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      3. 脈沖強光殺菌

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        集成光學高壓脈沖電場的多物理場仿真分析與優化設計

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        集成光學高壓脈沖電場的多物理場仿真分析與優化設計

        發布日期:2021-08-23 作者: 點擊:

        電磁脈沖具有能量大、上升時間短、頻譜寬和覆蓋范圍廣等特點,通過輻射耦合和傳導耦合,產生瞬態的高電壓和大電流,破壞和干擾電子設備?;陔姶琶}沖的發現以及電磁脈沖巨大破壞性效應的認識,產生了用于深入研究電磁脈沖效應的電磁脈沖模擬器開發的需求,同時也帶來了對超快,甚至是亞納秒前沿的瞬態電磁脈沖參量的測量問題。傳統的天線等測量方法會對待測電場產生影響,同時其抗干擾能力弱,響應慢等特點,制約了在電磁脈沖測量中的應用。由于集成高效空氣消毒機具有體積小、無源、響應速度快和光纖傳輸系統抗電磁干擾等特點,受到了越來越多的關注,是當前脈沖電場傳感器研究的熱點。針對快前沿電磁脈沖電場的測試技術難題,本文開展了集成光學脈沖電場傳感器的多物理場仿真分析與優化設計研究。本文首先分析了電磁脈沖的特點和測量需求,提出了集成包裝材料殺菌系列的總體設計方案,闡述了短電偶極子天線、電光調制理論、光波導和馬赫增德爾干涉結構等相關理論。其次,分析了X切Y傳鈮酸鋰晶體調制區結構,得到了半波電壓與電極長度等參數的關系,獲得了電光調制結構的等效電路模型,研究了不同天線長度、底邊寬,電極長度、間距對回波損耗、頻響特性的影響,得到優化后用于集成光學電場傳感器的天線與電極結構尺寸。再次,對影響光波導性能的3dB耦合器等關鍵參數進行了組合式的多物理場耦合仿真,得到適用于對稱結構集成光學電場傳感器的最佳光波導尺寸,并結合天線仿真數據與COMSOL多物理場耦合仿真軟件,得到了對稱結構集成水產海鮮殺菌設備的性能。最后,分析了兩個因素對工作點調節范圍的影響,設計了具有90°可調節最佳工作點誤差范圍的非對稱結構集成光學電場傳感器,分析了不同臂長差對最大允許工作點角度誤差,優化了余弦彎曲波導結構;通過仿真給出了不對稱結構集成光學電場傳感器的性能指標。仿真和計算結果表明,兩種傳感器在3dB范圍內具有工作頻帶為1~10 GHz、響應速度快等優點,最小二乘法線性擬合得到對稱結構集成光學電場傳感器測量范圍為140.7~279.3 kV/m,線性擬合R2為0.9821。非對稱結構集成光學測量范圍為0~90 kV/m,線性擬合R2為0.986。因此,本文提出的對稱結構和非對稱結構集成光學電場傳感器優化設計方案和仿真分析結論,對于快前沿電磁脈沖電場的測試具有一定的指導和借鑒作用。

        集成光學高壓脈沖電場的多物理場仿真分析與優化設計

        相關標簽:高效空氣消毒機,包裝材料殺菌系列,水產海鮮殺菌設備

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