文献标识码： A
文章编号： 0258-7998(2014)11-0057-03
0 引言
介质阻挡放电（DBD）技术在材料、微电子、化工、环境保护、医疗卫生、自来水深度处理等众多学科领域中有着广泛的应用[1-2]。目前研究中介质阻挡放电的特征参数（介质阻挡电容、气隙放电电容和放电维持电压）与供电电源的主回路参数设计、负载特性以及等效模型方面有着密切联系[3-4]，因此需要准确地测量介质阻挡放电电路的特征参数显得比较困难。许多学者对介质阻挡放电的特征参数的获得大多采用几何计算法，但这种方法自身存在难以克服的缺点，已很少采用。现阶段，李萨如图形法是在生产实践中被广泛采用的一种测量介质阻挡放电电路参数的方法。这种方法可以同时获得三个DBD电路放电特征参数，比几何计算法更精确，且不需要获得DBD电路设计参数[5-6]。但传统李萨如图形测量法存在操作复杂、效率低、误差大和难以在线测量等不足，本文正是基于李萨如图形测量原理设计了一种在线测量电路，该方法具有实时操作性强，效率高，误差小等诸多优点。
1 传统李萨如图形测量法
李萨如图形测量法能够测量DBD三个放电参数，即能根据测量结果同时计算出放电维持电压、放电气隙电容、介质阻挡电容这三个重要的放电特征参数。
1.1 李萨如图形原理
传统李萨如原理图如图1所示，从图中可以得到：点B、D对应着电流变化的时刻点，点M、N对应着电压变换的时刻点，本文称之为关键点。获得B、D、M、N关键点坐标，为叙述方便，这里设其坐标为B(Bx，By)、D(Dx，Dy)、M(0，My)、N(Nx，0)。
求取A、B、C、D点坐标：
计算直线BA和直线DA在坐标系中交点A的坐标(Ax，Ay)：
不难获得，直线AB的方程为：
y=kBMx+My(1)
直线AD的方程为：
y=kDN(x-Nx)(2)
联立（1）（2）式可得：
同样可以求得C点坐标：
依据以上原理可求取B和D点坐标，至此可以重构李萨如图形，这里不再赘述。
1.2 DBD负载放电参数的计算
(1)放电功率的计算式
依据李萨如图形获得放电功率一般分为两步：
①计算图形面积：
式中，S驻BCD为图1中由Ｂ、Ｃ、Ｄ 3点构成的三角形面积。
②结合测量仪器的变比，计算放电功率P：
P=SfCm kx ky kN(6)
式中：S为平行四边形的面积、f为DBD电路工作频率、Cm为“积分电容”数值、 kx为示波器横轴（X轴）灵敏度、 ky为示波器纵轴（Y轴）灵敏度、 k为高压探头分压比、 N为电流互感器TA的变比。
(2)电路气隙电容与介质阻挡电容计算式
从DBD型负载放电的实际电路可以得到此时放电气隙电容为：
(3)电路放电维持电压Uz计算式
y=KDN(x-Bx)+By(10)
式(10)为直线BC在直角坐标系中的方程。
令y=0，可得J的横坐标为:
由此可得，放电维持电压的数值为：
1.3 传统李萨如图形测量不足
DBD放电是在数千伏高压下发生的，故对DBD型负载放电参数的测量比较困难，但可以采用电容分压电路、电阻分压电路或者高压探头的方法来进行测量。
如图2给出了电阻分压电路测量DBD负载两端电压的示意图。
不论采用高压探头还是分压电路来获得DBD负载两端的电压，都存在着明显的不足，亟待解决：
(1)实验设备复杂，投资大。在实验中需要示波器、高压探头、电流探头、隔离变压器等，这些设备的投入，使得实验复杂且投资较大。
(2)电阻分压电路要求电阻具有阻值精密、耐压高等特性，且未能实现隔离，因此有安全隐患。
(3)对于获得的李萨如图形需要人工处理数据，费时费力，效率低下，实时性差。
(4)误差大，人为读取数据会引进人为误差，是误差的主要部分。
2 李萨如图形在线测量系统
基于以上介绍的传统李萨如图形测量方法存在的不足，迫切需要设计出一种新的测量系统，使得对该电路参数测量更加方便。
2.1 在线测量系统分析设计
以正半周期电流电压为参考方向，不难得到李萨如图形中点B对应DBD电路负半周期内电流从负到正的变换时刻；点M对应积分电容端电压从负到正的变换时刻；D对应正半周期电流从正到负的变换时刻；N对应发生器两端电压从负到正的变换时刻。
在线测量系统需完成：
(1)捕捉电压电流过零信号；
(2)测量电压电流过零时的电气参数；
(3)进行数据处理，完成放电参数求解。
由以上分析，在线测量系统主要包括信号检测回路、采样电路、数据处理单元和结果输出，有软件系统和硬件电路两部分，其结构示意图如图3所示。
2.2 信号检测与采样电路
在所述的信号检测回路中，包含有电容分压电路、“电荷积分”电路、逆变电路、电流过零检测电路、电压检测回路及电压过零检测电路。参数检测装置利用串联谐振逆变电路主电流过零、“电荷积分”回路电压、电容分压回路电压、过零检测电路形成采样电路的采样控制信号。
电容分压电路是由两个无极性电容串联构成，这两个电容上电压与介质阻挡放电电路承受的电压存在比例关系，通过合理配置这两个电容的电容值，实现介质阻挡电路上电压的降压检测；“电荷积分”电路由一个电流互感器和与其相连的无极性电容构成，该电路对通过流过介质阻挡放电电路的电流进行积分运算。通过电容分压和“电荷积分”回路上的电压形成重构李萨如图形所需的原始数据。采用单片机与AD采样模块即可完成对关键点数据的采集。
2.3 数据处理单元与结果输出
数据处理单元包括硬件单片机和软件程序，对数据的处理包括根据采样数据完成李萨如图形的重构，完成参数计算，求得放电功率、介质阻挡电容、气隙电容和放电维持电压。结果在液晶模块中显示出来，形成可视化结果。按照本文DBD参数求解思路，用C语言编程即可实现。
3 在线测量系统实验
本文在理论分析的基础上，通过对相关理论知识的分析之后搭建了DBD在线测量系统实物平台。
3.1 试验系统
该实验平台由DBD系统和DBD放电参数在线测量系统组成。在试验中的DBD系统包括臭氧产量为10 g/h的DBD型臭氧发生器一台，可调变压器一台，赛米控公司skyper32全桥逆变控制器一台。在试验中的DBD在线测量系统包括电压电流采样电路、电容积分电路与电容分压电路、单片机板。
3.2 实验结果
本文在相同的实验条件下，分别采用传统李萨如图形测量法和在线测量系统获取DBD放电参数。图4为传统李萨如图形法获得的李萨如图形，在该李萨茹图形中设置相应的坐标点进行手工计算。表1给出了采用传统李萨如图形测量法和本文提出的在线测量法获得的DBD放电参数的结果。
两种方式都能求取DBD负载放电参数。从表1的结果对比中，能够得出传统李萨如图形获得地实验数据浮动比较大；而在线测量系统在相同实验条件下获得数据基本相同。因此可以得出：(1)本文提出设计的DBD放电参数在线测量系统正确；(2)采用本文提出的在线测量系统获得的结果更加可靠准确。
4 结论
本文从对DBD负载放电参数测量的传统李萨如图形测量法原理出发，分析设计了DBD负载放电参数在线测量系统，并对其进行了实验验证，简单归纳如下：
(1)本文提出的DBD放电参数在线测量系统正确，结果更加可靠准确；
(2)DBD放电参数在线测量系统克服了传统李萨如图形测量法的诸多不足，具有高效、经济、准确和操作简单等优点。
参考文献
[1] 高少波，许东卫，刘钟阳.DBD型臭氧发生器M型“缺口”现象的探讨[J].电力电子技术，2011，45(1)：85-87.
[2] 王新新.介质阻挡放电及其应用[J].高电压技术，2009，35(1)：1-11.
[3] 唐雄民，孟志强，张淼.介质阻挡放电电路的研究进展及展望[J].电源学报，2013，45(1)：53-55.
[4] 李思琪，唐雄民，严其林.PAM方式下DBD型臭氧发生器负载特性研究[J].电力电子技术，2013，47(10)：96-97.
[5] 孙岩洲，张峰.介质阻挡放电特性与臭氧合成的实验研究[J].高压电气，2010，46(1)：40-43.
[6] 唐雄民，章云，朱燕飞.串联谐振式介质阻挡臭氧发生器等效模型及电源特性分析[J].高电压技术，2012，38(5)：1051-1058.