一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置及系统

1.本实用新型涉及气体放电技术领域，尤其涉及一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置及系统。


背景技术：

2.介质阻挡放电(dielectric barrier discharge，dbd)广泛应用于消毒杀菌、材料表面改性、降解有机污染物等领域，其电路特性具有较大的研究价值。随着介质阻挡放电技术及其应用研究不断取得进展，dbd电路被广泛应用于氧活性粒子制备、材料处理、降解有机物、微电子技术、紫外及真空紫外大面积光源、有机基体表面的聚合改性等方面，近年来，已成为低温等离子体学科的研究热点之一。由于dbd具有独特的微放电特性且放电装置结构比较特殊，常规用于等离子体放电特性诊断的方法不适用于dbd放电装置，因此现阶段测量与诊断dbd等离子体放电参量的装置难以满足dbd等离子体的应用研究需求，相关研究仍有待突破。
3.目前测量dbd电路参量的方法有李萨如图形法、向量法、发射光谱法等，在这些方法中，由于李萨如图形法具有实现简单、测量结果准确，因此在实际运用中大多采用该方法测量dbd电路的参量，然而，现有的测量dbd电路参量的实验装置的实验设备昂贵，且接线要求较高，不便于操作使用，进而影响放电参考量的测量精度，该实验装置需提供较高要求的电源器件，增加了实验室的占用空间，且在介质阻挡放电实验时都是将两块金属电极板(上下极板)裸露在外，容易被不小心触及进而造成危险，不便于观察放电实验现象。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置及系统，以克服现有的测量dbd电路参量的实验装置的实验设备昂贵，且接线要求较高，不便于操作使用，进而影响放电参考量的测量精度，现有实验装置需提供较高要求的电源器件，增加了实验室的占用空间，且在介质阻挡放电实验时都是将两块金属电极板裸露在外，容易被不小心触及进而造成危险，不便于观察放电实验现象的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
6.一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置，包括装置壳体、第一电极板、第二电极板以及绝缘装置；
7.所述装置壳体包括壳体本体与玻璃罩，所述玻璃罩设置在壳体本体的顶部，且所述玻璃罩的一侧与壳体本体转动连接；
8.所述绝缘装置包括第一绝缘介质板与第二绝缘介质板，所述第一绝缘介质板固定安装在壳体本体的顶部，所述第一电极板固定安装在第一绝缘介质板上，所述第二绝缘介质板与第一电极板固定连接形成第一间隙区域，所述第二电极板固定在第二绝缘介质板上并形成第二间隙区域，且所述第二绝缘介质板设置在第一电极板与第二电极板之间；
9.所述第一间隙区域与第二间隙区域用于在所述第一电极板输入交流电压时产生
放电；
10.所述壳体本体内部设有介质阻挡放电电路，所述介质阻挡放电电路包括供电电路单元、控制电路单元、保护电路单元以及驱动单元；
11.所述供电电路单元与驱动单元相连接，所述驱动单元与保护电路单元分别与所述控制电路单元相连接；
12.从所述介质阻挡放电电路引出高压线与接地线，且所述高压线连接至第二电极板，所述接地线贯通第一绝缘介质板，并连接至第一电极板。
13.进一步的，所述第一电极板、第二电极板、第一绝缘介质板以及第二绝缘介质板设置在壳体本体顶部的中心位置，且同轴设置。
14.进一步的，所述第一绝缘介质板采用环氧板，所述第二绝缘介质板的材质为氧化铝陶瓷。
15.进一步的，所述第一电极板与第二电极板为金属电极板，且所述金属电极板的材质为铜、不锈钢和铝中的一种。
16.进一步的，所述供电电路单元的电路包括第一变压器t3、第一整流桥芯片22、稳压管芯片33、第七电容c7以及第九电容c9；所述第一变压器t3与第一整流桥芯片22相连接，所述第一整流桥芯片22的正极分别与所述第七电容c7的一端、稳压管芯片33的引脚1连接，所述第七电容c7的另一端与第一整流桥芯片22的负极接地，所述稳压管芯片33的引脚2与地线相连接，所述稳压管芯片33的引脚3、12v引脚以及第九电容c9的一端连接，所述第九电容c9的另一端与地线连接。
17.进一步的，所述控制电路单元的电路包括控制芯片u1、第一驱动芯片u2a以及第二驱动芯片u3a；所述控制芯片u1的引脚1、第九电阻r9的一端、第十一电阻r11的一端、第十二电阻r12的一端以及第一滑动变阻器vr1a的一端相连接，所述控制芯片u1引脚9、第九电阻r9的另一端、第十电阻r10的一端以及第六电容c6的一端相连接，所述第十一电阻r11的另一端与第十电阻r10的另一端连接，所述第六电容c6的另一端与第十二电阻r12的另一端均接地，所述第一滑动变阻器vr1a的另一端、第三电阻r3的一端、vcc引脚以及第四电容c4的一端连接，所述第三电阻r3的另一端与第四电容c4的另一端接地，所述控制芯片u1引脚16与第七电阻r7的一端连接，所述控制芯片u1引脚2、第七电阻r7的另一端、第五电容c5的一端以及第八电阻r8的一端连接，所述第五电容c5的另一端与第八电阻r8的另一端接地，所述控制芯片u1引脚6与第二电阻r2的一端连接，所述第二电阻r2的另一端、开关k1的一端以及接线端子con2的引脚2连接，所述接线端子con2的引脚1、开关k1的另一端以及第二滑动变阻器r20的一端连接，所述第二滑动变阻器r20的另一端接地，所述控制芯片u1引脚7与第一电阻r1的一端连接，所述第一电阻r1的另一端、控制芯片u1引脚5以及第三电容c3的一端连接，所述第三电容c3的另一端接地，所述控制芯片u1的引脚8与第二电容c2的一端连接，第二电容c2的另一端与控制芯片u1的引脚12接地，所述控制芯片u1的引脚10与第三电阻r3的一端连接，所述第三电阻r3的另一端接地，所述控制芯片u1的引脚11与第四电阻r4的一端连接，所述第四电阻r4的另一端与第一驱动芯片u2a的引脚2连接，所述第一驱动芯片u2a的引脚1、第一驱动芯片u2a的引脚8以及vcc引脚连接，所述第一驱动芯片u2a的引脚4与引脚5接地，所述第一驱动芯片u2a的引脚6与引脚7连接，所述控制芯片u1的引脚14与第五电阻r5的一端连接，所述第五电阻r5的另一端与第二驱动芯片u3a的引脚2连接，所述第二驱
动芯片u3a的引脚1、第二驱动芯片u3a的引脚8以及vcc引脚连接，所述第二驱动芯片u3a的引脚4与引脚5接地，所述第二驱动芯片u3a的引脚6与引脚7连接。
18.进一步的，所述保护电路单元的电路包括第四电容c4、第十电容c10、第十四电阻r14以及第十三电阻r13；所述第四电容c4的一端、第十电容c10的一端、第十四电阻r14的一端以及第十三电阻r13的一端以及温度开关j4的引脚2连接，所述温度开关j4的引脚2与12v引脚连接，所述第四电容c4的另一端与第十电容c10的另一端接地，所述第十四电阻r14的另一端与第一led灯的一端连接，所述第一led灯的另一端接地，且所述第一led灯并联有第一灯光开关j5，所述第十三电阻r13的另一端与第二led灯的一端连接，所述第二led灯的另一端与三极管q1的集电极连接，所述三极管q1的基极于第十五电阻r15的一端连接，所述第十五电阻r15的另一端与引脚vcc连接，所述三极管q1的发射极接地，且所述第二led灯并联有第二灯光开关j6。
19.进一步的，所述驱动单元包括依次连接的电源输入电路、输入滤波电路、输入整流滤波电路、逆变电路以及驱动电路；所述逆变电路包括第一变压器tl1、第一nmos管q2、第二nmos管q3、第二二极管d2以及第三二极管d3，所述第一变压器tl1的引脚1与引脚hv连接，所述第一变压器tl1的引脚2、第一nmos管q2的漏极、第二nmos管q3的源极以及第八电阻r8的一端连接，所述第一nmos管q2的栅极、第四电阻r4的一端以及第七电阻r7的一端连接，所述第四电阻r4的另一端与第一nmos管q2的源极接地，所述第二nmos管q3的栅极、第五电阻r5的一端以及第八电阻r8的另一端连接，所述第一变压器tl1的引脚4与地线连接，所述第一变压器tl1的引脚3与第二二极管d2的一端连接，所述第一变压器tl1的引脚5与第三二极管d3的一端连接，第二二极管d2的另一端、第三二极管d3的另一端连接，第六电阻r6的一端、第九电阻r9的一端以及第十电阻r10的一端连接，所述第九电阻r9的另一端与第十电阻r10的另一端接地，所述第六电阻r6的另一端与vcc引脚连接；
20.所述驱动电路包括第四电压器t4、第二十二电阻r22、第二电阻r2以及第三电容c3，所述第四电压器t4的引脚1与第五电阻r5的另一端连接，第四电压器t4的引脚2与第八电阻r8的另一端连接，所述第四电压器t4的引脚3与第四电阻r4的另一端连接，第四电压器t4的引脚4与第七电阻r7的另一端连接，第四电压器t4的引脚5、第二电阻r2的一端以及第三电容c3的一端连接，所述第二电阻r2的另一端、第三电容c3的另一端与cn1引脚连接，所述第四电压器t4的引脚6与第二十二电阻r22的一端连接，所述第二十二电阻r22的另一端与cn2引脚连接；
21.所述输入整流滤波电路包括第二整流桥芯片44、第一电容c1、第六电容c6、第五电容c5以及电感t1，所述第二整流桥芯片44正极、第一电容c1的一端、第一电阻r1的一端以及第二nmos管q3的漏极连接，所述第二整流桥芯片44负极、第六电容c6的一端以及第十一电阻r11的一端接地，所述第六电容c6的另一端、第一电容c1的另一端、第一电阻r1的另一端、第十一电阻r11的另一端以及第五电容c5的一端连接，所述第五电容c5的另一端与电感t1的一端连接，所述电感t1的另一端与hv引脚连接；
22.所述输入滤波电路包括第二变压器t2、第二电容c2以及第八电容c8，所述第二变压器t2的引脚1与第八电容c8的一端连接，第二变压器t2的引脚2、第二电容c2的一端以及第二整流桥芯片44连接，所述第二变压器t2的引脚3与第八电容c8的另一端连接，所述第二变压器t2的引脚4、第二电容c2的另一端以及第二整流桥芯片44连接；
23.所述电源输入电路包括第十二电阻r12、保险丝管f1以及接线端子j1，所述第十二电阻r12的一端、第八电容c8的一端以及接线端子j1的引脚2连接，第十二电阻r12的另一端、第八电容c8的另一端以及保险丝管f1的一端连接，所述保险丝管f1的另一端与接线端子j1的引脚1连接。
24.一种大气压介质阻挡放电现象演示测量系统，包括交变电源、示波器、调压器、高压探头、电流霍尔传感器、测量电容以及运算放大器；所述高压探头包括第一分压电阻与第二分压电阻；
25.所述交变电源与调压器连接，所述调压器与第一分压电阻、第二分压电阻连接，所述第一分压电阻的一端与测量装置的第二电极板连接，所述第二电极板与所述电流霍尔传感器连接，所述电流霍尔传感器与运算放大器的正极和测量电容的一端连接；
26.所述第二分压电阻的一端与测量装置的第一电极板连接，且第二分压电阻的一端、电流霍尔传感器以及运算放大器的负极接地连接，所述运算放大器的输出端、测量电容的另一端以及示波器的y通道连接，所述第一分压电阻的另一端、第二分压电阻的另一端以及示波器的x通道相连接。
27.有益效果：本实用新型提供了一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置及系统，包括装置壳体、第一电极板、第二电极板以及绝缘装置；装置壳体包括壳体本体与玻璃罩，玻璃罩设置在壳体本体的顶部，且所述玻璃罩的一侧与壳体本体转动连接，通过选用不同规格的绝缘介质板，将第一电极板接上地线并固定在第一绝缘板上，将高压电线穿过第一绝缘介质板与第二电极板连接，并盖上玻璃罩，通过测量装置的电源连接线接通室内供电电源，将示波器接到仪器背面的对应接口，调节实验所需的电源频率和电源功率进行实验，可靠近玻璃罩观察放电现象，记录示波器数据，利用该仪器进行介质阻挡放电电路放电参量的测量实验，可大大降低接线的难度，避免接错带来的安全隐患，减少实验平台器材所需空间，提高实验平台的整洁性，该测量装置及系统减少了实验电路搭建所需时间，避免了各种测量电路元件的杂乱摆放，提高了实验安全性，扩大了实验的适应群体。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本实用新型一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置结构示意图；
30.图2为本实用新型一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置的供电电路单元电路图；
31.图3为本实用新型一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置的保护电路单元的电路图；
32.图4为本实用新型一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置的控制电路单元的电路图；
33.图5为本实用新型一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置的驱动单元的输入整流滤波电路、驱动电路以及逆变电路的电路图；
34.图6为本实用新型一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置的驱动单元的电源输入电路与输入滤波电路的电路图；
35.图7为本实用新型一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置的电源指示灯的电路图；
36.图8为本实用新型一种大气压介质阻挡放电现象演示测量系统的结构示意图；
37.图9为本实用新型一种大气压介质阻挡放电现象演示测量系统的计算软件界面示意图；
38.图10为本实用新型一种大气压介质阻挡放电现象演示测量系统的不同间隙区域下的放电形貌图。
39.图中：1、装置壳体；11、壳体本体；12、玻璃罩；2、第一电极板；21、第一间隙区域；3、第二电极板；31、第二间隙区域；4、第一绝缘介质板；5、第二绝缘介质板；6、交变电源；7、示波器；8、调压器；9、第一分压电阻；10、第二分压电阻；11、电流霍尔传感器；12、测量电容；13、运算放大器。
具体实施方式
40.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.本实施例提供了一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置，如图1所示，包括装置壳体1、第一电极板2、第二电极板3以及绝缘装置；所述装置壳体1包括壳体本体11与玻璃罩12，所述玻璃罩12设置在壳体本体11的顶部，所述第一电极板2用于输入交流电压，所述第二电极板3用于与电源地线连接，且所述玻璃罩12的一侧与壳体本体11转动连接；所述绝缘装置包括第一绝缘介质板4与第二绝缘介质板5，所述第一绝缘介质板4固定安装在壳体本体11的顶部，所述第一电极板2固定安装在第一绝缘介质板4上，所述第二绝缘介质板5与第一电极板2固定连接形成第一间隙区域21，所述第二电极板3固定在第二绝缘介质板5上并形成第二间隙区域31，且所述第二绝缘介质板5设置在第一电极板2与第二电极板3之间；所述第一间隙区域21与第二间隙区域31用于在所述第一电极板2输入交流电压时产生放电；所述壳体本体11内部设有介质阻挡放电电路，所述介质阻挡放电电路包括供电电路单元、控制电路单元、保护电路单元以及驱动单元；所述供电电路单元与驱动单元相连接，所述驱动单元与保护电路单元分别与所述控制电路单元相连接；从所述介质阻挡放电电路引出高压线与接地线，且所述高压线连接至第二电极板3，所述接地线贯通第一绝缘介质板4，并连接至第一电极板2。
42.介质阻挡放电是将电介质绝缘材料插入放电空间的一种气体放电，介质可以覆盖在电极上，也可以悬挂在放电空间里，介质阻挡放电可在常温常压下产生大面积的低温等离子体，获得有利于化学反应的大量活性粒子，并伴随着特殊的声、光、热、电等复杂物理和化学过程。介质阻挡放电实际上是由放电电极、电介质层、放电间隙构成的有损耗电容器，对激励电源来说可等效为阻容性负载。当在放电电极间施加一定频率(50hz～几mhz)、一定
幅值(几kv～几十kv)的交流高电压时，电极间的气体就会被击穿，从而产生介质阻挡气体放电，其呈现为大量稍纵即逝、此起彼伏的细丝状细微快脉冲放电结构。这些微放电是由大量快脉冲电流细丝组成，而每个电流细丝在放电空间和时间上都是无规则分布的，放电通道基本为圆柱状，其半径约为0.1～0.3mm，放电持续时间极短，约为10～100ns，但电流密度却可高达0.1～1.0ka/cm2。每个电流细丝就是一个微放电，在介质表面上扩散成表面放电，并呈现为明亮的斑点。这些宏观特征会随着电极间所加的电源频率、放电间隙和介质的不同而有所改变。
43.当输入交流电压至第一电极板2时，第一电极板2和第二电极板3之间会形成电压差，则电极间隙区域中会产生电场分布，测量装置包括装置壳体(不锈钢外壳，含有一个接地端口)与电极板，且内部集成有介质阻挡放电电路，所述介质阻挡放电电路引出一条高压线和一条接地线，其中高压线在实验中通过m4螺钉固定在第二电极板3中心位置，接地线通过m4螺钉固定第一电极板2预留的位置，所述第一电极板2有对称的三个m4螺纹孔用于固定在第一绝缘板4上，并用于连接地线，所述玻璃罩12上有两个穿线孔用于穿出高压线和地线。
44.使用时，首先将壳体装置1内部的介质阻挡放电电路的接地线留出端，与第一绝缘板4和第一电极板2采用m4螺钉固定在一起，同时用另外的一条接地线将其一端用m4螺钉固定在下极板留出的三个对称螺纹孔之一，所述接地线的一端穿过第一绝缘板4其中一个孔后再穿过玻璃12，然后穿过电流霍尔传感器11的对应孔，穿过电流霍尔传感器11的孔的地线直接接上实验室地线，同时将电流霍尔传感器11接上其对应的传感器电源，并将其电源通电，电流霍尔传感器11另外留出了两条线，分别接在测量电容12的两端，同时用示波器7配套使用的第一分压电阻9一端的两个接口接在测量电容的两端，第一分压电阻9的另一端接入示波器7的x通道；接着将内部介质阻挡放电电路预留的高压线穿过第一绝缘介质板4后，越过第二绝缘介质板5的旁侧，并用m4螺钉固定在第二电极板3上预留的安装孔处，同时用另外一根高压线将其一端接在所述第二电极板3引出高压线的固定位置，所述高压线另一端穿过玻璃罩12然后连接到第二分压电阻10的对应位置，同时将第二分压电阻10用一根接地线接地，并将第二分压电阻10的信号端连接到示波器7的y通道；最后将装置壳体1的接地端接地。最后将制作好的第二绝缘介质板(即贴有绝缘胶带，胶带有一定层数的介质板)放在第一电极板2与第三电极板3之间，盖上玻璃罩即可，将测量装置接上电源，示波器7接上电源，并按下测量装置启动开关，通过测量装置的调节旋钮调整实验所需电源频率即可，启动示波器，调节示波器显示波形，按下“x-y”按键，并旋转刻度调节旋钮，调节李萨如图形至适当位置，按下保存数据按钮，即可将实验读取的第二电极板3和测量电容12两端的电压数据存入示波器上的u盘内。所述测量装置接线相比于常规实验时用实验室大电源和变压器，减少了空间位置，提升了实验安全，因为一般实验时都是将两块金属电极板(上下极板)裸露在外，一旦学生不小心触及将发生危险；该测量装置实验的电源频率和功率两个参数易于调节，且电路连接过程都预留有指定的连接端口，便于实验过程中的电路连接，此外实验中可打开玻璃罩12更换不同材料介质板或改变放电间隙，进行不同实验探究。所述放电间隙的调节是通过在介质板上贴上绝缘胶带，通过改变胶带的层数达到改变所贴胶带厚度以改变放电间隙，每层胶带的厚度一定，可通过计算胶带层数来获得放电间隙。
45.在具体实施例中，所述第一电极板2、第二电极板3、第一绝缘介质板4以及第二绝
缘介质板5设置在壳体本体11顶部的中心位置，且同轴设置，保证了装置使用过程的安全与稳定，且电极板与绝缘板同轴设置，避免了由于放电间隙的对应面积不均，造成放电现象不准确。
46.在具体实施例中，所述第一绝缘介质板4采用环氧板，用于绝缘和保护安全；第二绝缘介质板5的材质为氧化铝陶瓷，用于实验放电起到镇流作用，且氧化铝陶瓷的洛氏硬度很高，远远超过普通的金属材料，使得能够很好的抵抗外界的影响，且氧化铝陶瓷的密度很小，可以大大减轻装置的负载。
47.在具体实施例中，所述第一电极板2与第二电极板3为金属电极板，且所述金属电极板的材质为铜、不锈钢和铝中的一种。
48.在具体实施例中，如图2所示，所述供电电路单元的电路包括第一变压器t3、第一整流桥芯片22、稳压管芯片33、第七电容c7以及第九电容c9；第一整流桥芯片22采用db107，稳压管芯片33采用l7812cv，所述第一变压器t3与第一整流桥芯片22相连接，所述第一整流桥芯片22的正极分别与所述第七电容c7的一端、稳压管芯片33的引脚1连接，所述第七电容c7的另一端与第一整流桥芯片22的负极接地，所述稳压管芯片33的引脚2与地线相连接，所述稳压管芯片33的引脚3、12v引脚以及第九电容c9的一端连接，所述第九电容c9的另一端与地线连接，如图7所示，还包括电源指示灯电路。
49.在具体实施例中，如图4所示，所述控制电路单元的电路包括控制芯片u1、第一驱动芯片u2a以及第二驱动芯片u3a；所述控制芯片u1采用sg3525，第一驱动芯片u2a与第二驱动芯片u3a均采用tc4422，所述控制芯片u1的引脚1、第九电阻r9的一端、第十一电阻r11的一端、第十二电阻r12的一端以及第一滑动变阻器vr1a的一端相连接，所述控制芯片u1引脚9、第九电阻r9的另一端、第十电阻r10的一端以及第六电容c6的一端相连接，所述第十一电阻r11的另一端与第十电阻r10的另一端连接，所述第六电容c6的另一端与第十二电阻r12的另一端均接地，所述第一滑动变阻器vr1a的另一端、第三电阻r3的一端、vcc引脚以及第四电容c4的一端连接，所述第三电阻r3的另一端与第四电容c4的另一端接地，所述控制芯片u1引脚16与第七电阻r7的一端连接，所述控制芯片u1引脚2、第七电阻r7的另一端、第五电容c5的一端以及第八电阻r8的一端连接，所述第五电容c5的另一端与第八电阻r8的另一端接地，所述控制芯片u1引脚6与第二电阻r2的一端连接，所述第二电阻r2的另一端、开关k1的一端以及接线端子con2的引脚2连接，所述接线端子con2采用kf301-5.0-2pin，所述接线端子con2的引脚1、开关k1的另一端以及第二滑动变阻器r20的一端连接，所述第二滑动变阻器r20的另一端接地，所述控制芯片u1引脚7与第一电阻r1的一端连接，所述第一电阻r1的另一端、控制芯片u1引脚5以及第三电容c3的一端连接，所述第三电容c3的另一端接地，所述控制芯片u1的引脚8与第二电容c2的一端连接，第二电容c2的另一端与控制芯片u1的引脚12接地，所述控制芯片u1的引脚10与第三电阻r3的一端连接，所述第三电阻r3的另一端接地，所述控制芯片u1的引脚11与第四电阻r4的一端连接，所述第四电阻r4的另一端与第一驱动芯片u2a的引脚2连接，所述第一驱动芯片u2a的引脚1、第一驱动芯片u2a的引脚8以及vcc引脚连接，所述第一驱动芯片u2a的引脚4与引脚5接地，所述第一驱动芯片u2a的引脚6与引脚7连接，所述控制芯片u1的引脚14与第五电阻r5的一端连接，所述第五电阻r5的另一端与第二驱动芯片u3a的引脚2连接，所述第二驱动芯片u3a的引脚1、第二驱动芯片u3a的引脚8以及vcc引脚连接，所述第二驱动芯片u3a的引脚4与引脚5接地，所述第二驱动
芯片u3a的引脚6与引脚7连接。
50.在具体实施例中，如图3所示，所述保护电路单元的电路包括第四电容c4、第十电容c10、第十四电阻r14以及第十三电阻r13；所述第四电容c4的一端、第十电容c10的一端、第十四电阻r14的一端以及第十三电阻r13的一端以及温度开关j4的引脚2连接，所述温度开关j4采用ksd9700-60，所述温度开关j4的引脚2与12v引脚连接，所述第四电容c4的另一端与第十电容c10的另一端接地，所述第十四电阻r14的另一端与第一led灯的一端连接，所述第一led灯的另一端接地，且所述第一led灯并联有第一灯光开关j5，所述第十三电阻r13的另一端与第二led灯的一端连接，所述第二led灯的另一端与三极管q1的集电极连接，所述三极管q1采用ss8050，所述三极管q1的基极于第十五电阻r15的一端连接，所述第十五电阻r15的另一端与引脚vcc连接，所述三极管q1的发射极接地，且所述第二led灯并联有第二灯光开关j6。
51.在具体实施例中，如图5至图6所示，所述驱动单元包括依次连接的电源输入电路、输入滤波电路、输入整流滤波电路、逆变电路以及驱动电路；所述逆变电路包括第一变压器tl1、第一nmos管q2、第二nmos管q3、第二二极管d2以及第三二极管d3，所述第一变压器tl1的引脚1与引脚hv连接，所述第一变压器tl1的引脚2、第一nmos管q2的漏极、第二nmos管q3的源极以及第八电阻r8的一端连接，所述第一nmos管q2的栅极、第四电阻r4的一端以及第七电阻r7的一端连接，所述第四电阻r4的另一端与第一nmos管q2的源极接地，所述第二nmos管q3的栅极、第五电阻r5的一端以及第八电阻r8的另一端连接，所述第一变压器tl1的引脚4与地线连接，所述第一变压器tl1的引脚3与第二二极管d2的一端连接，所述第一变压器tl1的引脚5与第三二极管d3的一端连接，第二二极管d2的另一端、第三二极管d3的另一端连接，第六电阻r6的一端、第九电阻r9的一端以及第十电阻r10的一端连接，所述第九电阻r9的另一端与第十电阻r10的另一端接地，所述第六电阻r6的另一端与vcc引脚连接；
52.所述驱动电路包括第四电压器t4、第二十二电阻r22、第二电阻r2以及第三电容c3，所述第四电压器t4的引脚1与第五电阻r5的另一端连接，第四电压器t4的引脚2与第八电阻r8的另一端连接，所述第四电压器t4的引脚3与第四电阻r4的另一端连接，第四电压器t4的引脚4与第七电阻r7的另一端连接，第四电压器t4的引脚5、第二电阻r2的一端以及第三电容c3的一端连接，所述第二电阻r2的另一端、第三电容c3的另一端与cn1引脚连接，所述第四电压器t4的引脚6与第二十二电阻r22的一端连接，所述第二十二电阻r22的另一端与cn2引脚连接；
53.所述输入整流滤波电路包括第二整流桥芯片44、第一电容c1、第六电容c6、第五电容c5以及电感t1，所述第二整流桥芯片44采用d25xb100，所述第二整流桥芯片44正极、第一电容c1的一端、第一电阻r1的一端以及第二nmos管q3的漏极连接，所述第二整流桥芯片44负极、第六电容c6的一端以及第十一电阻r11的一端接地，所述第六电容c6的另一端、第一电容c1的另一端、第一电阻r1的另一端、第十一电阻r11的另一端以及第五电容c5的一端连接，所述第五电容c5的另一端与电感t1的一端连接，所述电感t1的另一端与hv引脚连接；
54.所述输入滤波电路包括第二变压器t2、第二电容c2以及第八电容c8，所述第二变压器t2的引脚1与第八电容c8的一端连接，第二变压器t2的引脚2、第二电容c2的一端以及第二整流桥芯片44连接，所述第二变压器t2的引脚3与第八电容c8的另一端连接，所述第二变压器t2的引脚4、第二电容c2的另一端以及第二整流桥芯片44连接；
55.所述电源输入电路包括第十二电阻r12、保险丝管f1以及接线端子j1，所述保险丝管f1采用f2al250v，所述接线端子j1采用hb9500-2pin，所述第十二电阻r12的一端、第八电容c8的一端以及接线端子j1的引脚2连接，第十二电阻r12的另一端、第八电容c8的另一端以及保险丝管f1的一端连接，所述保险丝管f1的另一端与接线端子j1的引脚1连接。
56.一种大气压介质阻挡放电现象演示测量系统，如图8所示，包括交变电源6、示波器7、调压器8、第一分压电阻9、第二分压电阻10、电流霍尔传感器11、测量电容12以及运算放大器13；所述示波器7采用tektronix dpo4104，所述交变电源6与调压器8连接，实验中可通过调压器8改变交变电源的频率，观察不同频率下的放电现象，并通过摄像机进行放电记录，所述摄像机采用佳能eos 6d，所述调压器8与第一分压电阻9、第二分压电阻10连接，所述第一分压电阻9的一端与测量装置的第二电极板3连接，所述第二电极板3与所述电流霍尔传感器11连接，所述电流霍尔传感器11用于在不损失被测电路能量的情况下完成对测量电容12的充放电，所述电流霍尔传感器11与运算放大器13的正极和测量电容12的一端连接；利用电容的积分特性就可以将包含大量微放电电流脉冲的电流波形转换成电容器上平滑的电压波形，通过测量流过外接测量电容的电压用于求解放电参量。所述第二分压电阻10的一端与测量装置的第一电极板2连接，且第二分压电阻10的一端、电流霍尔传感器11以及运算放大器13的负极接地连接，所述运算放大器13的输出端、测量电容12的另一端以及示波器7的y通道连接，所述第一分压电阻9的另一端、第二分压电阻10的另一端以及示波器7的x通道相连接。
57.电流霍尔传感器11测量第一电机板2引出地线上的电压信号，首先将其电流信号用霍尔效应得到然后按照预设比例，我们用的是将ma变为v，即放大1000倍，变为电压信号输出到测量电容12，并将测量电容12上的电压信号传递到示波器7的y通道。交变电源6用于为第二电极板3提供交流电，使放电产生。调压器8用于改变交变电源6的电压，从而改变第二电极板3的电压。测量电容12就是为了将交流信号通过其积分性质可求得流过它的电压，并输入到示波器7的y通道，其中将交流信号通过其积分性质可求得流过的电压的实现方法，为现有公知技术，并非本技术的发明点，在此不再赘述。该测量系统避免了复杂的接线过程，同时降低了实验的难度和危险性，实验仪器的安全性高，集成性好，便于携带，接入220v交流电后可直接在教室中使用，使高压气体放电教学可以应用于课堂和实验室中，适用于高校学生的物理实验。
58.实验过程如下：
59.实验前，首先检验测量电容12，利用电桥测量取样电容cn的值，同时检测测量电容12的损耗正切值是否高于0.0001，否则替换符合标准的测量电容。然后进行大气压介质阻挡放电现象演示测量系统的连接，且调压器8的输出端连接到示波器7的x通道，测量电容12的输出端连接到示波器y通道，并调整dbd放电组件符合实验设计预设标准。然后，通过绝缘胶带调整放电间隙的间隙值，如调节放电间隙为1.0mm，缓慢提升激励电压至3.0kv，通过频率调节旋钮与功率调节旋钮，控制测量装置的电源频率依次为4.5khz、5.0khz、5.5khz、6.0khz、6.5khz，使间隙区域内产生放电现象，并通过摄像机进行实时记录，如图10所示，同时选择示波器的x-y键，调整示波器旋钮，获得满意的实验图形并存储数据。最后，通过matlab里面的组件gui编写计算软件对采集到的实验数据进行处理，并计算dbd放电参量。如图9所示，所述计算软件的应用界面包括一个“选择文件”按钮、“开始”按钮、“退出”按钮
以及两个实验参数输入框，分别输入实验用到的高压探头的变压比和测量电容的大小、一个显示绘制的李萨如图形的坐标系、一个框显示实验中各参数(李萨如图形两邻边的斜率k1、k2；介质电容；气隙电容；放电维持电压)在10个周期的内的计算结果、三个框分别输出10个周期气隙电容、介质电容和放电维持电压的平均值，并将实验数据进行记录存储，其中，计算软件的编程与计算公式均为现有公知技术，并非本技术的发明点，在此不再赘述。
60.将放电过程中示波器上读取的实验数据存入u盘，并存入装有所述计算软件的计算机。首先点击“选择文件”按钮，选中计算机的对应文件，然后点击“开始”按钮，程序运行，程序对读取的10个周期的数据分别进行计算，按照李萨如图形法理论分析的计算公式进行计算求解，在软件界面的显示框中会显示每个周期各参数的计算结果，并在界面最下方对应位置显示10个周期的平均值。
61.按照李萨如图形法理论，一个周期内的数据点会形成一个封闭的平行四边形，通过线性拟合代码可求得四边形两条邻边的斜率，然后按照公知的理论公式和输入的高压探头的变压比和测量电容的大小，计算得到气隙电容、介质电容两个放电参量结果，另外，放电维持电压的计算结果为平行四边形与坐标轴横轴的两个交点距离的一半，按照编写的计算代码处理计算得到。
62.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置，其特征在于，包括装置壳体(1)、第一电极板(2)、第二电极板(3)以及绝缘装置；所述装置壳体(1)包括壳体本体(11)与玻璃罩(12)，所述玻璃罩(12)设置在壳体本体(11)的顶部，且所述玻璃罩(12)的一侧与壳体本体(11)转动连接；所述绝缘装置包括第一绝缘介质板(4)与第二绝缘介质板(5)，所述第一绝缘介质板(4)固定安装在壳体本体(11)的顶部，所述第一电极板(2)固定安装在第一绝缘介质板(4)上，所述第二绝缘介质板(5)与第一电极板(2)固定连接形成第一间隙区域(21)，所述第二电极板(3)固定在第二绝缘介质板(5)上并形成第二间隙区域(31)，且所述第二绝缘介质板(5)设置在第一电极板(2)与第二电极板(3)之间；所述第一间隙区域(21)与第二间隙区域(31)用于在所述第一电极板(2)输入交流电压时产生放电；所述壳体本体(11)内部设有介质阻挡放电电路，所述介质阻挡放电电路包括供电电路单元、控制电路单元、保护电路单元以及驱动单元；所述供电电路单元与驱动单元相连接，所述驱动单元与保护电路单元分别与所述控制电路单元相连接；所述介质阻挡放电电路连接高压线与接地线，且所述高压线连接至第二电极板(3)，所述接地线贯通第一绝缘介质板(4)，并连接至第一电极板(2)。2.根据权利要求1所述的一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置，其特征在于，所述第一电极板(2)、第二电极板(3)、第一绝缘介质板(4)以及第二绝缘介质板(5)设置在壳体本体(11)顶部的中心位置，且同轴设置。3.根据权利要求1所述的一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置，其特征在于，所述第一绝缘介质板(4)采用环氧板，第二绝缘介质板(5)的材质为氧化铝陶瓷。4.根据权利要求1所述的一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置，其特征在于，所述第一电极板(2)与第二电极板(3)为金属电极板，且所述金属电极板的材质为铜、不锈钢和铝中的一种。5.根据权利要求1所述的一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置，其特征在于，所述供电电路单元的电路包括第一变压器t3、第一整流桥芯片22、稳压管芯片33、第七电容c7以及第九电容c9；所述第一变压器t3与第一整流桥芯片22相连接，所述第一整流桥芯片22的正极分别与所述第七电容c7的一端、稳压管芯片33的引脚1连接，所述第七电容c7的另一端与第一整流桥芯片22的负极接地，所述稳压管芯片33的引脚2与地线相连接，所述稳压管芯片33的引脚3、12v引脚以及第九电容c9的一端连接，所述第九电容c9的另一端与地线连接。6.根据权利要求1所述的一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置，其特征在于，所述控制电路单元的电路包括控制芯片u1、第一驱动芯片u2a以及第二驱动芯片u3a；所述控制芯片u1的引脚1、第九电阻r9的一端、第十一电阻r11的一端、第十二电阻r12的一端以及第一滑动变阻器vr1a的一端相连接，所述控制芯片u1引脚9、第九电阻r9的另一端、第十电阻r10的一端以及第六电容c6的一端相连接，所述第十一电阻r11的另一端与第十电阻r10的另一端连接，所述第六电容c6的另一端与第十二电阻r12的另一端均接地，所述第一滑动变阻器vr1a的另一端、第三电阻r3的一端、vcc引脚以及第四电容c4的一端连接，所述第三
电阻r3的另一端与第四电容c4的另一端接地，所述控制芯片u1引脚16与第七电阻r7的一端连接，所述控制芯片u1引脚2、第七电阻r7的另一端、第五电容c5的一端以及第八电阻r8的一端连接，所述第五电容c5的另一端与第八电阻r8的另一端接地，所述控制芯片u1引脚6与第二电阻r2的一端连接，所述第二电阻r2的另一端、开关k1的一端以及接线端子con2的引脚2连接，所述接线端子con2的引脚1、开关k1的另一端以及第二滑动变阻器r20的一端连接，所述第二滑动变阻器r20的另一端接地，所述控制芯片u1引脚7与第一电阻r1的一端连接，所述第一电阻r1的另一端、控制芯片u1引脚5以及第三电容c3的一端连接，所述第三电容c3的另一端接地，所述控制芯片u1的引脚8与第二电容c2的一端连接，第二电容c2的另一端与控制芯片u1的引脚12接地，所述控制芯片u1的引脚10与第三电阻r3的一端连接，所述第三电阻r3的另一端接地，所述控制芯片u1的引脚11与第四电阻r4的一端连接，所述第四电阻r4的另一端与第一驱动芯片u2a的引脚2连接，所述第一驱动芯片u2a的引脚1、第一驱动芯片u2a的引脚8以及vcc引脚连接，所述第一驱动芯片u2a的引脚4与引脚5接地，所述第一驱动芯片u2a的引脚6与引脚7连接，所述控制芯片u1的引脚14与第五电阻r5的一端连接，所述第五电阻r5的另一端与第二驱动芯片u3a的引脚2连接，所述第二驱动芯片u3a的引脚1、第二驱动芯片u3a的引脚8以及vcc引脚连接，所述第二驱动芯片u3a的引脚4与引脚5接地，所述第二驱动芯片u3a的引脚6与引脚7连接。7.根据权利要求1所述的一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置，其特征在于，所述保护电路单元的电路包括第四电容c4、第十电容c10、第十四电阻r14以及第十三电阻r13；所述第四电容c4的一端、第十电容c10的一端、第十四电阻r14的一端以及第十三电阻r13的一端以及温度开关j4的引脚2连接，所述温度开关j4的引脚2与12v引脚连接，所述第四电容c4的另一端与第十电容c10的另一端接地，所述第十四电阻r14的另一端与第一led灯的一端连接，所述第一led灯的另一端接地，且所述第一led灯并联有第一灯光开关j5，所述第十三电阻r13的另一端与第二led灯的一端连接，所述第二led灯的另一端与三极管q1的集电极连接，所述三极管q1的基极于第十五电阻r15的一端连接，所述第十五电阻r15的另一端与引脚vcc连接，所述三极管q1的发射极接地，且所述第二led灯并联有第二灯光开关j6。8.根据权利要求1所述的一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置，其特征在于，所述驱动单元包括依次连接的电源输入电路、输入滤波电路、输入整流滤波电路、逆变电路以及驱动电路；所述逆变电路包括第一变压器tl1、第一nmos管q2、第二nmos管q3、第二二极管d2以及第三二极管d3，所述第一变压器tl1的引脚1与引脚hv连接，所述第一变压器tl1的引脚2、第一nmos管q2的漏极、第二nmos管q3的源极以及第八电阻r8的一端连接，所述第一nmos管q2的栅极、第四电阻r4的一端以及第七电阻r7的一端连接，所述第四电阻r4的另一端与第一nmos管q2的源极接地，所述第二nmos管q3的栅极、第五电阻r5的一端以及第八电阻r8的另一端连接，所述第一变压器tl1的引脚4与地线连接，所述第一变压器tl1的引脚3与第二二极管d2的一端连接，所述第一变压器tl1的引脚5与第三二极管d3的一端连接，第二二极管d2的另一端、第三二极管d3的另一端连接，第六电阻r6的一端、第九电阻r9的一端以及第十电阻r10的一端连接，所述第九电阻r9的另一端与第十电阻r10的另一端接地，所述第六电阻r6的另一端与vcc引脚连接；所述驱动电路包括第四电压器t4、第二十二电阻r22、第二电阻r2以及第三电容c3，所
述第四电压器t4的引脚1与第五电阻r5的另一端连接，第四电压器t4的引脚2与第八电阻r8的另一端连接，所述第四电压器t4的引脚3与第四电阻r4的另一端连接，第四电压器t4的引脚4与第七电阻r7的另一端连接，第四电压器t4的引脚5、第二电阻r2的一端以及第三电容c3的一端连接，所述第二电阻r2的另一端、第三电容c3的另一端与cn1引脚连接，所述第四电压器t4的引脚6与第二十二电阻r22的一端连接，所述第二十二电阻r22的另一端与cn2引脚连接；所述输入整流滤波电路包括第二整流桥芯片44、第一电容c1、第六电容c6、第五电容c5以及电感t1，所述第二整流桥芯片44正极、第一电容c1的一端、第一电阻r1的一端以及第二nmos管q3的漏极连接，所述第二整流桥芯片44负极、第六电容c6的一端以及第十一电阻r11的一端接地，所述第六电容c6的另一端、第一电容c1的另一端、第一电阻r1的另一端、第十一电阻r11的另一端以及第五电容c5的一端连接，所述第五电容c5的另一端与电感t1的一端连接，所述电感t1的另一端与hv引脚连接；所述输入滤波电路包括第二变压器t2、第二电容c2以及第八电容c8，所述第二变压器t2的引脚1与第八电容c8的一端连接，第二变压器t2的引脚2、第二电容c2的一端以及第二整流桥芯片44连接，所述第二变压器t2的引脚3与第八电容c8的另一端连接，所述第二变压器t2的引脚4、第二电容c2的另一端以及第二整流桥芯片44连接；所述电源输入电路包括第十二电阻r12、保险丝管f1以及接线端子j1，所述第十二电阻r12的一端、第八电容c8的一端以及接线端子j1的引脚2连接，第十二电阻r12的另一端、第八电容c8的另一端以及保险丝管f1的一端连接，所述保险丝管f1的另一端与接线端子j1的引脚1连接。9.一种大气压介质阻挡放电现象演示测量系统，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置，还包括交变电源(6)、示波器(7)、调压器(8)、高压探头、电流霍尔传感器(11)、测量电容(12)以及运算放大器(13)，所述高压探头包括第一分压电阻(9)、第二分压电阻(10)；所述交变电源(6)与调压器(8)连接，所述调压器(8)与第一分压电阻(9)、第二分压电阻(10)连接，所述第一分压电阻(9)的一端与测量装置的第二电极板(3)连接，所述第二电极板(3)与所述电流霍尔传感器(11)连接，所述电流霍尔传感器(11)与运算放大器(13)的正极和测量电容(12)的一端连接；所述第二分压电阻(10)的一端与测量装置的第一电极板(2)连接，且第二分压电阻(10)的一端、电流霍尔传感器(11)以及运算放大器(13)的负极接地连接，所述运算放大器(13)的输出端、测量电容(12)的另一端以及示波器(7)的y通道连接，所述第一分压电阻(9)的另一端、第二分压电阻(10)的另一端以及示波器(7)的x通道相连接。

技术总结
本实用新型公开了一种大气压介质阻挡放电现象演示测量装置及系统，包括装置壳体、第一电极板、第二电极板以及绝缘装置；玻璃罩设置在壳体本体的顶部，玻璃罩的一侧与壳体本体转动连接；第一绝缘介质板固定在壳体本体的顶部，第一电极板固定在第一绝缘介质板上，第二绝缘介质板与第一电极板固定连接形成第一间隙区域，第二电极板固定在第二绝缘介质板上并形成第二间隙区域，第一间隙区域与第二间隙区域用于在所述第一电极板输入交流电压时产生放电；壳体本体内部设有介质阻挡放电电路。解决了现有测量DBD电路参量的实验装置的实验设备昂贵，且接线要求较高，不便于操作使用，且需提供较高要求的电源器件，增加了实验室的占用空间的问题。空间的问题。空间的问题。


技术研发人员：吴久龙 蔡伟康 戴安娜 刘开颖 俞哲 张小芳
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：2023.02.01
技术公布日：2023/9/1