成多个微小富Ti区,大尺寸TiB2颗粒团则被分散成多个小TiB2颗粒团。在保温过程中,部分TiB2颗粒团与富Ti区熔体发生合并,未合并的富Ti区熔体以及颗粒团单独存在于熔体中,所以细化剂在熔体中存在三种形态,即富Ti区熔体、未合并TiB2颗粒团以及合并后的TiB2颗粒团。 研究表明,TiB2颗粒团随着熔体流动过程中逐渐下沉,与富Ti区熔体合并使颗粒团尺寸及混合密度发生变化。合并后的TiB2颗粒团在下沉过程中受到熔体的粘滞阻力与熔体的黏度系数、TiB2颗粒团尺寸以及在熔体中的移动速度有关。熔体温度对TiB2颗粒团的尺寸有重要的影响,熔体温度为700、720与740℃时,经过机械搅拌之后TiB2颗粒团的等效直径分别为6.2、5.6与3.8μm,720℃时TiB2颗粒团在熔体中受到的粘滞阻力为4.67×10-13～19.09×10-13N。 脉冲电流对铝熔体中的TiB2颗粒团有破碎作用,根据Leenov-Kolin理论,因为TiB2颗粒团与熔体的电导率存在差异,脉冲电流作用下对熔体中TiB2颗粒团产生电磁挤压力能够使颗粒团变形甚至破碎。脉冲电流参数对TiB2颗粒团的破碎效果有很大影响,当电流强度取200～500A时,颗粒团受到的周围熔体的电磁挤压力超过最低粘滞阻力,能够被破碎分离;提高脉冲电流的占空比能够增强脉冲电流的破碎能力,当脉冲电流参数为300A-10%时,破碎后TiB2颗粒团等效直径为3.0μm,而当脉冲电流参数为300A-15%,破碎后TiB2颗粒团等效直径为2.7μm。增加处理时间,颗粒团尺寸减小,为了达到破碎效果脉冲电流作用时间不低于60s。 稳恒磁场-脉冲电流复合场能够破碎TiB2颗粒团。当复合场的稳恒磁场强度为26mT,脉冲电流为100A时,直径为5.6μm的TiB2颗粒团受到的电磁挤压力为22.70×10-13N,超过粘滞阻力,TiB2颗粒团能被破碎分离,破碎后TiB2颗粒团的等效直径为3.0μm。而稳恒磁场强度为50mT,脉冲电流强度为200A时,破碎后TiB2颗粒团的等效直径减小为2.2μm,为了达到破碎效果脉冲电流作用时间不低于30s。 电磁场作用下添加Al-5Ti-1B细化剂的1100合金凝固组织实验研究表明,单独添加0.1%的Al-5Ti-1B细化剂能使平均晶粒尺寸达到68.5μm,向熔体中施加300A-10%脉冲电流,平均晶粒尺寸达到64.2μm,减小了6.3%。施加脉冲电流400A-10%时,平均晶粒尺寸达到55.4μm,减小19.1%,施加脉冲电流为300A-15%与300A-20%时,平均晶粒尺寸分别为54.8与50.9μm,分别减小了20.1%与25.7%。对熔体施加26mT-300A-10%的复合场的凝固组织,平均晶粒尺寸达到58.5μm,减小14.6%。而施加50mT-200A-10%与50mT-200A-20%的复合场时,凝固组织的平均晶粒尺寸分别为51.3与43.6μm,减小了25.1%与36.4%。 通过对电磁场作用下加入Al-5Ti-1B细化剂的1100合金和Al-2.8%Mg合金铸轧组织研究发现,加入细化剂能使1100合金铸轧组织细化平均晶粒尺寸达到55.4μm,对熔体施加300A-2

关键词： 永磁同步电机   辅助槽   电磁场   温度场  

摘要： 永磁同步电机由于具有体积小、重量轻、效率高等优点,备受工业界与学术界青睐,成为当前的研究热点。目前,伴随着永磁同步电机高转速、高功率密度的发展趋势,电机的电磁负荷与热负荷逐渐提高,往往导致电机的运行温升的大幅度提升,过高的温升轻则影响运行性能,重则威胁安全性能,该问题已经成为限制该类电机性能提升与应用推广的关键因素。因此,有必要研究电机内损耗分布特性,探究电机内部件传热传质规律,分析部件结构尺寸变化对损耗与温升的影响,为电机散热设计提供参考。首先,本文以一台50k W永磁同步电机为研究对象,根据电机原始结构参数,结合电机部件装配关系,在保留部件整体结构特征的前提下,作出简化假设。针对定子绕组等效问题,建立分层等效模型,根据槽尺寸参数建立求解方程,得出等效尺寸参数。在此基础上建立电机原始结构的三维求解模型,为电机温度场分析提供物理支撑,同时便于修改定子辅助槽尺寸。其次,根据电机磁路对称性,通过布尔运算建立电机原始结构的1/4域二维求解模型,以减小计算量。在此基础上,根据槽尺寸变化,对电机定子齿进行布尔运算,建立不同槽尺寸作用下的求解模型。采用时步有限元法分别对各尺寸模型内电磁场进行数值计算,依次分析槽宽与槽深单独作用下时电机内的损耗分布特性,分别研究了定子铁耗、永磁体涡流损耗及铜耗的变化规律,明确了槽宽与槽深对不同部件损耗的影响程度,为计算温度场奠定基础。最后,根据原始结构三维求解模型,结合磁路对称性与通风结构对称性,采用布尔运算建立轴向全长、周向1/2的半域模型,依据槽尺寸建立不同尺寸方案对应的求解模型。根据电磁场计算结果,在电机内发热部件赋热密,作为温度场的热源。采用有限体积法分别计算每个尺寸方案对应的温度场,分别比较槽宽与槽深单独变化时电机全域、定子铁心、绕组、端部气腔以及转子的温升,揭示了不同槽尺寸作用下时电机内部件温升分布规律,明确了槽尺寸对各部件温升分布的影响幅度。通过考核各方案中部件的最高温升与平均温升,得出了最佳的散热方案。

关键词： 交流电磁场检测   现场可编程逻辑门阵列   复杂裂纹   智能识别  

摘要： 针对结构物表面缺陷轮廓提取和智能识别的检测需求,本文基于交流电磁场检测(Alternating Current Field Measurement,ACFM)原理,建立不同类型裂纹的有限元仿真模型,分析结构物表面的感应电流分布,探究缺陷形貌—电流扰动—磁场畸变的规律,提出基于裂纹特征信号的缺陷智能识别算法。借助FPGA开发交流电磁场检测硬件平台,利用Verilog HDL语言进行算法硬件移植,最终构建一套基于FPGA的交流电磁场缺陷识别系统,并开展人工预制裂纹识别实验,实现不同角度的直线裂纹和复杂裂纹的智能识别,为结构物可靠性评估提供理论依据和关键数据支撑。论文主要从以下四个方面展开研究:(1)交流电磁场检测理论研究及仿真分析基于ACFM技术原理,利用ANSYS软件建立不同角度的直线裂纹和复杂裂纹的交流电磁场三维有限元仿真模型,分析结构物表面感应电流的分布特点,拾取不同类型缺陷的空间磁场畸变信号,探究不同类型缺陷与缺陷特征信号间的规律,为后续缺陷表面轮廓重构以及智能识别研究奠定理论基础。(2)基于FPGA的交流电磁场检测硬件平台设计基于FPGA开发平台,针对交流电磁场检测需求利用Verilog HDL语言设计频率和幅值可调的信号发生模块、AD采集模块、均方根处理模块、数据缓存模块和显示驱动模块,并对上述硬件模块进行功能仿真以及时序验证,完成基于FPGA的功能调试,最终实现信号发生、采集、处理、缓存和显示功能,为后续的缺陷检测和智能识别实验提供稳定的硬件支持。(3)基于FPGA的缺陷智能识别算法研究根据仿真得到的不同类型缺陷特征信号的规律,确定缺陷智能识别的反演特征信号,提出基于特征信号的缺陷智能识别算法,并利用Verilog HDL语言进行算法功能仿真。通过去除缺陷特征信号背景和提取缺陷表面轮廓的方法,最终实现不同角度的直线裂纹和复杂裂纹的智能识别。(4)基于FPGA的交流电磁场缺陷识别系统开发与测试基于高精度磁场传感器设计交流电磁场检测探头,开发融合检测探头和硬件平台于一体的交流电磁场检测机箱,以缺陷智能识别算法为核心完成系统的算法移植,最终构建完整的基于FPGA的交流电磁场缺陷识别系统。借助系统开展人工预制裂纹实验室测试,主要包括不同角度的直线裂纹和复杂裂纹的识别实验,验证了缺陷识别算法的准确性和系统的功能完整性,结果表明系统能够实现缺陷的智能识别。

关键词： 电子束   激光   丝靶   束团压缩   激光等离子体   电磁场  

摘要： 电子束流被广泛应用在基础科学研究、工农业生产、医疗和电子仪器众多领域,产生了巨大的经济效益和社会效益。电子束的产生和加速是在加速器中实现和完成的,电子源是加速器非常重要的组成部分,是决定加速器产生电子束品质优劣的重要因素。随着超短超强激光技术的发展,激光脉冲宽度可缩短至飞秒量级(10-15s),功率密度得到了极大的提高。物质在超强激光的作用下会变成等离子体,激光与等离子体作用的过程中产生大量带电粒子。其中,热电子的产生及其在等离子体内的运动是一个备受关注的重要问题。我们提出了一种新型电子源技术方案:用高功率激光轰击金属丝靶,产生大量热电子,热电子在金属丝靶表面电磁场的作用下会沿着丝靶运动,在金属丝靶后方可以收集到指向性良好的电子束。利用微波腔对收集到的电子束团进行压缩,以达到后续主加速器对电子束的加速要求。本文对此方案进行了实验验证。用功率密度为1019W/cm2的激光照射金属丝靶,在丝靶正后方用IP板检测电子,结果发现:金属丝靶可以在几十厘米的距离内对电子束进行很好的导引;丝靶材料、长度以及直径会对电子束品质产生影响,在钨丝、银丝以及铜丝三种材料中,银丝靶产生的电子能量相对最高,数量最多,钨丝靶次之,铜丝靶产生的高能电子最少;电子束空间发散角随着丝靶直径的增加而增加,随着丝靶长度的增加而减小。实验中我们还测量了电子束的能谱以及电荷量,发现铜丝靶能谱峰值区间位于90-120ke V,单发激光条件下可以得到总电荷量3nc的电子束团。实验得到的电子束团,时间宽度较长,不适合其后的主微波加速器进一步加速。我们用SUPERFISH程序设计了一个2cell微波腔,将电子束团馈入到微波腔内压缩。ASTRA程序模拟结果显示,可以成功将150ps、1n C的电子束团压缩至～29ps。该方案有望替代传统的电子源,使加速器朝着简便、灵巧的方向发展。另一项工作是发展了一种新方法,用单发长脉冲电子束团为探针,测量激光等离子体内电磁场在整个等离子体持续时间内的演化过程。实验中,高压静电电子源产生能量0～100ke V连续可调、脉宽10ns的电子束团。1焦耳、532nm、脉宽约4ns的激光脉冲聚焦到银靶上,激发产生等离子体。电子束团穿过激光等离子体,被其中的电磁场调制后在荧光靶上成像,单发电子束团时间宽度会覆盖整个等离子体持续时间,通过分析电子束团的调制强度,推得等离子体内电场强度。实验上成功实现了单发电子束团对整个激光等离子体内电场的诊断测量,获得了演化曲线,推算出实验条件下电子束通过路径上平均电场的最大值约为7.74×10～5 V/m。

关键词： 机械臂   多旋翼无人机   检修作业技术   架空输电线路   电磁场  

摘要： 架空输电线路地处偏远,区域覆盖面广,杆塔跨越地势复杂,自然环境恶劣,依靠传统人工逐基杆塔巡检的作业方式不仅工作难度大、效率低、运维成本高,复杂地理环境下的长周期作业还会威胁工作人员的生命安全。随着无人机和传感器技术的持续发展,将无人机作为载荷平台的作业系统为完成复杂环境下的架空输电线路检修工作提供了新的技术思路,有望解决人工检修“费、慢、难、险”的技术短板。本文将基于机械臂的无人机检修作业系统设计与实现作为主要目标,开展了如下具体的研究工作。首先,本文根据现有输电线路检修装置存在功能相对单一且作业方式多为非接触式的痛点问题,针对性提出面向35k V交流输电线路直线塔的基于机械臂的无人机检修作业系统设计方案,并根据相关行业标准拟定样机设计参数,以设计指标为导向选择系统各部件型号与尺寸,围绕装置整体的绝缘、抗电磁干扰等性能要求着重完成机械臂系统结构、无人机电磁干扰防护等系统性设计。其次,为了验证所提无人机检修作业系统设计方案的合理性,本文结合天津电力公司设计用35k V交流输电线路直线塔的结构参数,建立无人机检修作业系统有限元仿真模型,重点研究35k V交流输电线路邻近空间电场对检修作业系统的影响程度,分析检修系统在近导作业过程中机械臂、旋翼、机架和机身承受最大电场强度与电压值的变化情况。仿真结果表明,无人机检修系统在逐渐靠近输电线路的作业过程中均无击穿风险,设备能够实现可靠运行。最后,为了验证试验样机与预期技术目标及相关标准的契合程度,本文通过搭建35k V线路无人机检修作业真型试验平台以及对后续多条线路的检修试验对检修系统的适用与承受能力进行实际加压测试。试验结果表明,系统的图像延迟与畸变、抗干扰能力、屏蔽性能、验电能力、机械臂耐压及等电位过程冲击能力均符合样机技术指标,能够满足电网的日常检修作业要求。