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1、附件1：河海大学大学生创新训练计划项目申请表项目名称高光效大功率感应耦合等离子光源项目编号项目所属一级专业门类工程材料学项目所属二级专业类功率电子学项目实施时间起始时间： 2010 年 5 月 完成时间： 2012 年 5 月申请人或申请团队姓名年级学校所在院系、专业联系电话E-mail主持人罗正亮2007级河海大学机电工程学院机械工程及自动化邵晴怡2008级河海大学计算机信息学院通信工程成 员孙晓宇2008级河海大学计算机信息学院电子信息工程王珊2008级河海大学计算机信息学院电子科学与技术13861173178S马济通2009级河海大学计算机信息学院电子信息工程赵恺2009级河海大学计算机
2、信息学院电子信息工程指导教师姓名陈秉岩年龄32单位河海大学物理实验中心行政职务/专业技术职务实验师指导教师姓名朱昌平年龄55单位河海大学物理实验中心行政职务/专业技术职务副院长、教授一、课题论证1、本课题国内外研究现状述评及研究意义绿色照明和发展低碳经济已经成为国际上最热门的话题，目前世界照明用电量占总用电量的19%，2008年我国的照明用电量占全国用电总量的12%，高达4100亿度。在理论上，超过50%的照明用电可以通过先进的照明发光原理、方法和技术被节省下来，这相当于整个欧洲半年的用电量1300TWh，约合3000亿欧元的能量消耗1-4。按照一吨标准煤可发电3000kWh，产生2.62吨C
3、O2计算5-6，则可减少排放吨CO2。感应耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma：ICP)光源是最近几年新兴的光源技术，是一种将感应耦合等离子体、电子节电技术、电光源技术融为一体的高科技新型的光源，它不用灯丝（俗称“无极灯”），采用电磁场能量来激励气体电离、放电和发光。ICP光源由激励电源、功率耦合器和灯泡三部分组成7-14。基本工作原理是将电能通过高频变压器耦合到封闭玻璃管内，间接作用在由汞和其它惰性气体构成的混合气体上，使汞原子在高频交变电磁场的作用下产生电离以及汞原子的电子能级跃迁(激发)产生253.7nm紫外光，并作用于内壁荧光粉而发出可见光。ICP光源的理
4、论光效率可达到300lm/W。但是，由于电子镇流器的开关损耗、电感(或变压器)的损耗、玻璃管对可见光的衰减等因素，光效通常只有6080lm/W。目前市场上的照明光源主要有白炽灯、日光灯、冷阴极灯(Cold Cathode Fluorescent Lamps：CCFL)、LED、金属卤素灯(高压钠灯和低压钠灯)、HID(High Intensity Discharge 高压气体放电灯，俗称“氙气灯”)和ICP光源。综合资料1-4,15-16可得ICP光源在理论寿命、发光效率、显色指数、启动特性、抗震特性和成本等综合性能上具有显著的优势，且由于LED照明在大功率应用场合存在封装、散热、光衰和高成本
5、等不能有效解决的问题，使得ICP光源在高能效、长寿命、低成本的大功率光源应用领域的发展带来契机，成为是最具潜力和发展前景的大功率光源产品之一。同时ICP光源技术在紫外杀菌8-9、等离子微量元素检测8-9,17-21、化学转化8-9,17-21和污水处理8,22-23等领域均有广泛的应用。如何有效结合电力电子、等离子物理和电子技术等学科，进一步提高ICP光源的发光效率具有较为普遍的意义和实际应用价值。2、本课题研究的主要内容、基本思路、研究方法、重点难点、基本观点和创新之处本课题主要从电磁学、等离子物理和电力电子学交叉学科入手，分析高光效大功率ICP光源灯体和电磁驱动的原理、结构、参数等对等离子
6、气体发光效率的影响关系，探索应用于高光效大功率ICP光源的低能量损耗大功率的电磁耦合驱动技术，预期研制出功率可达200W以上、发光效率可达8095lm/W，功率因素可达到0.98以上。创新点：(1)采用CI、T和E形等特有的无电极感应耦合等离子发光和散热结构，保证了高光效大功率感应耦合等离子光源灯管六万小时以上的长寿命；(2)采用最高工作温度可达240的高频磁性残料作为感应耦合装置的重要部件，通过材料的选取和制造工艺的改进，可适应高温环境；(3)采用可自动回收汞蒸气的环保固态汞齐技术，灯管破坏时无汞污染；(4)综合采用电磁学、感应耦合等离子和电力电子等学科和技术，实现独特的高效率电磁驱动电路结
7、构，有效提高能量耦合效率。3、前期相关研究成果：本课题来源于“校企联盟”合作单位(江苏省科技厅备案号：B050001)常州凯森光电技术有限公司委托给河海大学物理科技创新实验室的光电技术开发和人才培养需求，本课题在基本完成了校区学生科技基金项目(教师命题)“外耦合40W等离子体无极灯开发”的基础上进一步进申报，目的是研制应用更为广泛的大功率ICP光源。参考文献：1徐殿国.照明技术专辑特邀主编评述J.电力电子技术，2007，Vol.41(10)：12徐殿国，张相军，刘晓胜等.照明电子技术的发展现状与未来J.电力电子技术，2007，Vol.41(10)：2-93陈文成.国际半导体照明前沿技术R.常州
8、市半导体照明论坛，2009.104袁峰.常州市半导体照明产业发展战略研究R.常州市半导体照明产业发展座谈会，2009.75黄雷，张彩虹，秦琴.环境成本与林木生物质发电J .电力需求侧管理， 2007，Vol. 9(10)：77-80 6国家电力监管委员会.电力市场建设文件选编M .北京中国电力出版社，2004.7苏达，王德苗.大功率LED散热封装技术研究的新进展J，电力电子技术，2007，Vol.41(10)：13-158辛仁轩编著. 等离子体发射光谱分析M，北京化学工业出版社，20059刘芳，黄海涛，黄绍松等.电晕放电等离子体杀菌的实验研究J，工业安全与环保，2009，Vol.35(8)：1
9、-310Lim, Sung-Jo; Kim, Dae-Gwang; Kang, Dong-Joong.A method to detect multiple plane areas by using the Iterative Randomized Hough Transform(IRHT) and the plane detectionJ.Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineer,v 57,n 11,p2086-2094,November 2008.11Achara,P.;Viriya,P.; Matsuse, K
10、.Analysis of a half-bridge inverter for a small-size induction cooker using phase-shift control under ZVS and NON-ZVS operationJ. Proceedings of the International Conference on Power Electronics and Drive Systems, p 157-163, 2007, 7th International Conference on Power Electronics and Drive Systems,
11、PEDS 200712Lin, Bor-Ren;Tseng, Chao-Hsien.ZVS half-bridge SMPS design for LCD monitor and LCD-TVJ International Journal of Electronics, v 96, n 2, p 189-204, February 200913Sanjaya Maniktala. Switching Power Supplies A to ZM. Elsevier(Singapore) Pte Ltd. 200814Keith Billings. Switching Power Supply
12、Handbook(2 Edition)M .McGraw-Hill Companies, Inc. 199915郑有炓.把握机遇，加快发展半导体照明产业R.常州市半导体照明论坛，2009.1016唐国庆.国内外半导体照明产业技术特点和19张杨.电感耦合等离子体发射光谱法检测水、污水、废水底泥和土壤中微量元素J，岩矿测试，2009，Vol.28(5)：I0002-I000417谭雪英，张小毅.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锰矿中15种主次成分J，冶金分析，2009，Vol.29(10):36-2918赵庆令，李清彩.电感耦合等离子体发射光谱法测定钼矿石中钴铬铜钼镍铅锡钨钇锌J，岩矿测试，20
13、09，Vol.28(5)：488-49019高孝礼，黄光明，张培新.电感耦合等离子体质谱法测定磷矿石中的碘J，岩矿测试，2009，Vol.28(5)：423-42620时晓露，刘洪青，孙月婷.电感耦合等离子体质谱法测定岩石样品中的锆铌铪钽两种预处理方法的比较J，岩矿测试，2009，Vol.28(5)：427-43021陈波，冯永明，刘洪青.空气滤膜采集大气浮尘样品中多元素的测定J，岩矿测试，2009，Vol.28(5)：435-43822贺启环，叶招莲.超声波紫外光氧化处理有机废水技术综述J，兵工学报，2002， Vol.23(3)：388-39123朱昌平.“超声、臭氧、紫外协同处理废水的机
14、理与参数优化研究”自然科学基金(10974044）二、项目方案（包括项目的训练目标、前期准备、组织实施、过程管理、实践环节、教师指导、项目结题等）训练目标：对高光效大功率ICP光源进行研究，学习并实践课题所涉及的功率电子学、功率磁材学和等离子物理等交叉学科，同时设计高效电磁驱动模块，开发出功率为200W，光效为85lm/W的高光效大功率ICP光源。前期准备：(1)知识上的准备：对项目所涉及到等离子物理、电子技术、电磁学、MCU技术、电力电子学和电磁兼容技术等知识进行学习；(2)组织分工上准备：该项目分为文档资料准备和硬件设计两个部分。要求项目组的每个成员充分理解整个项目所涉及的理论和技术环节，在此基础上，项目组分为两组，以罗正亮为负责人的小组负责高光效大功率ICP光源相关实验电路的设计调试，以邵晴怡为负责人的小组负责收集、整理和书写各类文字资料。项目组人员保证每周集中2次互相交流，负责各个部分的成员讲解近期的工作，讨论所取得进展，使所有成员对项目进程有全面的了解。组织实施过程安排及实践环节：（1）2010年5月-2010年10月所有成员完成项目所涉及到等离子物理、电磁学、电力电子学等知识的学习，完成部分的单元电路的设计以及参加江苏省物理设计大赛作品的制作；（2）2010年11月-2011年4月，结合所学知识并在老师的指导下试制高光效大功率ICP光源，分别
