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稳压和脉冲——放电加工和镀膜

2021-10-21 17:15 作者:盲人号  | 我要投稿



电动势是中势能,他的大小通常都不是恒定的,所以很多时候,直流电在传输中的结果很多都会成为脉冲传递

脉冲(pulses per second)通常是指电子技术中经常运用的一种像脉搏似的短暂起伏的电冲击(电压或电流)。主要特性有波形、幅度、宽度和重复频率。 [1]  脉冲是相对于连续信号在整个信号周期内短时间发生的信号,大部分信号周期内没有信号。就像人的脉搏一样。现在一般指数字信号,它已经是一个周期内有一半时间有信号。计算机内的信号就是脉冲信号,又叫数字信号。此外,脉冲也用来表示思想感情上的冲动和要求。

从字面上理解——脉搏的跳动所产生的冲击波。脉冲的定义其实是这样的:

电压(V)或电流(A)的波形像心电图上的脉搏跳动的波形。但听到的什么电源脉冲、声脉冲……又作何解释呢——脉冲的原意被延伸出来得:隔一段相同的时间发出的波等机械形式,学术上把脉冲定义为:在短持续时间内突变,随后又迅速返回其初始值的物理量变化过程称之为脉冲。

从脉冲的定义内我们不难看出,脉冲有间隔性的特征,因此我们可以把脉冲作为一种信号。脉冲信号的定义由此产生:

相对于连续信号(在整个信号周期内短时间中都有的信号),大部分脉冲信号周期内是没有信号的。就像人的脉搏一样。脉冲信号一般指数字信号,它已经是一个周期内有一半时间(甚至更长时间)有信号。计算机内的信号就是脉冲信号,又叫数字信号。

此外,脉冲也用来表示思想感情上的冲动和要求。例句:只有竞争才能使社会发展得更完善和和谐的统一,而这些在许多中学生中就没有这个信号和脉冲。

神经脉冲

神经脉冲,正确地讲应称为神经冲动(nerve impulse)。当神经的某一局部受到足够强度的刺激时,则在该部产生动作电位,并从该点沿神经纤维向两个方向传播。冲动与动作电位具有相同的意思,但冲动是在作为沿轴突传播的信号看待时使用。根据冲动的原发部位,在离中神经中是从中枢向末梢产生效应的器官,在向中神经中是从末梢感受器向中枢单方向传导。它所起的作用是连络中枢和末梢的信号。冲动的传导速度可因神经纤维有无髓鞘和粗细等而异。有髓鞘神经的传导速度与纤维直径是成正比,在哺乳类用纤维直径(微米)×6米/秒来表示,最高达120米/秒,无髓鞘神经的传导速度与直径的平方根成正比,通常在2—3米/秒以下。

一个神经元无法完成信息的传递,因此神经系统中处理信息的最基本单位是神经环路,这就涉及了信息在不同神经元间的传递,传递的主要方式是突触传递,突触传递主要是以化学物质为介导的,这种化学物质称为神经递质,但也有电突触的存在 [1] 

突触结构

神经元之间相互连接的部分称为突触,一个神经元的轴突末端膨大呈扁球形,称为突触小体,其附近的膜叫做突触前膜,连接着的另一个神经元膜叫做突触后膜,后膜上有大量的受体,可以与神经递质相结合,突触小体内含较多线粒体和囊泡,称为突触囊泡,神经递质便储存在其中。 [1] 

传递过程

当动作电位传递到神经末梢的突触前膜时,突触囊泡收到该信号并释放出神经递质,经过扩散到达突触后膜并与受体结合,引起某些离子通道通透性改变,离子跨膜流动,产生动作电位,由此便完成了信息在不同神经元中的传递。


脉冲信号

瞬间突然变化,作用时间极短的电压或电流称为脉冲信号。可以是周期性重复的,也可以是非周期性的或单次的。脉冲信号是一种离散信号,形状多种多样,与普通模拟信号(如正弦波)相比,波形之间在时间轴不连续(波形与波形之间有明显的间隔)但具有一定的周期性是它的特点。最常见的脉冲波是矩形波。脉冲信号可以用来表示信息,也可以用来作为载波,比如脉冲调制中的脉冲编码调制(PCM),脉冲宽度调制(PWM)等等,还可以作为各种数字电路、高性能芯片的时钟信号。所谓脉冲信号表现在平面坐标上就是一条有无数断点的曲线,也就是说,在周期性的一些地方点的极限不存在,比如锯齿波,也有电脑里用到的数字电路的信号,0,1。脉冲信号,也就是像脉搏跳动这样的信号,相对于直流,断续的信号,如果用水流形容,直流就是把龙头一直开着淌水,脉冲就是不停的开关龙头形成水脉冲。 你把手电打开灯亮,这是直流,你不停的开关灯亮、熄,就形成了脉冲,开关速度的快慢就是脉冲频率的高低。

脉冲信号是一种离散信号,形状多种多样,与普通模拟信号(如正弦波)相比,波形之间在Y轴不连续(波形与波形之间有明显的间隔)但具有一定的周期性是它的特点。最常见的脉冲波是矩形波(也就是方波)。脉冲信号可以用来表示信息,也可以用来作为载波,比如脉冲调制中的脉冲编码调制(PCM),脉冲宽度调制(PWM)等等,还可以作为各种数字电路、高性能芯片的时钟信号。


    电磁脉冲

    电磁脉冲(EMP)是一个瞬时产生的强大能量场,它对能量波非常敏感,可以在远处破坏无数的电力系统和高技术微型电路。核武器在高空大气层爆炸能产生巨大的电磁脉冲效应,这就是高空电磁脉冲(HEMP)现象。电磁脉冲由核爆炸和非核电磁脉冲弹(高功率微波弹)爆炸而产生。核爆炸产生的电磁脉冲称为核电磁脉冲,任何在地面以上爆炸的核武器都会产生电磁脉冲,能量大约占核爆炸总能量的百万分之一,频率从几百赫到几兆赫。非核电磁脉冲弹则利用炸药爆炸或化学燃料燃烧产生的能量,通过微波器件转换成高功率微波辐射能,能发射峰值功率在几兆瓦以上、频率为1吉赫~300吉赫的脉冲微波束,在裸露的导电体(例如裸露的电线、印刷电路板的印制线)上急剧产生数千伏的瞬变电压,对大量电子设备造成无法挽回的损坏。


    脉冲反应堆

    能在很短时间间隔内达到超临界状态,从而产生很高脉冲功率和很强中子通量,并能安全可靠地多次重复运行的反应堆。它分为热中子脉冲堆和快中子脉冲堆两类。中国建成了一座铀氢锆脉冲反应堆,这是以铀氢锆作燃料的反应堆。它主要以氢作为慢化剂,当功率升高时,温度就会提高,氢的慢化作用减弱,反应性立即降低,反应堆有很大的瞬发负温度系数,因而呈脉冲运行。脉冲反应堆除了用来培训人员、从事研究工作和生产短寿命放射性同位素外,还可用来治疗癌症、中子照相、活化分析及辐照燃料和材料。 [4] 


    为了克服脉冲对稳定器件的损害影响,我们发明出了两种传输模式,一种是交流电,一种是稳压电路

    1.交流电


    交流电是指电流方向随时间作周期性变化的电流,在一个周期内的平均电流为零。不同于直流电,它的方向是会随着时间发生改变的,而直流电没有周期性变化。

    通常交流电(简称AC)波形为正弦曲线。交流电可以有效传输电力。但实际上还有应用其他的波形,例如三角形波、正方形波。生活中使用的市电就是具有正弦波形的交流电。

    (它会有稳定的电压)

    交流电在某一个瞬间的数值称为瞬时值,瞬时值最大的时候叫做最大值。其平均值可以用交流电的半个周期来计算。 [2] 

    ●瞬时值和最大值

    线圈的旋转角度

    右图上的圆圈表示线圈的旋转角度(角频率),波浪则是正弦交流电,表示线圈旋转后产生的电动势。正弦波交流电,记录了因线圈旋转而改变角频率时的瞬时数值。这个数值叫做“瞬时值”。当瞬时值最大的时候,刚好处于正向的波形小山和负向的波形小山的顶点,所以这个值叫做“最大值”。 [2] 

    瞬时值f可以用e= Vm*sinwt来求得。Vm是由线圈的形状或磁铁的强弱来决定的。 [2] 

    交流电的电动势的电压是正弦波,电流表现出来的也是同样的正弦波。 [2] 

    • 平均值

    正弦交流电的波形图 [2]

    由于正弦交流电的波形图是在正向波形小山和负向波形小山之间反复变化的,所以可以求出其平均值。在正弦交流电的1个周期内,正向波形小山的面积与负向波形小山的面积相等,所以取其平均的结果是0。因此,如果要求正弦交流电的电动势或电流的平均值的时候,可以用半个周期来计算。平均值Vav可以用Vav=2Vm / π来求得。 [2] 

    性质

    编辑 语音

    根据傅里叶级数的原理,周期函数都可以展开为以正弦函数、余弦函数组成的无穷级数,任何非简谐的交流电也可以分解为一系列简谐正余弦交流电的合成。 [1] 


    2.什么是稳压电路

      稳压电路是指在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的电路。这种电路能提供稳定的直流电源,广为各种电子设备所采用。

      直流稳压电源的电路原理图

      本文详细介绍一款3~12V可调分立元件直流稳压电源的电路原理图及其工作原理。电路原理图如图1所示,印板图如图2所示。

    稳压电路原理分析

      图1 分立元件稳压电源电路图

    稳压电路原理分析

    冷焊机

    冷焊机在国际上叫ESD,是由前苏联的专家应用类似于放电加工机的电路原理研究开发出来的。当初的加工机涂层厚度最大只能达30μm 左右,因此无法满足修补需要。

    之后,经过了大量的研究开发,提高了其输出功率,改进了焊枪结构和焊条材料成份。冷焊机是通过微电瞬间放电产生的高热能将专用焊丝熔覆到工件的破损部位,与原有基材牢固熔接,焊后只需经过很少打磨抛光的后期处理。

    1、冷焊机原理是利用充电电容,以10-3~10–1秒的周期,10-6~10–5秒的超短时间放电。电极材料与工件接触部位瞬间会被加热到8000°C~10000°C,等离子化状态的熔融金属以冶金的方式过渡到工件的表层。

    2、电焊机是利用正负两极在瞬间短路时产生的高温电弧来熔化电焊条上的焊料和被焊材料,使被接触物相结合的目的。其结构十分简单,就是一个大功率的变压器。

    二、适用范围不同:

    1、冷焊机适用于高精密补焊,包括:针孔、气孔毛刺、飞边磕碰、划伤崩角、塌角砂眼、裂纹磨损、内陷制造错误、制造缺陷、焊接缺陷等。

    2、交流焊机一般都用在钢结构制造单位或一般通用机械或农业机械制造单位。直流主要用在制造压力容器锅炉,管道,或重要结构制造单位的焊接用焊机。

    三、焊接精度不同:

    冷焊机修复精度高,堆焊厚度从几微米到几毫米,只需打磨,抛光。电焊机焊接不适合于高碳钢的焊接,由于焊接焊缝金属结晶和偏析及氧化等过程,对于高碳钢来说焊接性能不良,焊后容易开裂,产生热裂纹和冷裂纹。

    多功能冷焊机原理是利用充电电容,以10-3~10–1秒的周期,10-6~10–5秒的超短时间放电。电极材料与工件接触部位瞬间会被加热到8000°C~10000°C,等离子化状态的熔融金属以冶金的方式过渡到工件的表层。图1所示的是堆焊、涂层的示意图及各种特性。A区是堆焊到工件表面的涂层或堆焊层,由于与母材之间产生了

    冷焊

    多功能冷焊机为什么能实现冷焊呢?如图2所示,放电时间(Pt)与下一次放电间隔时间(It)

    相比极短,机器有足够的相对停止时间,热量会通过工件基体扩散到外界。因此工件的被加工部位不会有热量的聚集。虽然工件的升温几乎停留在室温,可是由于瞬时熔化的原因,电极尖端的温度可以达到10000°C左右。

    强度高

    利用冷焊机进行修补堆焊时,既然热输入低,为什么结合强度还很大呢?这是因为焊条瞬间产生金属熔滴,过渡到与母材金属的接触部位,同时由于等离子电弧的高温作用,表层深处形成像生了根一样的强固的扩散层(如图3所示)。呈现出高结合性,可直接进行铣、锉、磨等加工,不会脱落。


    优缺点

    优点:和热焊接不同,不需要保护气来保证焊接面不被氧化

    氩弧焊,是使用氩气作为保护气体的一种焊接技术。 [1]  又称氩气体保护焊。就是在电弧焊的周围通上氩气保护气体,将空气隔离在焊区之外,防止焊区的氧化。

    氩弧焊技术是在普通电弧焊的原理的基础上,利用氩气对金属焊材的保护,通过高电流使焊材在被焊基材上融化成液态形成熔池,使被焊金属和焊材达到冶金结合的一种焊接技术,由于在高温熔融焊接中不断送上氩气,使焊材不能和空气中的氧气接触,从而防止了焊材的氧化,因此可以焊接不锈钢、铁类五金金属。


    氧化:狭义的氧化反应指物质与氧化合;还原反应指物质失去氧的作用。广义上来说,失电子为氧化反应,得电子为还原反应。有机物反应时把有机物引入氧或脱去氢的作用叫氧化;引入氢或失去氧的作用叫还原。物质与氧缓慢反应缓缓发热而不发光的氧化叫缓慢氧化,如金属锈蚀、生物呼吸等。剧烈的发光发热的氧化叫燃烧。


    缺点:击穿时间较短,操作较繁琐

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