學(xué)校名稱

長(zhǎng)沙理工大學(xué)

學(xué)生姓名

學(xué)  號(hào)

專      業(yè)

性 別

入 學(xué) 年 份

吳錦霖

201555110116

電子科學(xué)與技術(shù)

男

2015

郭富林

201555110118

電子科學(xué)與技術(shù)

男

2015

羅佳輝

201555110112

電子科學(xué)與技術(shù)

男

2015

唐愷

201555110106

電子科學(xué)與技術(shù)

男

2015

指導(dǎo)教師

鄧小清、賀慧勇

職稱

教授  教授

項(xiàng)目所屬

一級(jí)學(xué)科

理科

項(xiàng)目科類(理科/文科)

理科

學(xué)生曾經(jīng)參與科研的情況

    1.在長(zhǎng)沙理工大學(xué)的十一屆“物電杯”電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽中榮獲“天冠工匠獎(jiǎng)”

    2.參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)

指導(dǎo)教師承擔(dān)科研課題情況

  ·賀慧勇

    賀老師從教以來先后講授《EDA技術(shù)基礎(chǔ)》、《電子線路CAD》、《數(shù)學(xué)物理方法》等課程。獲校級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，指導(dǎo)本科生參加大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽多次獲得全國(guó)一等獎(jiǎng)。先后主持或參與國(guó)家和省級(jí)科研項(xiàng)目多項(xiàng)，其中參與國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)（排名第三）。完成電力、機(jī)電、包裝和醫(yī)療電子等領(lǐng)域應(yīng)用研究項(xiàng)目和產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目多項(xiàng)，已授權(quán)并且在電力系統(tǒng)成功實(shí)施的專利2項(xiàng)（排名均為第二）。近三年發(fā)表研究論文6篇，其中SCI收錄3篇，EI收錄2篇。

項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和要解決的主要問題

電容的介質(zhì)損耗是其阻抗特性的參數(shù)之一。在模電與電路課程中都有關(guān)于阻抗相關(guān)的理論知識(shí)。本項(xiàng)目將從書本上的理論知識(shí)出發(fā)，結(jié)合實(shí)際測(cè)量方法，設(shè)計(jì)具體的電路，研究小電容在交流激勵(lì)下的介質(zhì)損耗特性。

由于小電容在低頻交流激勵(lì)下的阻抗很大，微弱的電流干擾都可以形成巨大的噪聲電壓，影響測(cè)量結(jié)果。而較高的激勵(lì)頻率會(huì)導(dǎo)致信號(hào)處理電路的成本與制作難度增加，對(duì)于電路的布局布線要求也成倍提高，同樣不適用于小電容的介質(zhì)損耗測(cè)量。設(shè)計(jì)與制作小電容交流激勵(lì)下的介質(zhì)損耗測(cè)量電路首先要提高電路的抗噪聲指標(biāo)，其次由于測(cè)量對(duì)象的介質(zhì)損耗值較小，對(duì)于測(cè)量精度也有較高的要求。

傳統(tǒng)阻抗測(cè)量使用的方法，大多是手動(dòng)調(diào)節(jié)的模擬電橋法，其自動(dòng)化程度與實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性較差。使用數(shù)字式測(cè)量方法，可以大幅提高介質(zhì)損耗測(cè)量的自動(dòng)化程度和實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性，并且能較好的體現(xiàn)結(jié)果。

本項(xiàng)目將結(jié)合電路理論和單片機(jī)數(shù)字系統(tǒng)知識(shí)，研究小電容介質(zhì)損耗參數(shù)的測(cè)量。最終將模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化，計(jì)算出小電容的介質(zhì)損耗角。

國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)

介電譜基本原理最早由德拜（荷蘭科學(xué)家）在1913年提出來的，被用于測(cè)定分子的偶極矩和研究液體及固體的結(jié)構(gòu)。國(guó)外從20世紀(jì)三十年代開始，介電譜分析技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室逐漸走向工業(yè)生產(chǎn)，對(duì)高聚物的開發(fā)和應(yīng)用起了一定的促進(jìn)作用。

介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x主要分為兩大類：一類是基于電橋法的傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器，通過調(diào)節(jié)各個(gè)橋臂的阻抗使電橋平衡來讀出被測(cè)對(duì)象的電容值和介質(zhì)損耗角。另一類是使用數(shù)字式半橋電路獲得被測(cè)對(duì)象的電壓、電流信息，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將測(cè)量結(jié)果變成數(shù)字量，輸入到微處理器進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算得到介質(zhì)損耗角和電容值。

基于電橋原理的介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x主要有安徽省電力研究所研制的“P5026M”型交流電橋，武漢聯(lián)欣電力技術(shù)有限公司研制的“QS97系列數(shù)字高壓電橋”等。這類基于電橋原理的介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x大多操作復(fù)雜，自動(dòng)化水平低，常常出現(xiàn)電橋無法平衡，測(cè)量誤差過大的問題。另外西林電橋是高壓電橋的一種，使用時(shí)需要高電壓接入橋臂兩端。當(dāng)測(cè)試電源具有較大的諧波干擾時(shí)，即使基波電壓已經(jīng)平衡，檢流計(jì)仍然不能指零。

隨著半導(dǎo)體和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，開始慢慢出現(xiàn)數(shù)字式自動(dòng)介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x。其代表產(chǎn)品有，迪奧克電氣有限公司的“GWS—1 型光導(dǎo)微機(jī)介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x”，武漢高壓所的“WG-25 微電腦異頻介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x”等。數(shù)字式介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x一般都具有量程廣，功能全，能自動(dòng)測(cè)量并生成介質(zhì)損耗正切值與溫度的關(guān)系圖。在短時(shí)間內(nèi)，快速計(jì)算出 的陡升拐點(diǎn)溫度，其大多具有自動(dòng)校正和補(bǔ)償功能，抗干擾能力強(qiáng)。

相較國(guó)內(nèi)的介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x，國(guó)外的典型產(chǎn)品在性能上要略勝一籌。 國(guó)外介損測(cè)量?jī)x的代表產(chǎn)品有：美國(guó)的 DELTA—2000 (10KV Automated Insulation Test Set)。其原理上屬于高壓流比器，裝置上集成了小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，智能化分析程度高；德國(guó)LEMKEDIAGNOSTICS公司的LDV-5型介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x，儀器基于DSP芯片設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)10-400Hz頻率范圍內(nèi)的介損自動(dòng)測(cè)量。儀器具有響應(yīng)速度快，測(cè)量范圍廣，智能化程度高的特點(diǎn)。

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x在測(cè)量的準(zhǔn)確性跟可靠性上都有了很大的進(jìn)步，但依然存在著許多的問題。例如在外界干擾較強(qiáng)時(shí)儀器的測(cè)量可重復(fù)性不佳，或者需要很長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)測(cè)試誤差大等問題。這些問題限制了其推廣使用。與國(guó)內(nèi)介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x相比，國(guó)外的相對(duì)來說更加成熟，測(cè)量更加準(zhǔn)確，抗干擾能力更強(qiáng)，然而價(jià)位也比較高。針對(duì)當(dāng)前存在著許多實(shí)際的問題，數(shù)字式自動(dòng)介質(zhì)損耗測(cè)試儀還有很長(zhǎng)的路要走，需要不斷的完善與發(fā)展。對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量技術(shù)的研究主要集中在對(duì)檢測(cè)方法的改善上。

本項(xiàng)目學(xué)生有關(guān)的研究積累和已取得的成績(jī)

    團(tuán)隊(duì)成員均已深入學(xué)習(xí)51單片機(jī)及常用外設(shè)，而且有組員在進(jìn)行stm32單片機(jī)的學(xué)習(xí)，熟悉單片機(jī)編程和部分底層驅(qū)動(dòng)程序的編寫。大部分接受過物電實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)，對(duì)焊接、常用實(shí)驗(yàn)儀器等十分熟悉，且長(zhǎng)期在實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，有過一些芯片的使用經(jīng)驗(yàn)。

有較好的理論功底，能計(jì)算交流頻率下的電容阻抗和相位角。

    查閱了大量的關(guān)于絕緣介質(zhì)損耗測(cè)量的文獻(xiàn)。

    曾做過單片機(jī)簡(jiǎn)易波形發(fā)生器，參加物電杯電子設(shè)計(jì)比賽。

    熟悉Multisim,TINA仿真軟件的模擬電路分析。

項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)和特色

    電路具有一定的抗噪聲能力

    測(cè)量電路小型化

    較高的介質(zhì)損耗測(cè)量精度

    模擬信號(hào)數(shù)字化處理

    立足基礎(chǔ)理論的實(shí)際問題探索研究

項(xiàng)目的技術(shù)路線及預(yù)期成果

1、 分析介質(zhì)損耗測(cè)量的基本原理

結(jié)合理論知識(shí)，查找相關(guān)論文資料，確定初步的小電容介質(zhì)損耗測(cè)量模型。

2、 調(diào)研并提出測(cè)量方法

總結(jié)測(cè)量方法，對(duì)部分的測(cè)量方法進(jìn)行仿真論證，總結(jié)之前得到的結(jié)果，并結(jié)合測(cè)量模型提出電路設(shè)計(jì)方案。

3、 電路方案論證

搭建仿真電路圖，進(jìn)行仿真論證，記錄各項(xiàng)仿真數(shù)據(jù)。

4、 進(jìn)行硬件電路與軟件流程的設(shè)計(jì)

根據(jù)提出的方案繪制原理圖，打樣PCB板，并編寫測(cè)試軟件。

5、 調(diào)試電路與軟件

焊接電路，加載測(cè)試程序，進(jìn)行通電檢測(cè)觀察是否正常工作。

6、 測(cè)量結(jié)果與分析

實(shí)測(cè)電路的各項(xiàng)指標(biāo)，與仿真結(jié)果進(jìn)行比較。根據(jù)結(jié)果修改電路參數(shù)，使電路達(dá)到預(yù)期指標(biāo)。將最終結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)電橋測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，分析誤差原因。

預(yù)期成果：

實(shí)現(xiàn)小電容的介質(zhì)損耗數(shù)字測(cè)量電路設(shè)計(jì)

分析測(cè)量結(jié)果，并做測(cè)試報(bào)告。

年度目標(biāo)和工作內(nèi)容（分年度寫）

年度目標(biāo)和工作內(nèi)容

2016/12-2017/2

① 完成模型阻抗模型的建立與基本測(cè)量原理的研究；  ② 調(diào)研小電容介質(zhì)損耗測(cè)量的現(xiàn)狀，明確當(dāng)前國(guó)內(nèi)小電容介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x器的不足之處。并對(duì)調(diào)研的結(jié)果做分析；  ③針對(duì)前期研究學(xué)習(xí)結(jié)果，明確電路功能，性能指標(biāo)，抗干擾能力。

2017/3-2017/5

① 調(diào)研可行的測(cè)試方法與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，明確主體設(shè)計(jì)思路，制定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；  ②各單元電路的設(shè)計(jì)，制作，調(diào)試；  ③完成各單元電路的級(jí)聯(lián)，并進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路初步調(diào)試。

2017/6-2017/9

① 根據(jù)功能性能要求與硬件電路，明確軟件系統(tǒng)的功能，將軟件分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，并根據(jù)他們之間的聯(lián)系和時(shí)間上的關(guān)系，設(shè)計(jì)出合理的軟件總體結(jié)構(gòu)；

②  完成各個(gè)軟件模塊的程序編寫，編譯和調(diào)試，最后將所有模塊進(jìn)行定位連接，形成完整程序；

③  進(jìn)行軟件與硬件的聯(lián)合調(diào)試。

2017/10-2017/12

① 進(jìn)行電路的測(cè)試，根據(jù)前期確定的各項(xiàng)功能性能要求，進(jìn)行逐項(xiàng)測(cè)試；  ②對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)；  ③完成結(jié)題報(bào)告。

指導(dǎo)教師意見

簽字：                   日期：