特高压直流输电线路离子流作用下人体电场效应分析

利用Comsol有限元仿真软件建立特高压直流输电线路和人体的三维模型,主要分析了输电线路产生的静电场和离子流作用下产生的合成电场两种情况下人体电场效应;以及在不同的风速下合成电场对人体电场效应。结果表明:在合成电场下:人体周围、人体内部以及头部的电场最大值均是静电场情况下的2.7倍左右,说明离子流作用下增加的电场是不可忽略的;并且对人体产生更大的作用。不同的风速情况下人体周围、人体内部以及头部的电场是不同的;风速逐渐增大,其电场值逐渐减小,说明在风速作用下,人体周围的离子流发生了变化并减小;且也减小了合成电场的大小,进而对人体的作用也变小。根据国际非电离辐射防护委员会(international commission on non-ionizing radiation protection,ICNIRP)导则限值对比分析,静电场和合成电场下人体内部电场最大值均超过普通民众限值和专业人员限值;而两种情况下的人体头部电场最大值在普通民众限值内,但是对于长期居住在特高压直流输电线路周边的居民会有一定的健康风险;因此在实际建设中需采取一定的降低电磁暴露防护措施或者避免穿越居民区。     

空中静电目标特性分析

研究了空中运动目标在飞行过程中的起电、放电机理和带电特性.通过理论分析和仿真计算,研究了对于被动式地面静电探测系统,将空中目标的电场近似地作为静电场进行探测和将空中带电目标近似为点目标的条件.结果表明,对于被动式地面静电探测系统而言,探测距离在10km范围以内,可将目标的电场当作静电场进行测量;当空中目标与探测器距离大于目标尺寸3～6倍以上时,可将目标视为点目标.提供了被动式地面静电探测系统的应用前提.     

用于被动式非接触探测的人体心脏电场分析

基于人体心脏电场的被动式非接触探测技术,具有抗干扰性好、无辐射、隐蔽性好、操作简单等优点.利用传统心脏偶极子模型,由单个心肌细胞推导出了心脏场源电位;建立了心脏-躯干模型和等效阻抗耦合电路模型,得到了心脏电场从体内到体表传输的传递函数和衰减增益;通过对人体躯干点电荷模型进行了分析,得到了人体心脏电场的探测方程,对其进行了仿真分析.由此得出在允许误差范围内,可以将人体心脏电场等效为点电荷电场模型分布,并通过仿真得到了人体心脏电场被动式非接触探测的理论探测距离.     

人体心脏电场非接触式探测建模与仿真

讨论了静息电位的特性以及计算方法,通过Wilson理论对人体心脏电场进行数学建模,得到与静息电位相关的电场模型,并对心脏电场进行了仿真. 结果表明,利用电场强度进行探测可以得到理论探测距离和最佳的探测范围分别为160 m和20~60 m. 在探测距离确定的情况下,通过分析静息电位和电场强度的对应关系,可以达到区分人体及其他动物种类的目的.     

基于光诱导介电泳技术的粒子分离研究

首先介绍了光诱导技术和介电泳技术的基础理论,并以此分析了光诱导介电泳的工作原理;其次,利用COMSOL Multiphysics软件建立仿真模型,对3种不同尺寸的圆环光斑产生的电场和介电泳力进行仿真,以验证光诱导介电泳技术分离粒子的可行性,同时为实验提供参考数据;最后,进行实验操作,验证利用光诱导介电泳技术分离粒子的正...     

碳纳米管介电电泳排布仿真研究

建立碳纳米管介电电泳排布的数学模型,利用有限元方法模拟电场分布对介电电泳力大小和方向的影响,结果表明碳纳米管最终的沉积位置以及排布方向受电场方向及梯度的控制,已沉积碳纳米管影响局部电场分布导致与其他碳纳米管产生排斥作用,因此通过改变电场分布可以有效控制介电电泳力的方向与大小,实现碳纳米管的规律排布.     

一种微粒相互作用及其介电泳动力学仿真新方法

采用有限元法进行粒子电极化强度的计算,以此得到对应的介电泳力和次级介电泳力.粒子的极化强度依托软件COMSOL Multiphysics 5.3a的AC/DC模块计算得到,粒子追踪模块用于实现介电泳力、次级介电泳力、流体力,以及排斥力的粒子动力学仿真.AC/DC模块和粒子追踪模块的多物理场耦合新方法能够满足正、负介电泳效应的粒子运动分析和研究,且粒子轨迹与常用的粒子仿真算法的运算结果有较高的相似性.同时仿真结果还表明,为了更准确地预测实验观测结果,粒子承受金属电极形成的正、负介电泳效应需要考虑次级介电泳力.     

面向SWCNT-FET制造的介电泳装配技术

针对单壁碳纳米管(SWCNT)场效应晶体管(FET)制造过程中面临的SWCNT装配问题,采用介电泳技术实现SWCNT在微电极上的有效装配.对SWCNT在非均匀电场中所受到的介电泳力进行了相关理论分析,利用COMSOL多物理场耦合软件模拟了介电泳驱动电场,并做了大量装配实验,获得了高效装配SWCNT所需的实验参数.AFM扫描观测及电特性测试验证了这种方法的有效性,同时也为其他一维纳米材料纳电子器件的装配制造提供了借鉴.     

平面分层介质静电探测技术研究

把平面介质和点电荷目标作为一个整体系统,利用镜像法研究了平面分层介质对点电荷目标静电场的影响,推算出像电荷在系统中的位置表达式,并根据两种介质中像电荷的电量公式推算出三层介质中像电荷的电量计算表达式.建立了平面介质被动式静电探测系统的物理模型,给出探测电极所在空间电场强度的计算公式.采用"旋转电极"的方法和静电感应原理进行目标探测,确定被动式静电探测器的探测方程,并使用静电计和仿真模型进行了试验,证明了该静电探测技术的可行性.     

静电隔物探人系统建模与仿真

为了分析静电探人的原理,根据实际探测分析了人体生物电产生的原理,并把人体目标作为点电荷,与阻隔介质和空气组成一个整体系统. 根据静电感应原理对人体目标进行隔物探测. 利用镜像法研究了人体目标在多种介质结构中电场的分布,获得目标所在空间电势的计算表达式,建立了两种静电隔物探人系统模型,并对模型进行了仿真. 结果表明,根据计算得出阻隔介质的厚度和介电常数与探测距离成反比,根据模型和已知条件可以计算出最大探测距离.     

基于有限元分析的静电探测器电极设计

根据静电理论,研究了利用旋叶式三维静电探测器对空中目标进行测向的方法.根据三维静电探测器测得的三路信号可实时给出目标方位角和俯仰角.分析了感应电极叶片数量与感应电流幅值之间的关系,应用有限元分析软件ANSYS对静电探测器电极结构进行了设计仿真计算,对不同叶片数的探测电极的感应电荷变化量进行仿真,分析了边缘效应的影响.根据计算结果给出了静电探测器电极的优化设计参数,为旋叶式三维静电探测器电极设计提供基础和指导.     

一种有向性静电探测单元的研究

普通静电探测极板是全向接收的,任何方向的静电目标都会对其产生影响.为了避免其它电场的干扰并使探测极板具有一定的方向性,引入了接地屏蔽的方案,使实现对静电体目标局部静电信息的探测成为可能.通过理论分析、有限元仿真以及试验研究,证明了该方案的可行性,为后期根据带电目标的形状大小和带电量等实际情况进行探测单元的敷设提供了理论依据.     

静电成像系统的设计

针对普通静电探测极板无法利用目标周围电场获取目标图像的问题,采用静电探测极板屏蔽技术研究了静电成像系统.该系统由具有屏蔽外筒的探测单元组成静电探测阵列、高灵敏度的静电检测模块,控制系统和图像处理模块构成.实验结果表明,该系统能够采集获得目标的静电图像,为今后静电成像技术的应用奠定了基础.     

基于有向性探测阵列的静电体目标探测

普通静电探测极板是全向接收的,为了避免目标周围其它电场的干扰,使探测极板具有方向性,引入了接地局部屏蔽的方案. 设计了一个探测器阵列,且在每个探测单元外加屏蔽筒,并通过仿真验证了该探测阵列对于静电目标在作为体目标时实现探测的可行性.     

静电场携带静电场能量的证明

根据电容器充电过程中能量的转化关系,讨论了静电场能和静电能的概念,证明了静电场能是由场自身携带的,静电能量是由带电体自身携带的。分析了传统电磁学理论中关于自能、互能和静电能、静电场能等概念容易引起混淆的原因,提出舍弃自能、互能的概念,建立静电能、静电场能概念的建议,使得电磁学理论与固体理论相协调。     

静电放电电磁脉冲辐照效应研究

基于传输线理论研究了静电放电电磁脉冲(ESD EMP)对电路的辐照效应机理,并建立了相关的数学模型.参照IEC61000-4-2标准,进行了ESD EMP辐照效应实验,同时实测了耦合板周围电场强度,实验结果表明,当受试设备电路板平行于水平耦合板(HCP)放置时,在电场强度类似的情况下,对水平耦合板(HCP)放电时的感应干扰电压普遍比对垂直耦合板(VCP)放电时高.将实验结果与模型分析比较,结果吻合良好,因此可以用此模型来研究静电放电产生的电磁脉冲场与电子系统的能量耦合问题.本文研究也表明现行的IEC61000-4-2标准存在不足,水平耦合金属板会改变静电放电电磁脉冲辐射场的入射方向,对测试结果影响较大,需要对被测设备(EUT)的摆放位置作进一步的规范.