高压窄脉冲杀菌设备控制系统研究
发布时间：2022-01-24 07:04
目前,高压窄脉冲设备被广泛运用于杀菌和除尘等领域,但简陋的设备和落后的控制系统已经无法满足工业需求。因此研发功能强大、性能可靠、操作方便的高压窄脉冲设备迫在眉睫。为了保证设备稳定运行和减少人为干预,先进的控制系统更是必不可少。本文主要阐述高压窄脉冲杀菌关键技术和设备控制系统,具体工作和创新点如下:（1）分析了脉冲杀菌机理。通过分析电穿孔和电崩解理论,了解了脉冲杀死微生物的原理;通过分析杀菌效率数学模型,得出电场强度越高,微生物残活率越低的结论;通过分析高压窄脉冲特性对杀菌效果的影响,发现脉冲宽度越低,可获得的脉冲电压越高,杀菌效率越高以及双极性方波脉冲的杀菌效果优于其他波形的脉冲。（2）设计了高压窄脉冲杀菌设备的硬件系统。通过仿真脉冲电源的运行过程,发现电路中应尽可能减少感抗以减小脉冲上升沿,提高脉冲质量。搭建了实际电源电路并为其设计了脉冲驱动和电压控制电路。还设计了低压电源、检测系统、泵送系统、火花信号采集系统和4G联网电路。（3）针对高压击穿火花,通过小波分析和快速频谱分析实现了对火花信号的特征提取;使用SVM（支持向量机）算法实现了对高压击穿火花的准确识别,识别精度最高可达96%...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高压窄脉冲电源仿真电路
14中使用两个高压半导体开关控制双极性脉冲的输出并且为了减小电路中的感抗和避免线路碰撞，使用绝缘绳将所有高压电路悬挂起来。图3-10是本电路能产生的最优脉冲，最优主要指的是脉宽最优和上升沿最优。图中正脉冲幅值为30kV左右，脉宽为4us，负脉冲幅值为28kV左右，脉宽为3.4us，脉冲上升沿很短，几乎为0us。升压变压器储能电容开关1开关2图3-9实际电源电路Fig.3-9Actualpowercircuit图3-10最优脉冲Fig.3-10Optimalpulse3.2.3脉冲驱动和电压控制电路的设计高压半导体开关属于高压器件，因此向开关传输脉冲参数时必须考虑高低压隔离问题。最早，为了解决此问题工控机采用Zigbee无线通信和主从结构的方式向开关发送脉冲参数，但是存在一些不可避免的缺陷，例如数据传输延迟、通讯易受环境干扰和成本高。针对以上缺陷，在扩展板卡上重新设计了新的脉冲驱动硬件，采用光纤通信来传输脉冲参数。光纤传输方式为“电—光—电”，其传输过程几乎不消耗时间且实现光电隔离。开关的脉冲时序完全由工控机配合扩展板卡上的FPGA芯片来实时控制，因此在开关端无需另外放置有缓冲功能的从机。脉冲驱动配合工控机可完成对脉冲参数的数字调节。图3-11光纤实物图Fig.3-11opticalfiberpicture扩展板卡上FPGA芯片在接收到工控机的协议后快速解析出脉冲参数，然后按照参数通过IO口向发射电路提供相应脉冲，脉冲通过光纤直接传输给开关。开关端只需要放置一个光纤接收电路即可。如图3-12所示，型号为T-1521的光纤发射端P1和P2需要较大的电流才能满足较大距离的传输而FPGA的引脚不支持过大的电流，所以选用了
14中使用两个高压半导体开关控制双极性脉冲的输出并且为了减小电路中的感抗和避免线路碰撞，使用绝缘绳将所有高压电路悬挂起来。图3-10是本电路能产生的最优脉冲，最优主要指的是脉宽最优和上升沿最优。图中正脉冲幅值为30kV左右，脉宽为4us，负脉冲幅值为28kV左右，脉宽为3.4us，脉冲上升沿很短，几乎为0us。升压变压器储能电容开关1开关2图3-9实际电源电路Fig.3-9Actualpowercircuit图3-10最优脉冲Fig.3-10Optimalpulse3.2.3脉冲驱动和电压控制电路的设计高压半导体开关属于高压器件，因此向开关传输脉冲参数时必须考虑高低压隔离问题。最早，为了解决此问题工控机采用Zigbee无线通信和主从结构的方式向开关发送脉冲参数，但是存在一些不可避免的缺陷，例如数据传输延迟、通讯易受环境干扰和成本高。针对以上缺陷，在扩展板卡上重新设计了新的脉冲驱动硬件，采用光纤通信来传输脉冲参数。光纤传输方式为“电—光—电”，其传输过程几乎不消耗时间且实现光电隔离。开关的脉冲时序完全由工控机配合扩展板卡上的FPGA芯片来实时控制，因此在开关端无需另外放置有缓冲功能的从机。脉冲驱动配合工控机可完成对脉冲参数的数字调节。图3-11光纤实物图Fig.3-11opticalfiberpicture扩展板卡上FPGA芯片在接收到工控机的协议后快速解析出脉冲参数，然后按照参数通过IO口向发射电路提供相应脉冲，脉冲通过光纤直接传输给开关。开关端只需要放置一个光纤接收电路即可。如图3-12所示，型号为T-1521的光纤发射端P1和P2需要较大的电流才能满足较大距离的传输而FPGA的引脚不支持过大的电流，所以选用了
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压脉冲电场强化杀菌对哈密瓜汁品质的影响[J]. 让一峰,陈晓婵,田一雄,赵伟. 食品研究与开发. 2019(17)
[2]非热杀菌技术在鲜榨果汁加工中的应用研究[J]. 刘育颖. 食品科技. 2019(08)
[3]高压电场技术在食品加工中的应用研究进展[J]. 杨宇帆,陈倩,王浩,孔保华. 食品工业科技. 2019(19)
[4]电磁超声检测信号小波去噪研究[J]. 阮星翔,汪磊,向登峰. 仪表技术. 2019(04)
[5]高压脉冲电场对调理牛肉杀菌效果的研究[J]. 李霜,李诚,陈安均,刘爱平,刘韫滔,闫格,袁亮,伍币. 核农学报. 2019(04)
[6]常见热杀菌方式对关中羊乳品质的影响[J]. 张颖,闫慧明,彭德举,何亮亮,曹炜. 食品工业科技. 2019(08)
[7]基于Ansoft数值仿真的板状电极激励电场均匀性影响因素分析[J]. 邵军. 中国科技信息. 2018(18)
[8]电除尘产生火花放电的原因分析及解决方法[J]. 杨昱. 科技创新与应用. 2018(23)
[9]液体食物非热杀菌技术研究进展[J]. 赵心怡. 中国果菜. 2018(07)
[10]脉冲强光对大肠杆菌的灭活效果及其动力学模型的建立[J]. 洪晨,潘忠礼,王蓓,马海乐,周存山. 食品工业科技. 2018(18)
博士论文
[1]高效电除尘器高压电源设计及节能优化控制[D]. 李卓函.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]高压脉冲杀菌电源关键技术研究[D]. 夏涛.电子科技大学 2016
[2]基于支持向量机的矿井无线信道建模与精确预测[D]. 郭世坤.西安科技大学 2015
[3]电气火花电磁波特征及识别的研究[D]. 夏芹.中国矿业大学 2014
[4]高压脉冲电场对微生物的致死动力学研究以及在橙汁中的应用[D]. 严志明.福建农林大学 2007
[5]乙醇及抗菌膜在最小加工西兰花保鲜上的应用[D]. 陶炜煜.北京林业大学 2006
本文编号：3606102
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高压窄脉冲电源仿真电路
14中使用两个高压半导体开关控制双极性脉冲的输出并且为了减小电路中的感抗和避免线路碰撞，使用绝缘绳将所有高压电路悬挂起来。图3-10是本电路能产生的最优脉冲，最优主要指的是脉宽最优和上升沿最优。图中正脉冲幅值为30kV左右，脉宽为4us，负脉冲幅值为28kV左右，脉宽为3.4us，脉冲上升沿很短，几乎为0us。升压变压器储能电容开关1开关2图3-9实际电源电路Fig.3-9Actualpowercircuit图3-10最优脉冲Fig.3-10Optimalpulse3.2.3脉冲驱动和电压控制电路的设计高压半导体开关属于高压器件，因此向开关传输脉冲参数时必须考虑高低压隔离问题。最早，为了解决此问题工控机采用Zigbee无线通信和主从结构的方式向开关发送脉冲参数，但是存在一些不可避免的缺陷，例如数据传输延迟、通讯易受环境干扰和成本高。针对以上缺陷，在扩展板卡上重新设计了新的脉冲驱动硬件，采用光纤通信来传输脉冲参数。光纤传输方式为“电—光—电”，其传输过程几乎不消耗时间且实现光电隔离。开关的脉冲时序完全由工控机配合扩展板卡上的FPGA芯片来实时控制，因此在开关端无需另外放置有缓冲功能的从机。脉冲驱动配合工控机可完成对脉冲参数的数字调节。图3-11光纤实物图Fig.3-11opticalfiberpicture扩展板卡上FPGA芯片在接收到工控机的协议后快速解析出脉冲参数，然后按照参数通过IO口向发射电路提供相应脉冲，脉冲通过光纤直接传输给开关。开关端只需要放置一个光纤接收电路即可。如图3-12所示，型号为T-1521的光纤发射端P1和P2需要较大的电流才能满足较大距离的传输而FPGA的引脚不支持过大的电流，所以选用了
14中使用两个高压半导体开关控制双极性脉冲的输出并且为了减小电路中的感抗和避免线路碰撞，使用绝缘绳将所有高压电路悬挂起来。图3-10是本电路能产生的最优脉冲，最优主要指的是脉宽最优和上升沿最优。图中正脉冲幅值为30kV左右，脉宽为4us，负脉冲幅值为28kV左右，脉宽为3.4us，脉冲上升沿很短，几乎为0us。升压变压器储能电容开关1开关2图3-9实际电源电路Fig.3-9Actualpowercircuit图3-10最优脉冲Fig.3-10Optimalpulse3.2.3脉冲驱动和电压控制电路的设计高压半导体开关属于高压器件，因此向开关传输脉冲参数时必须考虑高低压隔离问题。最早，为了解决此问题工控机采用Zigbee无线通信和主从结构的方式向开关发送脉冲参数，但是存在一些不可避免的缺陷，例如数据传输延迟、通讯易受环境干扰和成本高。针对以上缺陷，在扩展板卡上重新设计了新的脉冲驱动硬件，采用光纤通信来传输脉冲参数。光纤传输方式为“电—光—电”，其传输过程几乎不消耗时间且实现光电隔离。开关的脉冲时序完全由工控机配合扩展板卡上的FPGA芯片来实时控制，因此在开关端无需另外放置有缓冲功能的从机。脉冲驱动配合工控机可完成对脉冲参数的数字调节。图3-11光纤实物图Fig.3-11opticalfiberpicture扩展板卡上FPGA芯片在接收到工控机的协议后快速解析出脉冲参数，然后按照参数通过IO口向发射电路提供相应脉冲，脉冲通过光纤直接传输给开关。开关端只需要放置一个光纤接收电路即可。如图3-12所示，型号为T-1521的光纤发射端P1和P2需要较大的电流才能满足较大距离的传输而FPGA的引脚不支持过大的电流，所以选用了
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压脉冲电场强化杀菌对哈密瓜汁品质的影响[J]. 让一峰,陈晓婵,田一雄,赵伟. 食品研究与开发. 2019(17)
[2]非热杀菌技术在鲜榨果汁加工中的应用研究[J]. 刘育颖. 食品科技. 2019(08)
[3]高压电场技术在食品加工中的应用研究进展[J]. 杨宇帆,陈倩,王浩,孔保华. 食品工业科技. 2019(19)
[4]电磁超声检测信号小波去噪研究[J]. 阮星翔,汪磊,向登峰. 仪表技术. 2019(04)
[5]高压脉冲电场对调理牛肉杀菌效果的研究[J]. 李霜,李诚,陈安均,刘爱平,刘韫滔,闫格,袁亮,伍币. 核农学报. 2019(04)
[6]常见热杀菌方式对关中羊乳品质的影响[J]. 张颖,闫慧明,彭德举,何亮亮,曹炜. 食品工业科技. 2019(08)
[7]基于Ansoft数值仿真的板状电极激励电场均匀性影响因素分析[J]. 邵军. 中国科技信息. 2018(18)
[8]电除尘产生火花放电的原因分析及解决方法[J]. 杨昱. 科技创新与应用. 2018(23)
[9]液体食物非热杀菌技术研究进展[J]. 赵心怡. 中国果菜. 2018(07)
[10]脉冲强光对大肠杆菌的灭活效果及其动力学模型的建立[J]. 洪晨,潘忠礼,王蓓,马海乐,周存山. 食品工业科技. 2018(18)
博士论文
[1]高效电除尘器高压电源设计及节能优化控制[D]. 李卓函.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]高压脉冲杀菌电源关键技术研究[D]. 夏涛.电子科技大学 2016
[2]基于支持向量机的矿井无线信道建模与精确预测[D]. 郭世坤.西安科技大学 2015
[3]电气火花电磁波特征及识别的研究[D]. 夏芹.中国矿业大学 2014
[4]高压脉冲电场对微生物的致死动力学研究以及在橙汁中的应用[D]. 严志明.福建农林大学 2007
[5]乙醇及抗菌膜在最小加工西兰花保鲜上的应用[D]. 陶炜煜.北京林业大学 2006
本文编号：3606102
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