發(fā)布時間：2022-01-24 07:04

　　目前,高壓窄脈沖設(shè)備被廣泛運用于殺菌和除塵等領(lǐng)域,但簡陋的設(shè)備和落后的控制系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足工業(yè)需求。因此研發(fā)功能強(qiáng)大、性能可靠、操作方便的高壓窄脈沖設(shè)備迫在眉睫。為了保證設(shè)備穩(wěn)定運行和減少人為干預(yù),先進(jìn)的控制系統(tǒng)更是必不可少。本文主要闡述高壓窄脈沖殺菌關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備控制系統(tǒng),具體工作和創(chuàng)新點如下:（1）分析了脈沖殺菌機(jī)理。通過分析電穿孔和電崩解理論,了解了脈沖殺死微生物的原理;通過分析殺菌效率數(shù)學(xué)模型,得出電場強(qiáng)度越高,微生物殘活率越低的結(jié)論;通過分析高壓窄脈沖特性對殺菌效果的影響,發(fā)現(xiàn)脈沖寬度越低,可獲得的脈沖電壓越高,殺菌效率越高以及雙極性方波脈沖的殺菌效果優(yōu)于其他波形的脈沖。（2）設(shè)計了高壓窄脈沖殺菌設(shè)備的硬件系統(tǒng)。通過仿真脈沖電源的運行過程,發(fā)現(xiàn)電路中應(yīng)盡可能減少感抗以減小脈沖上升沿,提高脈沖質(zhì)量。搭建了實際電源電路并為其設(shè)計了脈沖驅(qū)動和電壓控制電路。還設(shè)計了低壓電源、檢測系統(tǒng)、泵送系統(tǒng)、火花信號采集系統(tǒng)和4G聯(lián)網(wǎng)電路。（3）針對高壓擊穿火花,通過小波分析和快速頻譜分析實現(xiàn)了對火花信號的特征提取;使用SVM（支持向量機(jī)）算法實現(xiàn)了對高壓擊穿火花的準(zhǔn)確識別,識別精度最高可達(dá)96%... 

【文章來源】：南京林業(yè)大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

高壓窄脈沖電源仿真電路

14中使用兩個高壓半導(dǎo)體開關(guān)控制雙極性脈沖的輸出并且為了減小電路中的感抗和避免線路碰撞，使用絕緣繩將所有高壓電路懸掛起來。圖3-10是本電路能產(chǎn)生的最優(yōu)脈沖，最優(yōu)主要指的是脈寬最優(yōu)和上升沿最優(yōu)。圖中正脈沖幅值為30kV左右，脈寬為4us，負(fù)脈沖幅值為28kV左右，脈寬為3.4us，脈沖上升沿很短，幾乎為0us。升壓變壓器儲能電容開關(guān)1開關(guān)2圖3-9實際電源電路Fig.3-9Actualpowercircuit圖3-10最優(yōu)脈沖Fig.3-10Optimalpulse3.2.3脈沖驅(qū)動和電壓控制電路的設(shè)計高壓半導(dǎo)體開關(guān)屬于高壓器件，因此向開關(guān)傳輸脈沖參數(shù)時必須考慮高低壓隔離問題。最早，為了解決此問題工控機(jī)采用Zigbee無線通信和主從結(jié)構(gòu)的方式向開關(guān)發(fā)送脈沖參數(shù)，但是存在一些不可避免的缺陷，例如數(shù)據(jù)傳輸延遲、通訊易受環(huán)境干擾和成本高。針對以上缺陷，在擴(kuò)展板卡上重新設(shè)計了新的脈沖驅(qū)動硬件，采用光纖通信來傳輸脈沖參數(shù)。光纖傳輸方式為“電—光—電”，其傳輸過程幾乎不消耗時間且實現(xiàn)光電隔離。開關(guān)的脈沖時序完全由工控機(jī)配合擴(kuò)展板卡上的FPGA芯片來實時控制，因此在開關(guān)端無需另外放置有緩沖功能的從機(jī)。脈沖驅(qū)動配合工控機(jī)可完成對脈沖參數(shù)的數(shù)字調(diào)節(jié)。圖3-11光纖實物圖Fig.3-11opticalfiberpicture擴(kuò)展板卡上FPGA芯片在接收到工控機(jī)的協(xié)議后快速解析出脈沖參數(shù)，然后按照參數(shù)通過IO口向發(fā)射電路提供相應(yīng)脈沖，脈沖通過光纖直接傳輸給開關(guān)。開關(guān)端只需要放置一個光纖接收電路即可。如圖3-12所示，型號為T-1521的光纖發(fā)射端P1和P2需要較大的電流才能滿足較大距離的傳輸而FPGA的引腳不支持過大的電流，所以選用了

14中使用兩個高壓半導(dǎo)體開關(guān)控制雙極性脈沖的輸出并且為了減小電路中的感抗和避免線路碰撞，使用絕緣繩將所有高壓電路懸掛起來。圖3-10是本電路能產(chǎn)生的最優(yōu)脈沖，最優(yōu)主要指的是脈寬最優(yōu)和上升沿最優(yōu)。圖中正脈沖幅值為30kV左右，脈寬為4us，負(fù)脈沖幅值為28kV左右，脈寬為3.4us，脈沖上升沿很短，幾乎為0us。升壓變壓器儲能電容開關(guān)1開關(guān)2圖3-9實際電源電路Fig.3-9Actualpowercircuit圖3-10最優(yōu)脈沖Fig.3-10Optimalpulse3.2.3脈沖驅(qū)動和電壓控制電路的設(shè)計高壓半導(dǎo)體開關(guān)屬于高壓器件，因此向開關(guān)傳輸脈沖參數(shù)時必須考慮高低壓隔離問題。最早，為了解決此問題工控機(jī)采用Zigbee無線通信和主從結(jié)構(gòu)的方式向開關(guān)發(fā)送脈沖參數(shù)，但是存在一些不可避免的缺陷，例如數(shù)據(jù)傳輸延遲、通訊易受環(huán)境干擾和成本高。針對以上缺陷，在擴(kuò)展板卡上重新設(shè)計了新的脈沖驅(qū)動硬件，采用光纖通信來傳輸脈沖參數(shù)。光纖傳輸方式為“電—光—電”，其傳輸過程幾乎不消耗時間且實現(xiàn)光電隔離。開關(guān)的脈沖時序完全由工控機(jī)配合擴(kuò)展板卡上的FPGA芯片來實時控制，因此在開關(guān)端無需另外放置有緩沖功能的從機(jī)。脈沖驅(qū)動配合工控機(jī)可完成對脈沖參數(shù)的數(shù)字調(diào)節(jié)。圖3-11光纖實物圖Fig.3-11opticalfiberpicture擴(kuò)展板卡上FPGA芯片在接收到工控機(jī)的協(xié)議后快速解析出脈沖參數(shù)，然后按照參數(shù)通過IO口向發(fā)射電路提供相應(yīng)脈沖，脈沖通過光纖直接傳輸給開關(guān)。開關(guān)端只需要放置一個光纖接收電路即可。如圖3-12所示，型號為T-1521的光纖發(fā)射端P1和P2需要較大的電流才能滿足較大距離的傳輸而FPGA的引腳不支持過大的電流，所以選用了

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高壓脈沖電場強(qiáng)化殺菌對哈密瓜汁品質(zhì)的影響[J]. 讓一峰,陳曉嬋,田一雄,趙偉.  食品研究與開發(fā). 2019(17)
[2]非熱殺菌技術(shù)在鮮榨果汁加工中的應(yīng)用研究[J]. 劉育穎.  食品科技. 2019(08)
[3]高壓電場技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 楊宇帆,陳倩,王浩,孔保華.  食品工業(yè)科技. 2019(19)
[4]電磁超聲檢測信號小波去噪研究[J]. 阮星翔,汪磊,向登峰.  儀表技術(shù). 2019(04)
[5]高壓脈沖電場對調(diào)理牛肉殺菌效果的研究[J]. 李霜,李誠,陳安均,劉愛平,劉韞滔,閆格,袁亮,伍幣.  核農(nóng)學(xué)報. 2019(04)
[6]常見熱殺菌方式對關(guān)中羊乳品質(zhì)的影響[J]. 張穎,閆慧明,彭德舉,何亮亮,曹煒.  食品工業(yè)科技. 2019(08)
[7]基于Ansoft數(shù)值仿真的板狀電極激勵電場均勻性影響因素分析[J]. 邵軍.  中國科技信息. 2018(18)
[8]電除塵產(chǎn)生火花放電的原因分析及解決方法[J]. 楊昱.  科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2018(23)
[9]液體食物非熱殺菌技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 趙心怡.  中國果菜. 2018(07)
[10]脈沖強(qiáng)光對大腸桿菌的滅活效果及其動力學(xué)模型的建立[J]. 洪晨,潘忠禮,王蓓,馬海樂,周存山.  食品工業(yè)科技. 2018(18)

博士論文
[1]高效電除塵器高壓電源設(shè)計及節(jié)能優(yōu)化控制[D]. 李卓函.大連理工大學(xué) 2014

碩士論文
[1]高壓脈沖殺菌電源關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 夏濤.電子科技大學(xué) 2016
[2]基于支持向量機(jī)的礦井無線信道建模與精確預(yù)測[D]. 郭世坤.西安科技大學(xué) 2015
[3]電氣火花電磁波特征及識別的研究[D]. 夏芹.中國礦業(yè)大學(xué) 2014
[4]高壓脈沖電場對微生物的致死動力學(xué)研究以及在橙汁中的應(yīng)用[D]. 嚴(yán)志明.福建農(nóng)林大學(xué) 2007
[5]乙醇及抗菌膜在最小加工西蘭花保鮮上的應(yīng)用[D]. 陶煒煜.北京林業(yè)大學(xué) 2006



本文編號：3606102