波阻抗
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-09
波阻抗的實例教程
透射邊界--Pressure.png
透射邊界--Stress.png
自由邊界--Pressure.png
自由邊界--Stress.png
應(yīng)力波傳播到自由面時，由于空氣介質(zhì)與巖石介質(zhì)波阻抗的差異，會產(chǎn)生波的透反射，反射拉伸波返回巖石，產(chǎn)生自由面附近的拉伸片裂。如圖所示，相對于透射邊界（無反射邊界*BOUNDARY_NON_REFLECTING 1 0 0）巖石產(chǎn)生明顯的環(huán)向拉伸破壞。
多次反射加載法，利用入射桿的反射波在端面二次反射形成加載波，實際上常規(guī)的SHPB試驗都是多次反射加載，只不過在處理數(shù)據(jù)時只截取了第一次加載的數(shù)據(jù)，其特點是相鄰加載時間間隔是固定值（入射桿桿長的兩倍與桿彈性波速的比值）；多級撞擊桿法，是基于撞擊桿或者加載結(jié)構(gòu)設(shè)計，將撞擊桿設(shè)計成可實現(xiàn)多次撞擊的結(jié)構(gòu)，撞擊間隔可調(diào)可控，多級撞擊桿一般有串聯(lián)結(jié)構(gòu)、夾心結(jié)構(gòu)等形式。
本案例主要介紹SHPB夾心結(jié)構(gòu)的多級撞擊桿技術(shù)與仿真方法。
2、內(nèi)容
2.1 基于夾心撞擊桿的多脈沖加載SHPB結(jié)構(gòu)
夾心撞擊桿形式的多脈沖加載SHPB結(jié)構(gòu)如下：
夾心形式的撞擊桿主要由外桿和內(nèi)桿組成，內(nèi)桿與外桿端面間隔d。實際試驗中，內(nèi)桿是圓柱體，尺寸與外桿內(nèi)徑相同（留有公差），內(nèi)桿與外桿可以滑動，外桿自由端封閉，靠近撞擊端的端面裝配有端蓋。
進(jìn)行實驗時，內(nèi)桿、外桿以相同的初速度運動，由于間隔d的存在，外桿先撞擊入射桿，然后經(jīng)過一定的時間間隔后內(nèi)桿再撞擊入射桿，因此通過調(diào)節(jié)間隔d的大小可以控制多脈沖加載的時間間隔。
2.2 時間間隔計算
根據(jù)一維應(yīng)力波理論，可知：
（1）加載脈寬：
第一次加載（加載波1）：
第二次加載（加載波2）：
（2）兩次沖擊時間間隔：
其中，初始撞擊速度，撞擊外桿長度，撞擊內(nèi)桿長度，波速，間隔長度，為波阻抗比值。
展開 對于電場波、平面波或頻率較高的磁場波，一般金屬都可以滿足要求，對于低頻磁場波，要使用導(dǎo)磁率較高的材料。
8. 機箱的屏蔽效能除了受屏蔽材料的影響以外，還受什么因素的影響?
答：受兩個因素的影響，一是機箱上的導(dǎo)電不連續(xù)點，例如孔洞、縫隙等;另一個是穿過屏蔽箱的導(dǎo)線，如信號電纜、電源線等。
9. 屏蔽磁場輻射源時要注意什么問題?
答：由于磁場波的波阻抗很低，因此反射損耗很小，而主要靠吸收損耗達(dá)到屏蔽的目的。因此要選擇導(dǎo)磁率較高的屏蔽材料。另外，在做結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要使屏蔽層盡量遠(yuǎn)離輻射源(以增加反射損耗)，盡量避免孔洞、縫隙等靠近輻射源。
10. 在設(shè)計屏蔽結(jié)構(gòu)時，有一個原則是：盡量使機箱內(nèi)的電纜遠(yuǎn)離縫隙和孔洞，為什么?
答：由于電纜近旁總是存在磁場，而磁場很容易從孔洞泄漏(與磁場的頻率無關(guān))。因此，當(dāng)電纜距離縫隙和孔洞很近時，就會發(fā)生磁場泄漏，降低總體屏蔽效能。
展開 在使用示波器時，需要對示波器測量通道的耦合方式和輸入阻抗進(jìn)行設(shè)置，耦合方式有AC和DC兩種，輸入阻抗有1MΩ和50Ω兩種。示波器的探頭種類很多，但是示波器的的匹配永遠(yuǎn)只有1M 歐姆或50歐姆兩種選擇，不同種類的探頭需要不同的電阻與之匹配。示波器輸入接口的電路示意圖如下圖所示：
測量普通信號時一般用DC耦合方式，測試電源的紋波/噪聲時需要使用AC耦合方式，示波器接有源探頭時，輸入阻抗會自動切換到50Ω檔位，接無源探頭時需要手動切換到1MΩ檔位。從電壓測量的角度來說，為了減小對被測電路的影響，示波器應(yīng)采用1MΩ的高輸入阻抗，但是由于高阻抗電路的帶寬很容易受到寄生電容的影響。所以 1MΩ的輸入阻抗廣泛應(yīng)用于 500M 帶寬以下的測量。對于更高頻率的測量，通常采用50Ω的傳輸線，所以示波器50歐姆匹配主要用于高頻測量。
為了更好的說明示波器輸入阻抗及寄生電容對測量通道帶寬的影響，示波器寄生電容的等效阻抗為1/2pifc,再低頻時，C的等效阻抗非常大，大部分電流流過R,當(dāng)信號頻率提高，阻抗越來越小，輸入阻抗降低，為了降低寄生電容對示波器輸入阻抗的影響，所以在測試高頻信號時，示波器的輸入阻抗設(shè)置為50歐姆。
衰減信號是用探頭，接上這個探頭，并且用x10檔以后，經(jīng)過探頭到達(dá)示波器輸入端的信號幅度衰減到1/10， 并且從探頭輸入端來看，輸入阻抗變?yōu)?0倍，實際上從示波器自己的輸入端來看，輸入阻抗還是原來的，但對于系統(tǒng)（示波器+探頭）來說阻抗增大為10倍。輸入阻抗高會使輸入信號的損失更小，輸入阻抗相當(dāng)于信號的負(fù)載，輸入阻抗越高，相當(dāng)于信號的負(fù)載越輕。
2、什么時候使用X1和X10?
展開 在放電過程中，過電壓經(jīng)過變電站時電流通過設(shè)備迅速流向大地，此時電流i大小可表示為：
式中，qj表示過電壓經(jīng)過設(shè)備的波阻抗。
為了更好地完成仿真研究，在本次研究中將變電站過電壓特征值作為其放電等效數(shù)值。將的最小值視為接地過電壓與設(shè)備過電壓的特征量，xmin則的計算公式可表示為：
式中，表示特定時段內(nèi)的過電壓最小波形陡度；min()表示最小值計算過程；,表示周期性的三相電壓采樣順序；表示間隔時間長短。
當(dāng)過電壓發(fā)生后，其持續(xù)時間較短，往往在幾個工頻周波中結(jié)束。但變電站的電壓并未恢復(fù)到正常狀態(tài)，導(dǎo)致變電站設(shè)備中的零序電壓[10,11]較大，此時過電壓的等效值U0可表示為：
式中，U0(n)表示零序電壓采樣序列值；U0表示指定時間內(nèi)的零序電壓有效值；n表示采樣點個數(shù)。
使用上述公式，對過電壓電量的等效值進(jìn)行計算，并將其應(yīng)用到后續(xù)的電磁暫態(tài)仿真過程中。
2.2 構(gòu)建變電站電磁瞬態(tài)仿真模型
在對大量的文獻(xiàn)進(jìn)行分析后，選擇數(shù)值積分法中的隱式梯形積分法[12,13,14]構(gòu)建變電站電磁瞬態(tài)仿真模型。此方法使用后可控制仿真過程中的數(shù)值精度，提升運算穩(wěn)定性。仿真模型的常微分形式可表示為：
根據(jù)此公式計算可得到t-△t到t積分步長內(nèi)的隱性積分[15,16]計算公式：
整合此公式中的內(nèi)容，得到下述公式：
式中，a(t)表示變電站中設(shè)備的端電流；f[a(t)]表示設(shè)備端電壓與導(dǎo)納之間的乘積；hist[t-t]表示暫態(tài)等值計算電路的電流源。
使用上述公式，對變電站設(shè)備的微分方程展開差分計算，得到電磁暫態(tài)等值計算結(jié)果。對過電壓閉合狀態(tài)下的電流變化進(jìn)行分析，根據(jù)此計算結(jié)果完成后續(xù)運算過程，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)振蕩。
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波阻抗的最新內(nèi)容
根據(jù)一維應(yīng)力波理論，可知：
（1）加載脈寬：
第一次加載（加載波1）：
第二次加載（加載波2）：
（2）兩次沖擊時間間隔：
其中，初始撞擊速度，撞擊外桿長度，撞擊內(nèi)桿長度，波速，間隔長度，為波阻抗比值
在放電過程中，過電壓經(jīng)過變電站時電流通過設(shè)備迅速流向大地，此時電流i大小可表示為：
式中，qj表示過電壓經(jīng)過設(shè)備的波阻抗。
為了更好地完成仿真研究，在本次研究中將變電站過電壓特征值作為其放電等效數(shù)值。
調(diào)整電阻阻值的大小，直到電阻上的信號是一個良好的無振鈴的方波:阻抗匹配與信號完整性，此時的電阻值可以認(rèn)為與線纜的特征阻抗一致。
采用兩根汽車使用的典型線纜，將它們扭制成雙絞線，就可根據(jù)上述方法得到特征阻抗大約為120Ω，這也是CAN標(biāo)準(zhǔn)推薦的終端電阻阻值，所以這個120Ω是測出來的，不是算出來的，都是根據(jù)實際的線束特性進(jìn)行計算得到的。
（2）電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合（低的波阻抗）在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。
（3）對于關(guān)鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護(hù)線，輸入線及輸出線被明顯地分開。
（4）模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨立的地線。
（5）后加在PCB中的圖形（如圖標(biāo)、注標(biāo)）是否會造成信號短路。
（6）對一些不理想的線形進(jìn)行修改。
（7）在PCB上是否加有工藝線？
（2）電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合（低的波阻抗）在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。
（3）對于關(guān)鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護(hù)線，輸入線及輸出線被明顯地分開。
（4）模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨立的地線。
（5）后加在PCB中的圖形（如圖標(biāo)、注標(biāo)）是否會造成信號短路。
（6）對一些不理想的線形進(jìn)行修改。
（7）在PCB上是否加有工藝線？
調(diào)整電阻阻值的大小，直到電阻上的信號是一個良好的無振鈴的方波:
阻抗匹配與信號完整性
，此時的電阻值可以認(rèn)為與線纜的特征阻抗一致。
采用兩根汽車使用的典型線纜，將它們扭制成雙絞線，就可根據(jù)上述方法得到特征阻抗大約為120Ω，這也是CAN標(biāo)準(zhǔn)推薦的終端電阻阻值，所以這個120Ω是測出來的，不是算出來的，都是根據(jù)實際的線束特性進(jìn)行計算得到的。
.<1%，Vsplit=4.7nF/5%，F(xiàn)txd=250kHZ，示波器輸入阻抗<=20pf/1MΩ
表6-----可選，分裂輸出電壓
參數(shù)
符號
單位
最小
正常
最大
條件
正常模式，
答：由于磁場波的波阻抗很低，因此反射損耗很小，主要靠吸收損耗達(dá)到屏蔽目的，因而要選擇導(dǎo)磁率較高的屏蔽材料。另外，在做結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要使屏蔽層盡量遠(yuǎn)離輻射源（以增加反射損耗），盡量避免使孔洞、縫隙等靠近輻射源。
10、在設(shè)計屏蔽結(jié)構(gòu)時，有一個原則是：盡量使機箱內(nèi)的電纜遠(yuǎn)離縫隙和孔洞。這是為什么？
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應(yīng)力波傳播到自由面時，由于空氣介質(zhì)與巖石介質(zhì)波阻抗的差異，會產(chǎn)生波的透反射，反射拉伸波返回巖石，產(chǎn)生自由面附近的拉伸片裂。
為了更好的說明示波器輸入阻抗及寄生電容對測量通道帶寬的影響，示波器寄生電容的等效阻抗為1/2pifc,再低頻時，C的等效阻抗非常大，大部分電流流過R,當(dāng)信號頻率提高，阻抗越來越小，輸入阻抗降低，為了降低寄生電容對示波器輸入阻抗的影響，所以在測試高頻信號時，示波器的輸入阻抗設(shè)置為50歐姆。
