一種聲脈沖激勵(lì)下確定空間電荷密度分布的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及空間電荷測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種聲脈沖激勵(lì)下確定空間電荷密度 分布的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨特高壓直流輸電的迅猛發(fā)展，特高壓直流輸電電磁環(huán)境等相關(guān)問題受到了越 來越多人的關(guān)注。電暈放電是電磁環(huán)境的一個(gè)重要組成部分。正常工作電壓下的輸電線路 通常都會(huì)發(fā)生電暈效應(yīng)。由于輸電線電壓極性固定，直流電暈產(chǎn)生的離子在背離導(dǎo)線的方 向上運(yùn)動(dòng)，充斥著整個(gè)輸電線空間形成離子流。輸電線周圍空間電場(chǎng)是輸電導(dǎo)線產(chǎn)生標(biāo)稱 場(chǎng)強(qiáng)和離子流場(chǎng)共同作用的結(jié)果。
[0003] 電暈放電離子流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算的方法已經(jīng)相當(dāng)完備，但少有學(xué)者從實(shí)驗(yàn)測(cè)量上對(duì)計(jì) 算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。而關(guān)于聲脈沖激勵(lì)下對(duì)電場(chǎng)信號(hào)及空間電荷的分布方面，Hazmi推導(dǎo)了與 聲脈沖激勵(lì)下電場(chǎng)信號(hào)與聲脈沖及空間電荷之間的函數(shù)關(guān)系，但是存在如下問題：（1)聲 脈沖傳播防線的假設(shè)過于理想化，聲脈沖激發(fā)產(chǎn)生的聲場(chǎng)很難按照理想圓錐體形狀分布；
[2] 對(duì)于不均勻結(jié)構(gòu)的電極，電場(chǎng)信號(hào)與聲脈沖及空間電荷之間的函數(shù)關(guān)系式不再適用；
[3]多數(shù)情況下，函數(shù)表達(dá)式很難描述空間電荷分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能使用與多種形狀電極 的，聲脈沖激勵(lì)下確定空間電荷密度分布的方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種聲脈沖激勵(lì)下確定空間電荷密 度分布的方法，包括如下步驟：
[0006] S1:采用有限差分法對(duì)待測(cè)空間進(jìn)行網(wǎng)格剖分，將待測(cè)空間分成多個(gè)單元Ni;
[0007] S2:對(duì)步驟S1形成的單元隊(duì)進(jìn)行剖分，形成多個(gè)亞單元Ni_abc;;
[0008]S3:計(jì)算電場(chǎng)信號(hào)：
[0009]S3a:計(jì)算第i個(gè)單元隊(duì)內(nèi)空間電荷振動(dòng)產(chǎn)生的電場(chǎng)信號(hào)：
[0010] 每個(gè)單元隊(duì)內(nèi)空間電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)信號(hào)等于構(gòu)成該單元的所有亞單元內(nèi)空間電 荷產(chǎn)生的電場(chǎng)信號(hào)的疊加，具體如下：
[0011] 電場(chǎng)信號(hào)在聲信號(hào)作用下的變化表不為： 「00121
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種聲脈沖激勵(lì)下確定空間電荷密度分布的方法，其特征在于，包括如下步驟： 51 :采用有限差分法對(duì)待測(cè)空間進(jìn)行網(wǎng)格剖分，將待測(cè)空間分成多個(gè)單元Ni; 52 :對(duì)步驟Sl形成的單元隊(duì)進(jìn)行剖分，形成多個(gè)亞單元Ni_ab。； 53 :計(jì)算電場(chǎng)信號(hào)： S3a:計(jì)算第i個(gè)單元Ni內(nèi)空間電荷振動(dòng)產(chǎn)生的電場(chǎng)信號(hào)： 每個(gè)單元隊(duì)內(nèi)空間電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)信號(hào)等于構(gòu)成該單元的所有亞單元內(nèi)空間電荷產(chǎn) 生的電場(chǎng)信號(hào)的疊加，具體如下： 電場(chǎng)信號(hào)在聲信號(hào)作用下的變化表不為：
其中，P表示電場(chǎng)的電荷密度，Pi表示第i個(gè)單元內(nèi)的空間電荷密度，A(X)是聲波幅 值，a是衰減參數(shù)，為常數(shù)，y表示定壓比熱容，j為虛數(shù)單位，沒有實(shí)際含義，《是聲波的 角頻率，K是波系數(shù)，為常數(shù)，r表示場(chǎng)點(diǎn)距源點(diǎn)的距離；
其中，Ehb。表示亞單元內(nèi)空間電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)信號(hào)，eK表示場(chǎng)點(diǎn)到源點(diǎn)的向量，qi_ab。表 示組成第i個(gè)單元的一個(gè)亞單元內(nèi)空間電荷的電量，R表示亞單元與接受待測(cè)空間內(nèi)電荷 振動(dòng)形成電場(chǎng)信號(hào)的電場(chǎng)天線之間的距離； Eix-abc，Eiy_abc和Eiz_abc分別是EHbc在X，Y和Z軸上的投影，Pi表示第i個(gè)單元內(nèi)的空 間電荷密度，A(X)表示聲壓幅值，Ptl是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，e^表示空氣的介電常數(shù)，％表示第i個(gè) 單元開始振動(dòng)時(shí)間，eK表示場(chǎng)點(diǎn)到源點(diǎn)的向量，qi_ab。表示組成第i個(gè)單元的一個(gè)亞單元內(nèi) 空間電荷的電量，R表示亞單元與接受待測(cè)空間內(nèi)電荷振動(dòng)形成電場(chǎng)信號(hào)的電場(chǎng)天線之間 的距離，AX、AY、AZ表示R在X，Y和Z軸上的投影，AV表示組成第i個(gè)單元的一個(gè)亞單 元的體積；
第i個(gè)單元內(nèi)的電場(chǎng)信號(hào)是組成其的所有亞單元內(nèi)空間電荷振動(dòng)產(chǎn)生的電壓信號(hào)的 疊加： Ei-X=SEix_abc (7); Ei-y= 2Eiy_abc (8); Ei-Z=SEiz_abc (9); 其中Eh，Epy和Ei_z分別表示第i個(gè)單元內(nèi)空間電荷振動(dòng)產(chǎn)生的電場(chǎng)信號(hào)在X，Y和Z軸上的投影，待測(cè)空間中第i個(gè)單元內(nèi)電場(chǎng)信號(hào)表示為：
其中，Ei表示第i個(gè)單元內(nèi)空間電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)信號(hào)，Di是為了方便表示而引入的參 量，不具有實(shí)際含義，Di_x，Dpy和D&分別表示D在X，Y和Z軸上的投影； S3b:連續(xù)聲波調(diào)制下待測(cè)空間內(nèi)空間電荷振動(dòng)產(chǎn)生的電場(chǎng)信號(hào)表示為：
其中，ki=C見，E' (ti)表示&時(shí)刻待測(cè)空間內(nèi)的電場(chǎng)信號(hào)，T和f?分別表示聲波的 周期和頻率； S4 :求解公式（14)，得到在連續(xù)聲波調(diào)制下待測(cè)空間內(nèi)空間電荷的密度分布。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聲脈沖激勵(lì)下確定空間電荷密度分布的方法，首先對(duì)待測(cè)空間進(jìn)行網(wǎng)格剖分形成單元，然后計(jì)算單元內(nèi)空間電荷振動(dòng)產(chǎn)生的電場(chǎng)信號(hào)，最后確定連續(xù)聲波調(diào)制下待測(cè)空間內(nèi)空間電荷振動(dòng)產(chǎn)生的電場(chǎng)信號(hào)。該電場(chǎng)信號(hào)解耦算法，用電場(chǎng)信號(hào)、空間電荷與聲脈沖之間的數(shù)值關(guān)系代替三者之間的函數(shù)關(guān)系，一方面避免了上述問題，另一方面，有利于后期三維空間電荷測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
【IPC分類】G01R29-14, G01R29-24
【公開號(hào)】CN104714112
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510154379
【發(fā)明人】廖瑞金, 趙學(xué)童, 王平, 楊帆, 劉康淋, 伍飛飛, 劉宏波
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日