[发明专利]一种大气压空气放电教学演示装置

权利要求书

1.一种大气压空气放电教学演示装置，其特征在于：包括图像采集模块、高压放电模块、可变电阻模块、高压电源模块、电极间距控制模块、电路保护检测模块、智能控制模块和放电演示模块；图像采集模块、可变电阻模块、高压电源模块、电极间距控制模块、电路保护检测模块和放电演示模块分别与智能控制模块电气连接；所述高压放电模块包括高压电极、地电极和保护罩，保护罩为透明绝缘罩，高压电极和地电极设置于保护罩内，地电极的中心设有微凸起，高压电极为针电极，高压电极的前端正对地电极中心微凸起的最高点；所述电极间距控制模块与高压放电模块机械连接，电极间距控制模块根据智能控制模块下发的控制指令调节高压电极与地电极之间的距离；所述可变电阻模块电气串联在高压电极与高压电源模块之间，高压电源模块经可变电阻模块向高压电极施加电源电压，高压电源模块根据智能控制模块下发的控制指令调节自身输出的电压值和电压极性；可变电阻模块根据智能控制模块下发的控制指令调节自身的等效阻值；所述图像采集模块采集高压电极与地电极之间的放电图像并传送给智能控制模块，智能控制模块再将放电图像传送给放电演示模块进行演示；所述电路保护检测模块用于采集高压放电模块内的温度信号和电压信号并将其传送给智能控制模块，智能控制模块判断温度和电压值是否超过预设的警戒值，若超过警戒值则智能控制模块立即向高压电源模块发送关断信号，使得高压电源模块迅速关闭。

2.根据权利要求1所述大气压空气放电教学演示装置，其特征在于：采用该大气压空气放电教学演示装置的进行教学演示的流程如下：

(1)开启图像采集模块和放电演示模块的开关，完成放电前的清晰成像；

(2)在智能控制模块中输入电源电压、电阻阻值和电极间距，智能控制模块输入参数控制高压电源模块、可变电阻模块和电极间距控制模块完成放电演示准备；

(3)开启高压电源模块的开关，在放电演示模块上观测放电间隙击穿图像，开始进行放电演示，包括以下演示项目：

(a)通过改变高压电源模块的输出电压、可变电阻模块的等效阻值和电极间距，观测多模式放电实验现象；

(b)通过精准控制高压电源模块的输出电压和电极间距，观测电晕起始现象和绘制击穿特性曲线；

(c)通过改变高压电源模块的电压极性，完成极性效应实验。

(4)演示结束后，先关闭高压电源模块，然后再关闭图像采集模块和放电演示模块，最后关闭智能控制模块。

3.根据权利要求1所述大气压空气放电教学演示装置，其特征在于：所述可变电阻模块包括1个小电阻、M个大电阻、N个高压开关及其开关驱动模块，大电阻的阻值至少为小电阻的20倍，各大电阻电气串联后再与小电阻电气并联，其中1个高压开关与小电阻电气串联，另外N-1个高压开关分别与一个大电阻或多个串联的大电阻电气并联，每个高压开关经对应的开关驱动模块电气连接至智能控制模块，根据智能控制模块下发的控制指令驱动各个高压开关的打开、闭合。

4.根据权利要求1所述大气压空气放电教学演示装置，其特征在于：所述电极间距控制模块包括步进电机、电机驱动模块和丝杠导轨；步进电机的输出轴通过丝杠导轨连接至地电极，步进电机的驱动端通过电机驱动模块电气连接至智能控制模块，根据智能控制模块下发的控制指令精准控制高压电极与地电极的间距。

5.根据权利要求1所述大气压空气放电教学演示装置，其特征在于：所述电路保护检测模块包括温度传感器、电流采样电阻、电压传感器和A/D转换器，温度传感器掩埋在地电极内部，电流采样电阻电气串联在地电极与大地之间，电压传感器采集电流采样电阻两端的电压信号，温度传感器采集的温度信号与电压传感器采集的电流信号经A/D转换器转换为数字信号后传送给智能控制模块。

6.根据权利要求1所述大气压空气放电教学演示装置，其特征在于：所述高压放电模块中，高压电极的直径在1mm以下；地电极为中心微凸起的圆形板电极，地电极的直径为5-8cm，地电极的厚度为0.5-1cm；微凸起呈半圆形，微凸起的曲率半径为3-8mm；高压电极与地电极微凸起最高点的间距为0-50mm；保护罩为立方体，尺寸至少为长10cm、宽10cm、高15cm，其厚度在0.5cm以上，保护罩的材质为玻璃。