具体描述
内容简介
本书阐述了电容储能、电感储能、化学能、核能和机械能高功率脉冲电源的原理、性能和分析方法；并介绍
了这些电源在军事、科研和生产中的多种应用。
本书可供从事高功率脉冲电源工作的人员参考；还可作为高等院校脉冲功率技术专业师生的教学参考
书。
《精密电子测量与仪器设计》 本书简介 本书旨在为电子工程、物理学及相关领域的研究人员、工程师和学生提供一套全面而深入的精密电子测量理论、技术与实践指南。全书结构严谨，内容涵盖了从基础的电磁学原理在测量中的应用，到尖端信号处理和仪器设计的前沿技术，力求在理论深度与工程实用性之间取得完美的平衡。 第一部分：电磁场与基础测量原理 本部分首先回顾了经典电学和磁学在电子测量领域的核心作用。重点探讨了电磁场理论如何指导高精度传感器的设计，特别是对电容、电感、电阻等基本量测量中，环境噪声耦合和寄生效应的精确建模与抑制。我们深入分析了惠斯通电桥、开尔文四线制等经典测量电路的局限性，并引入了先进的阻抗分析技术，用于识别和补偿非理想元件的频率依赖性。 在噪声分析方面，本书详细阐述了热噪声（Johnson-Nyquist噪声）、散粒噪声（Shot noise）以及闪烁噪声（Flicker noise，1/f噪声）的物理成因及其对测量精度的影响。我们提供了多种降噪技术，包括滤波器设计（如巴特沃思、切比雪夫、椭圆滤波器的选择与实现）、平均技术（时间域平均、相关技术）以及屏蔽与接地技术的最佳实践，确保在强电磁干扰环境下获得高信噪比的测量结果。 第二部分：信号采集与数据处理 现代电子测量系统严重依赖于高效可靠的信号采集链。本部分专注于模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的技术细节。我们不仅仅介绍了常见的SAR、Sigma-Delta、流水线ADC的结构和参数（如有效位数ENOB、积分非线性INL、微分非线性DNL），更深入探讨了系统级校准方法，以消除温度漂移和老化效应导致的误差。 时间域分析与频率域分析是数据处理的两大支柱。本书详尽介绍了傅里叶变换（FFT）的理论基础、实际操作中的泄漏问题（如窗函数选择）及其在频谱分析中的应用。此外，我们引入了更高级的时间序列分析工具，如小波变换（Wavelet Transform）在瞬态信号分析中的优势，以及数字滤波器的设计与实现，包括FIR和IIR滤波器的性能对比与优化。针对周期性信号，我们探讨了锁相环（PLL）和同步平均技术在提高信噪比方面的关键作用。 第三部分：特定物理量的精密测量技术 本部分将理论应用于具体的物理量测量。 高精度电压与电流测量： 详细讨论了光隔离技术、霍尔效应传感器、电流互感器（CT）和电压互感器（PT）的设计与误差分析。重点阐述了如何利用超导量子干涉仪（SQUID）等技术实现极低噪声、高稳定性的直流和低频磁场测量。 时间与频率基准： 探讨了原子钟和高稳定晶体振荡器的原理，以及如何构建高精度频率同步系统。涉及了时间间隔测量中的量化误差、抖动（Jitter）分析及其对高速数字信号测量的影响。 热学与光学测量： 涵盖了热电偶、RTD等温度传感器的线性化处理，以及红外辐射测量的黑体辐射定律应用。在光学测量部分，我们讨论了干涉测量技术（如迈克尔逊干涉仪）在纳米级位移测量中的应用，并涉及光电倍增管（PMT）和雪崩光电二极管（APD）的特性与应用。 第四部分：先进仪器设计与系统集成 本部分聚焦于如何将前述理论转化为功能强大、性能可靠的测量仪器。 硬件架构与接口设计： 详细介绍了基于FPGA、SoC和高性能微处理器的数字仪器核心设计。重点分析了高速数据总线（如PCIe、PXIe）的带宽管理、延迟控制和中断处理机制。探讨了仪器控制软件的设计范式，包括SCPI命令集、VISA接口以及现代基于Web的服务架构。 系统校准与不确定度评估： 这是确保测量结果可信的关键环节。本书系统地介绍了计量学中的系统误差、随机误差与模型不确定度的量化方法，遵循ISO GUM（测量不确定度指南）的要求，指导读者进行严格的校准流程设计和不确定度预算编制。 自动测试系统（ATE）构建： 针对工业和研发环境，本书提供了构建模块化、可扩展自动测试系统的实用指导，包括资源调度、测试序列编程以及结果的数据库管理与追溯机制。 结论 《精密电子测量与仪器设计》不仅仅是一本教科书，更是一本面向实践的工程手册。它致力于培养读者严谨的科学思维和解决复杂测量难题的工程能力，为开发下一代高精度、高速度的电子测量设备奠定坚实的基础。通过对理论的深刻理解和对前沿技术的掌握，读者将能够设计出更精密的实验装置，并获取更高质量的科学数据。
作者简介
目录信息
目录
绪论
0.1高功率脉冲电源的进展
0.2能量压缩的基本概念
0.3高功率脉冲电源概述
参考文献
第一章 电容储能高功率脉冲电源
1.1引言
1.2电容器组放电技术
1.2.1线性负载分析
1.2.2非线性负载分析导引
1.2.3相关技术要点
1.3经典Marx发生器
1.3.1工作原理
1.3.2多级Marx发生器的充电分析
1.4高效能Marx发生器
1.4.1高效能Marx发生器的特点
1.4.2等效电路及其参量
1.4.3发生器向电容负载馈电分析
1.5电感隔离型Marx发生器
1.5.1全电感隔离型Marx发生器
1.5.2电阻电感隔离型Marx发生器
1.6Marx发生器输出波形的整形
1.6.1波头和波尾电阻整形
1.6.2电容整形
1.6.3电爆炸导体整形
1.7L－C倍压器
1.7.1反相叠加型L－C倍压器
1.7.2振荡级联型L－C倍压器
1.8脉冲功率用传输线理论基础
1.8.1特点和无损线的真实性
1.8.2基本理论
1.9单成形传输线及其类线网络
1.9.1单成形传输线
1.9.2C型Guillemin网络
1.9.3具有成形线组元的Marx发生器
1.10高功率脉冲电源常用的传输线
1.10.1带状传输线
1.10.2同轴传输线
1.10.3径向传输线
1.10.4螺旋传输线
1.11传输线的脉冲变换
1.11.1多线段倍压变换器
1.11.2电感隔离变换器
1.11.3阻抗变换器
1.11.4脉冲极性反转
1.11.5变压器变换
1.12Blumlein线
1.12.1传输矩阵法分析
1.12.2Blumlein线参量
1.13层叠线倍压器
1.13.1多开关直线型
1.13.2单开关直线型
1.13.3阿基米德螺线型
1.13.4并联同轴线型
1.14多级波发生器
1.14.1相干多级波发生器
1.14.2Blumlein线型多级波发生器
1.15传输线串、并联的过电压分析
1.15.1并联时的过电压
1.15.2串联时的过电压
1.15.3混联时的过电压
1.16脉冲成形网络的转换和绝缘
1.16.1开关转换特性
1.16.2充电和预脉冲
1.16.3绝缘和击穿场强计算
1.17磁绝缘传输线
1.17.1基本原理
1.17.2相对论解的理论模型
参考文献
第二章 电感储能高功率脉冲电源
2.1概述
2.2基本电路及其充电分析
2.2.1电感储能基本电路
2.2.2充电分析
2.3单级电感储能的转换
2.3.1电阻性转换电路
2.3.2电容性转换电路
2.4用电流过零方法产生连续脉冲
2.4.1电桥抵消脉冲电路
2.4.2反向抵消脉冲电路
2.4.3串联抵消脉冲电路
2.5多级电感储能技术
2.5.1分组时序并联电路
2.5.2多级MEATGRINDER电路
2.5.3逐级压缩的电感储能方法
2.6电感储能用断路开关
2.6.1电爆炸导体断路开关
2.6.2机械式断流器
2.6.3金属等离子体弧开关
2.6.4交叉场管
2.6.5等离子体枪和DPF开关
2.6.6热驱动和超导断路开关
2.6.7非线性电阻固体开关
2.6.8扩散放电式断路开关
2.6.9等离子体融蚀开关
2.6.10炸药断路开关
2.6.11反射开关
2.7大功率脉冲变压器
2.7.1电缆绕组型脉冲变压器
2.7.2空心同轴脉冲变压器
2.7.3自耦脉冲变压器
2.7.4双谐振脉冲变压器
2.8用铁磁元件变换脉冲
2.8.1铁氧体传输线
2.8.2非线性电感磁压缩
2.9大功率感应加速器
2.9.1Astron型直线感应加速器
2.9.2Radlac型直线感应加速器
2.9.3自动直线感应加速器
2.9.4强流普通电子感应加速器
2.9.5改进的电子感应加速器
2.9.6仿星电子感应加速器
2.9.7大功率电子聚束加速器（Rebatron）
2.9.8跑道型感应加速器
参考文献
第三章 化学能与核能高功率脉冲电源
3.1蓄电池电化学脉冲电源简介
3.2磁通压缩发生器（MFCG）理论基础
3.2.1述评
3.2.2磁场的冻结和压缩
3.2.3MFCG基本电路分析
3.3变形型MFCG
3.3.1条状发生器
3.3.2平板型发生器
3.3.3螺旋发生器
3.3.4同轴发生器
3.3.5球形发生器
3.3.6圆筒聚爆装置
3.3.7柔性导爆索（MDF）型发生器
3.4MFCG的初始储能
3.4.1直接馈电
3.4.2用电感储能器馈送能量
3.4.3中间助增器馈电
3.5MFCG的脉冲调制
3.5.1镇流器方法
3.5.2断路开关锐化
3.5.3脉冲变压器耦合
3.5.4延迟线方法
3.6关于MFCG的限制因素
3.6.1磁通损失
3.6.2强磁场效应
3.6.3内部过电压
3.7排斥型MFCG
3.7.1轴向活塞式MFCG
3.7.2径向式MFCG
3.7.3炮击式MFCG
3.8逆轨道炮（IRG）型MFCG
3.8.1轨道炮负载的IRG电源
3.8.2R－L负载的IRG电源
3.9脉冲磁流体（MHD）发电机概论
3.9.1述评
3.9.2理论基础
3.9.3法拉第和霍耳MHD发电机特性
3.9.4通道的磁流体力学简析
3.9.5磁体及其它
3.10化学燃料的脉冲MHD发电机
3.10.1火箭燃料法拉第MHD发电机
3.10.2爆炸等离子体MHD发电机
3.10.3脉冲等离子体MHD发电机
3.10.4置磁炸药脉冲MHD发电机
3.11核燃料脉冲MHD发电机
3.11.1传导式裂变脉冲MHD发电机
3.11.2感应式裂变脉冲MHD发电机
3.11.3使用旋转床反应堆的强脉冲电源
参考文献
第四章 机械能高功率脉冲电源
4.1概述
4.2脉冲功率用同步发电机
4.2.1稳态工作
4.2.2暂态工作
4.2.3并联运行
4.2.4带整流器负载运行
4.2.5同步发电机的激磁
4.2.6充任高功率脉冲电源
4.3直流脉冲发电机
4.3.1发电机的等效电容充电
4.3.2发电机对负载放电分析
4.4单极发电机
4.4.1基本理论
4.4.2类型及其主要特点
4.4.3自激式单极发电机
4.4.4实用的他激脉冲激磁法
4.5补偿式脉冲交流发电机（Compulsator）
4.5.1基本原理
4.5.2电磁特性分析
4.5.3结构类型
4.5.4串激Compulsator
4.6旋转磁通压缩器
4.6.1主动式旋转磁通压缩器
4.6.2切割式旋转磁通压缩器
4.6.3挤压式旋转磁通压缩器
4.7变感机电脉冲放大机
4.7.1线圈式变磁阻机电脉冲放大机
4.7.2类传输线变感脉冲放大机
4.8变容和压电式电脉冲机概念
4.8.1变容脉冲放大机
4.8.2压电式脉冲发电机
参考文献
第五章 高功率脉冲电源的典型应用
5.1产生高功率带电粒子束
5.1.1粒子束惯性约束核聚变
5.1.2强流电子束集团离子加速
5.1.3粒子束武器
5.1.4电子束泵浦高功率激光
5.1.5激发大功率微波
5.1.6脉冲中子源
5.1.7用电子束产生热击波
5.1.8电子束热起爆高级炸药
5.1.9电子束加速大质点
5.1.10尾流场加速
5.1.11建立脉冲Υ（或X）射线环境
5.2产生强脉冲磁场
5.2.1建立托卡马克的纵向场
5.2.2θ箍缩
5.2.3Z箍缩
5.2.4等离子体焦点装置
5.2.5电磁冲击模拟器
5.2.6金属电磁成形
5.3电磁发射
5.3.1电磁轨道炮
5.3.2磁行波发射器
5.3.3等离子体脉冲加速器
5.4电磁脉冲模拟
5.4.1核电磁脉冲
5.4.2闪电电磁脉冲
5.4.3电磁脉冲的模拟方法
5.5闪击航空和航天器的模拟
5.6电爆炸
5.6.1电爆炸导体
5.6.2液电爆炸
5.7其它应用
参考文献
· · · · · · (收起)
绪论
0.1高功率脉冲电源的进展
0.2能量压缩的基本概念
0.3高功率脉冲电源概述
参考文献
第一章 电容储能高功率脉冲电源
1.1引言
1.2电容器组放电技术
1.2.1线性负载分析
1.2.2非线性负载分析导引
1.2.3相关技术要点
1.3经典Marx发生器
1.3.1工作原理
1.3.2多级Marx发生器的充电分析
1.4高效能Marx发生器
1.4.1高效能Marx发生器的特点
1.4.2等效电路及其参量
1.4.3发生器向电容负载馈电分析
1.5电感隔离型Marx发生器
1.5.1全电感隔离型Marx发生器
1.5.2电阻电感隔离型Marx发生器
1.6Marx发生器输出波形的整形
1.6.1波头和波尾电阻整形
1.6.2电容整形
1.6.3电爆炸导体整形
1.7L－C倍压器
1.7.1反相叠加型L－C倍压器
1.7.2振荡级联型L－C倍压器
1.8脉冲功率用传输线理论基础
1.8.1特点和无损线的真实性
1.8.2基本理论
1.9单成形传输线及其类线网络
1.9.1单成形传输线
1.9.2C型Guillemin网络
1.9.3具有成形线组元的Marx发生器
1.10高功率脉冲电源常用的传输线
1.10.1带状传输线
1.10.2同轴传输线
1.10.3径向传输线
1.10.4螺旋传输线
1.11传输线的脉冲变换
1.11.1多线段倍压变换器
1.11.2电感隔离变换器
1.11.3阻抗变换器
1.11.4脉冲极性反转
1.11.5变压器变换
1.12Blumlein线
1.12.1传输矩阵法分析
1.12.2Blumlein线参量
1.13层叠线倍压器
1.13.1多开关直线型
1.13.2单开关直线型
1.13.3阿基米德螺线型
1.13.4并联同轴线型
1.14多级波发生器
1.14.1相干多级波发生器
1.14.2Blumlein线型多级波发生器
1.15传输线串、并联的过电压分析
1.15.1并联时的过电压
1.15.2串联时的过电压
1.15.3混联时的过电压
1.16脉冲成形网络的转换和绝缘
1.16.1开关转换特性
1.16.2充电和预脉冲
1.16.3绝缘和击穿场强计算
1.17磁绝缘传输线
1.17.1基本原理
1.17.2相对论解的理论模型
参考文献
第二章 电感储能高功率脉冲电源
2.1概述
2.2基本电路及其充电分析
2.2.1电感储能基本电路
2.2.2充电分析
2.3单级电感储能的转换
2.3.1电阻性转换电路
2.3.2电容性转换电路
2.4用电流过零方法产生连续脉冲
2.4.1电桥抵消脉冲电路
2.4.2反向抵消脉冲电路
2.4.3串联抵消脉冲电路
2.5多级电感储能技术
2.5.1分组时序并联电路
2.5.2多级MEATGRINDER电路
2.5.3逐级压缩的电感储能方法
2.6电感储能用断路开关
2.6.1电爆炸导体断路开关
2.6.2机械式断流器
2.6.3金属等离子体弧开关
2.6.4交叉场管
2.6.5等离子体枪和DPF开关
2.6.6热驱动和超导断路开关
2.6.7非线性电阻固体开关
2.6.8扩散放电式断路开关
2.6.9等离子体融蚀开关
2.6.10炸药断路开关
2.6.11反射开关
2.7大功率脉冲变压器
2.7.1电缆绕组型脉冲变压器
2.7.2空心同轴脉冲变压器
2.7.3自耦脉冲变压器
2.7.4双谐振脉冲变压器
2.8用铁磁元件变换脉冲
2.8.1铁氧体传输线
2.8.2非线性电感磁压缩
2.9大功率感应加速器
2.9.1Astron型直线感应加速器
2.9.2Radlac型直线感应加速器
2.9.3自动直线感应加速器
2.9.4强流普通电子感应加速器
2.9.5改进的电子感应加速器
2.9.6仿星电子感应加速器
2.9.7大功率电子聚束加速器（Rebatron）
2.9.8跑道型感应加速器
参考文献
第三章 化学能与核能高功率脉冲电源
3.1蓄电池电化学脉冲电源简介
3.2磁通压缩发生器（MFCG）理论基础
3.2.1述评
3.2.2磁场的冻结和压缩
3.2.3MFCG基本电路分析
3.3变形型MFCG
3.3.1条状发生器
3.3.2平板型发生器
3.3.3螺旋发生器
3.3.4同轴发生器
3.3.5球形发生器
3.3.6圆筒聚爆装置
3.3.7柔性导爆索（MDF）型发生器
3.4MFCG的初始储能
3.4.1直接馈电
3.4.2用电感储能器馈送能量
3.4.3中间助增器馈电
3.5MFCG的脉冲调制
3.5.1镇流器方法
3.5.2断路开关锐化
3.5.3脉冲变压器耦合
3.5.4延迟线方法
3.6关于MFCG的限制因素
3.6.1磁通损失
3.6.2强磁场效应
3.6.3内部过电压
3.7排斥型MFCG
3.7.1轴向活塞式MFCG
3.7.2径向式MFCG
3.7.3炮击式MFCG
3.8逆轨道炮（IRG）型MFCG
3.8.1轨道炮负载的IRG电源
3.8.2R－L负载的IRG电源
3.9脉冲磁流体（MHD）发电机概论
3.9.1述评
3.9.2理论基础
3.9.3法拉第和霍耳MHD发电机特性
3.9.4通道的磁流体力学简析
3.9.5磁体及其它
3.10化学燃料的脉冲MHD发电机
3.10.1火箭燃料法拉第MHD发电机
3.10.2爆炸等离子体MHD发电机
3.10.3脉冲等离子体MHD发电机
3.10.4置磁炸药脉冲MHD发电机
3.11核燃料脉冲MHD发电机
3.11.1传导式裂变脉冲MHD发电机
3.11.2感应式裂变脉冲MHD发电机
3.11.3使用旋转床反应堆的强脉冲电源
参考文献
第四章 机械能高功率脉冲电源
4.1概述
4.2脉冲功率用同步发电机
4.2.1稳态工作
4.2.2暂态工作
4.2.3并联运行
4.2.4带整流器负载运行
4.2.5同步发电机的激磁
4.2.6充任高功率脉冲电源
4.3直流脉冲发电机
4.3.1发电机的等效电容充电
4.3.2发电机对负载放电分析
4.4单极发电机
4.4.1基本理论
4.4.2类型及其主要特点
4.4.3自激式单极发电机
4.4.4实用的他激脉冲激磁法
4.5补偿式脉冲交流发电机（Compulsator）
4.5.1基本原理
4.5.2电磁特性分析
4.5.3结构类型
4.5.4串激Compulsator
4.6旋转磁通压缩器
4.6.1主动式旋转磁通压缩器
4.6.2切割式旋转磁通压缩器
4.6.3挤压式旋转磁通压缩器
4.7变感机电脉冲放大机
4.7.1线圈式变磁阻机电脉冲放大机
4.7.2类传输线变感脉冲放大机
4.8变容和压电式电脉冲机概念
4.8.1变容脉冲放大机
4.8.2压电式脉冲发电机
参考文献
第五章 高功率脉冲电源的典型应用
5.1产生高功率带电粒子束
5.1.1粒子束惯性约束核聚变
5.1.2强流电子束集团离子加速
5.1.3粒子束武器
5.1.4电子束泵浦高功率激光
5.1.5激发大功率微波
5.1.6脉冲中子源
5.1.7用电子束产生热击波
5.1.8电子束热起爆高级炸药
5.1.9电子束加速大质点
5.1.10尾流场加速
5.1.11建立脉冲Υ（或X）射线环境
5.2产生强脉冲磁场
5.2.1建立托卡马克的纵向场
5.2.2θ箍缩
5.2.3Z箍缩
5.2.4等离子体焦点装置
5.2.5电磁冲击模拟器
5.2.6金属电磁成形
5.3电磁发射
5.3.1电磁轨道炮
5.3.2磁行波发射器
5.3.3等离子体脉冲加速器
5.4电磁脉冲模拟
5.4.1核电磁脉冲
5.4.2闪电电磁脉冲
5.4.3电磁脉冲的模拟方法
5.5闪击航空和航天器的模拟
5.6电爆炸
5.6.1电爆炸导体
5.6.2液电爆炸
5.7其它应用
参考文献
· · · · · · (收起)
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