CN117272773B - 一种低气压下元件防击穿方法及系统 - Google Patents
一种低气压下元件防击穿方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117272773B CN117272773B CN202311552587.2A CN202311552587A CN117272773B CN 117272773 B CN117272773 B CN 117272773B CN 202311552587 A CN202311552587 A CN 202311552587A CN 117272773 B CN117272773 B CN 117272773B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- collision
- electrons
- time
- collision probability
- calculating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 63
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 63
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 18
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 13
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 10
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009421 internal insulation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000002948 stochastic simulation Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/25—Design optimisation, verification or simulation using particle-based methods
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2113/00—Details relating to the application field
- G06F2113/08—Fluids
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/02—Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种低气压下元件防击穿方法及系统，低气压下元件防击穿方法通过对目标元件中电子与中性粒子在第一时间范围内发生碰撞的概率进行预测得到碰撞概率，并在碰撞概率大于碰撞概率阈值时通过内置于目标元件中的气压调节模块释放气体，以升高目标元件周围环境的气压，从而结合碰撞概率预测和内置的气压调节模块即可有效避免目标元件在低气压下出现击穿现象，无需加厚目标元件的绝缘层或者更换目标元件的材料，也不需要对目标元件进行密封或封装，降低了低气压下元件防击穿的成本及实现难度。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其是一种低气压下元件防击穿方法及系统。
背景技术
电子元件在工作时若两端电压超过自身所能承受的电压，则会使得自身的内部绝缘失效，并在大电流下并渐渐损坏直至完全失去功能，这个现象即为元件击穿现象。电压过高、电压过冲、温度过高等因素都会造成元件击穿现象。在复杂且多变的环境中，电子元件常因气压变化出现击穿现象，特别是气压骤降，无法简单地通过控制电流、电压、温度等条件来防止元件击穿。传统的低气压下元件防击穿方法大多通过增加绝缘层厚度、更换元件材料、采用金属壳体密封元件来避免元件在低气压下出现击穿现象。然而，上述的低气压下元件防击穿方法会明显增加元件成本，且实现难度较高。
发明内容
为解决上述现有技术问题，本发明提供低气压下元件防击穿方法及系统，降低了低气压下元件防击穿的成本和实现难度。
为了达到上述技术目的，本申请实施例所采取的技术方案包括：
第一方面，本申请实施例提供了一种低气压下元件防击穿方法，包括以下步骤：
采用基于蒙特卡洛模型的算法对目标元件中电子与中性粒子在预设的第一时间范围内发生碰撞的概率进行预测，得到当前气压环境下的碰撞概率；
确认碰撞概率大于预设的碰撞概率阈值，基于碰撞概率，通过目标元件中内置的气压调节模块释放气体，气体的释放速率为第一速率，第一速率大于第二速率，第二速率为气体从目标元件中散发到目标元件外部的速率。
另外，根据本申请上述实施例的一种低气压下元件防击穿方法，还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本申请的一个实施例中，采用基于蒙特卡洛模型的算法对目标元件中电子与中性粒子在预设的第一时间范围内发生碰撞的概率进行预测，得到当前气压环境下的碰撞概率，包括：
计算电子与中性粒子的碰撞频率；
获取运动时间，运动时间为从第一时刻开始电子与中性粒子相对运动至发生碰撞所经过的时间，第一时刻为距离电子与中性粒子发生碰撞的时刻最近的一次碰撞发生的时刻；
根据碰撞频率及运动时间计算得到碰撞概率。
进一步地，在本申请的一个实施例中，计算电子与中性粒子的碰撞频率，包括：
获取目标元件所处环境的气体的密度；
计算电子与中性粒子之间的相对运动速度；
计算电子与所述中性粒子的碰撞截面；
计算气体的密度、相对运动速度和碰撞截面的乘积，得到碰撞频率。
进一步地，在本申请的一个实施例中，计算电子与中性粒子之间的相对运动速度，包括：
根据电子的电荷量、电子的动能以及电子的质量计算得到电子的运动速度；
将所述电子的运动速度近似为所述相对运动速度。
进一步地，在本申请的一个实施例中，获取运动时间，包括：
计算平均自由程，平均自由程为从第一时刻开始电子运动至与中性粒子发生碰撞所走过的平均路程；
计算平均自由程与电子的运动速度的商，得到运动时间，其中，电子的运动速度根据电子的电荷量、电子的动能以及电子的质量计算得到。
进一步地，在本申请的一个实施例中，根据碰撞频率及运动时间计算得到碰撞概率，包括：
基于碰撞概率计算公式，根据碰撞频率及运动时间计算得到碰撞概率，碰撞概率计算公式为：
其中，P为碰撞概率，fen为碰撞频率，t为运动时间。
进一步地，在本申请的一个实施例中，基于碰撞概率，通过目标元件中内置的气压调节模块释放气体，包括：
从第一时刻开始，获取碰撞概率在预设的第二时间范围内的差值，第一时刻为碰撞概率开始大于碰撞概率阈值的时刻；
根据差值计算碰撞概率的梯度变化；
根据梯度变化控制气体的释放速率。
进一步地，在本申请的一个实施例中，根据梯度变化控制气体的释放速率，包括：
根据梯度变化降低第一速率，其中，第一速率始终大于第二速率。第二方面，本申请实施例提出了一种低气压下元件防击穿系统，系统内置于目标元件中，系统包括：
碰撞预测模块；
气压调节模块；
碰撞预测模块采用基于蒙特卡洛模型的算法对目标元件中电子与中性粒子在预设的第一时间范围内发生碰撞的概率进行预测，得到当前气压环境下的碰撞概率；
气压调节模块在确认碰撞概率大于预设的碰撞概率阈值时，基于碰撞概率，通过目标元件中内置的气压调节模块释放气体，气体的释放速率为第一速率，第一速率大于第二速率，第二速率为气体从目标元件中散发到目标元件外部的速率。
进一步地，在本申请的一个实施例中，碰撞预测模块包括碰撞频率计算模块、运动时间获取模块和碰撞概率计算模块；
碰撞频率计算模块用于计算电子与中性粒子的碰撞频率；
运动时间获取模块用于获取运动时间，运动时间为从第一时刻开始电子与中性粒子相对运动至发生碰撞所经过的时间，第一时刻为距离电子与中性粒子发生碰撞的时刻最近的一次碰撞发生的时刻；
碰撞概率计算模块用于根据碰撞频率及运动时间计算得到碰撞概率。
本发明的有益效果体现在，通过对目标元件中电子与中性粒子在第一时间范围内发生碰撞的概率进行预测得到碰撞概率，并在碰撞概率大于碰撞概率阈值时通过内置于目标元件中的气压调节模块释放气体，以升高目标元件内的气压，从而结合碰撞概率预测和内置的气压调节模块即可有效避免目标元件在低气压下出现击穿现象，无需加厚目标元件的绝缘层或者更换目标元件的材料，也不需要对目标元件进行密封或封装，降低了低气压下元件防击穿的成本及实现难度。
附图说明
图1为本发明所提供的一种低气压下元件防击穿方法具体实施例的流程示意图；
图2为本发明所提供的一种低气压下元件防击穿系统具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参照图1，本申请实施例中的一种低气压下元件防击穿方法，包括以下步骤：
S101、采用基于蒙特卡洛模型的算法对目标元件中电子与中性粒子在预设的第一时间范围内发生碰撞的概率进行预测，得到当前气压环境下的碰撞概率。
其中，中性粒子为目标元件中介质的中性粒子。目标元件中的电子经过高能化后会产生特殊电离，即电子与目标元件中的气体分子相互作用，会使得气体分子电离并产生更多的离子。在低气压下，电离的再生过程所需的时间可能比电子到达电极表面所需的时间要短，并且在电离发生速度较快的情况下，电离产生的离子会增加目标元件中的电场强度，从而电离产生的离子和电子一样会在增强后的电场的作用下高速运动，撞击目标元件的介质的中性粒子，形成放电击穿，损坏目标元件，即低气压下目标元件的放电击穿是该气压环境下目标元件内电子撞击中性粒子的频率（相当于在第一时间范围内发生碰撞的概率）过高导致的。预测得到的碰撞概率越大，目标元件被击穿的概率也越大。因此，本发明实施例通过对目标元件中电子与中性粒子在预设的第一时间范围内发生碰撞的概率进行预测得到碰撞概率，能够基于预测的碰撞概率对目标元件在第一时间范围内的击穿概率进行评估，从而能够更加及时地做出应对，降低了目标元件的击穿风险，提升了低气压下元件防击穿的可靠性。
可以理解的是，蒙特卡洛模型是一种基于随机模拟方法的模型，其中的随机模拟方法以概率和统计理论方法为基础，将所求解的问题与概率模型相联系并实现统计模拟或抽样，以获得问题的近似解。
可以理解的是，现有的低气压下元件防击穿方法在需要根据气压变化来防止低气压下元件击穿时，直接通过气压计所采集到的实时气压值来判断元件是否处于低气压下，进而对低气压下的元件进行防击穿保护。然而，现有的低气压下元件防击穿方法仅仅能够获取实时气压值，无法做到预测，而气压骤降往往是突然发生且十分快速的，即使气压计能够实时检测气压值，但可能在气压骤降发生时元件已经被击穿，无法对元件进行有效保护。本发明实施例采用基于蒙特卡洛模型的算法预测电子与中性粒子在第一时间范围内发生碰撞的概率，进而对目标元件在第一时间范围内的击穿概率进行评估，从而能够更加及时地做出应对，避免了目标元件因气压骤降突然击穿，提升了低气压下元件防击穿的可靠性。
可选地，在一些实施例中，基于蒙特卡洛模型的算法预测电子与中性粒子在第一时间范围内发生碰撞的概率得到碰撞概率的具体步骤（步骤S1011-S1013）包括：
步骤S1011、计算电子与中性粒子的碰撞频率。
本发明实施例通过计算电子与中性粒子的碰撞频率，能够更加准确地对电子与中性粒子在第一时间范围内发生碰撞的概率进行预测。
可选地，在一些实施例中，电子与中性粒子的碰撞频率的计算具体包括：
1）获取目标元件所处环境的气体的密度。
可选地，在一些实施例中，目标元件中气体的密度通过气压计获取。
可以理解的是，目标元件所处环境的气体密度越小，特殊电离产生的离子运动空间大，离子不易与其相反电荷的离子结合，电离体周围带电荷离子数量较正常气体密度时低，电离的再生过程加快。当电离的再生过程所需的时间比电子到达电极表所需的时间短时，目标元件周围电场强度会随之增大，电子和离子会随电场像元件介质方向涌动，电子与中性粒子的碰撞频率也会越大。
2）计算电子与中性粒子之间的相对运动速度。
可以理解的是，由于中性粒子不会在电场力的作用下高速运动，而电子会在电场力的作用下高速运动，电子的运动速度远高于中性粒子的运动速度。因此，在本发明实施例中，将电子的运动速度当作电子与中性粒子之间的相对运动速度。可选地，在一些实施例中，电子与中性粒子之间的相对运动速度的计算过程具体包括：
a.根据电子的电荷量、电子的动能以及电子的质量计算得到电子的运动速度；
b. 将电子的运动速度近似为相对运动速度。
可选地，相对运动速度：
其中，ve为电子的运动速度，e为电子的电荷量，Ek,e为电子的动能，me为电子的质量。可以理解的是，Ek,e等于电子的起始位置（在第一时刻电子所处的位置）到与中性粒子的碰撞点之间的电势差。
3）根据电子的动能确定电子与中性粒子的碰撞截面。
其中，碰撞截面越大，电子与中性粒子发生碰撞的概率越大。
可以理解的是，碰撞截面不是常数，而是与电子与中性粒子之间势能有关的函数值。
可选地，碰撞截面：
其中，是波数，/>是散射相移，由量子力学散射理论得出，表示入射电子和中性粒子散射时的相对相位差，/>为角动量量子数。
4）计算气体的密度、相对运动速度和碰撞截面的乘积，得到碰撞频率。
可选地，在一些实施例中，电子与中性粒子的碰撞频率：
其中，Nn为目标元件所处环境的气体的密度，为电子与中性粒子的碰撞截面。
步骤S1012、获取运动时间。
其中，运动时间为从第一时刻开始电子与中性粒子相对运动至发生碰撞所经过的时间，第一时刻为距离电子与中性粒子发生碰撞的时刻最近的一次碰撞发生的时刻。
可以理解的是，运动时间等于运动路程除以运动速度。在本发明的实施例中，运动路程为从第一时刻开始电子运动至与中性粒子发生碰撞所走过的路程，即自由程（freepath），而运动速度为电子的运动速度。
可选地，在一些实施例中，运动时间的获取步骤具体包括：
a. 计算平均自由程。
其中，平均自由程（mean free path）为从第一时刻开始电子运动至与中性粒子发生碰撞所走过的平均路程。
b. 计算平均自由程与电子的运动速度的商，得到运动时间。
具体地，在一些实施例中，运动时间：
其中，为平均自由程，可以在元件使用前通过“电流-电压”曲线法求得，电子的速度ve的计算方法与步骤S1011一致，此处不做赘述。
步骤S1013、根据碰撞频率及运动时间计算得到碰撞概率。
具体地，在一些实施例中，基于碰撞概率计算公式，根据碰撞频率及运动时间计算得到碰撞概率，本发明实施例的碰撞概率计算公式为：
其中，P为碰撞概率，fen为步骤S1011得到的碰撞频率，t为步骤S1012得到的运动时间。
S102、确认碰撞概率大于预设的碰撞概率阈值，基于碰撞概率，通过目标元件中内置的气压调节模块释放气体。
其中，气体的释放速率为第一速率，第一速率大于第二速率，第二速率为气体从目标元件中散发到目标元件外部的速率。
可以理解的是，传统的低气压下元件防击穿方法大多通过增加绝缘层厚度、更换元件材料、采用金属壳体密封元件来避免元件在低气压下出现击穿现象。然而，上述的低气压下元件防击穿方法会明显增加元件成本，且实现难度较高。本发明实施例在确认步骤S101预测得到的碰撞概率大于预设的碰撞概率阈值时，基于碰撞概率，通过目标元件中内置的气压调节模块释放气体，无需加厚目标元件的绝缘层或者更换目标元件的材料，并且由于目标元件中内置的气压调节模块释放气体的速率大于气体从目标元件中散发到目标元件外部的速率，在不需要对目标元件进行密封或封装的情况下即可升高目标元件中的气压，降低了低气压下元件防击穿的成本及实现难度。
可选地，在一些实施例中，基于碰撞概率，通过目标元件中内置的气压调节模块释放气体,具体包括：
1）从第二时刻开始，获取碰撞概率在预设的第二时间范围内的差值；
2）根据差值计算碰撞概率的梯度变化；
3）根据梯度变化控制气体的释放速率。
其中，第二时刻为碰撞概率开始大于碰撞概率阈值的时刻。
可以理解的是，步骤S101对于碰撞概率的预测是持续且实时进行的。从第二时刻开始，本发明实施例会根据持续输出的碰撞概率获取碰撞概率在第二时间范围内的差值，并根据差值得到碰撞概率的梯度变化，进而根据梯度变化控制气体的释放速率。
可以理解的是，从第二时刻开始，随着气压调节模块释放气体调节目标元件中的气压使得目标元件中的气压逐渐升高，气压调节模块的气体释放速率（即第一速率）会越来越慢，但在碰撞概率小于碰撞概率阈值之前第一速率依然大于第二速率。
可选地，在一些实施例中，当气压调节模块释放气体至碰撞概率小于碰撞概率阈值时，气压调节模块停止释放气体。
在现实生活中，部分设备不可避免地需要在低气压环境下工作，若电子元件出现击穿现象，则会导致整个设备系统失效，造成不可估量的损失。并且有些电子元件在发生击穿时会出现高温或电弧等危险情况，这不仅会对电子设备造成损坏，也会对人身安全造成威胁。通过上述步骤S101-S102的低气压下元件防击穿方法，降低了低气压下元件防击穿的成本及实现难度，并且提高了低气压下元件防击穿的及时性和可靠性，使得作为设备基础的目标元件能够更加稳定地工作，从而降低了设备损坏以及人身安全受到威胁的风险。
其次，参照附图描述根据本申请实施例提出的一种低气压下元件防击穿系统。
图2是本申请一个实施例的一种低气压下元件防击穿系统结构示意图。
系统具体包括：
碰撞预测模块201；
气压调节模块202；
碰撞预测模块201采用基于蒙特卡洛模型的算法对目标元件中电子与中性粒子在预设的第一时间范围内发生碰撞的概率进行预测，得到当前气压环境下的碰撞概率；
气压调节模块202在确认碰撞概率大于预设的碰撞概率阈值时，基于碰撞概率，通过目标元件中内置的气压调节模块释放气体，气体的释放速率为第一速率，第一速率大于第二速率，第二速率为气体从目标元件中散发到目标元件外部的速率。
可选地，在一些实施例中，碰撞预测模块包括碰撞频率计算模块、运动时间获取模块和碰撞概率计算模块；
碰撞频率计算模块用于计算电子与中性粒子的碰撞频率；
运动时间获取模块用于获取运动时间，运动时间为从第一时刻开始电子与中性粒子相对运动至发生碰撞所经过的时间，第一时刻为距离电子与中性粒子发生碰撞的时刻最近的一次碰撞发生的时刻；
碰撞概率计算模块用于根据碰撞频率及运动时间计算得到碰撞概率。
可见，上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本申请的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本申请，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本申请是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本申请。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本申请的范围，本申请的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的程序执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“外围”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。
在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用以描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“~”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A~B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。
在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种低气压下元件防击穿方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用基于蒙特卡洛模型的算法对目标元件中电子与中性粒子在预设的第一时间范围内发生碰撞的概率进行预测，得到当前气压环境下的碰撞概率；
确认所述碰撞概率大于预设的碰撞概率阈值，基于所述碰撞概率，通过所述目标元件中内置的气压调节模块释放气体，所述气体的释放速率为第一速率，所述第一速率大于第二速率，所述第二速率为所述气体从所述目标元件中散发到所述目标元件外部的速率；
其中，所述基于所述碰撞概率，通过所述目标元件中内置的气压调节模块释放气体包括：
从第二时刻开始，获取所述碰撞概率在预设的第二时间范围内的差值，所述第二时刻为所述碰撞概率开始大于所述碰撞概率阈值的时刻；
根据所述差值计算所述碰撞概率的梯度变化；
根据所述梯度变化降低所述第一速率，其中，所述第一速率始终大于所述第二速率。
2.根据权利要求1所述的一种低气压下元件防击穿方法，其特征在于，所述采用基于蒙特卡洛模型的算法对目标元件中电子与中性粒子在预设的第一时间范围内发生碰撞的概率进行预测，得到当前气压环境下的碰撞概率，包括：
计算所述电子与所述中性粒子的碰撞频率；
获取运动时间，所述运动时间为从第一时刻开始所述电子与所述中性粒子相对运动至发生碰撞所经过的时间，所述第一时刻为距离所述电子与所述中性粒子发生碰撞的时刻最近的一次碰撞发生的时刻；
根据所述碰撞频率及所述运动时间计算得到所述碰撞概率。
3.根据权利要求2所述的一种低气压下元件防击穿方法，其特征在于，所述计算所述电子与所述中性粒子的碰撞频率，包括：
获取所述目标元件所处环境的气体的密度；
计算所述电子与所述中性粒子之间的相对运动速度；
计算电子与所述中性粒子的碰撞截面；
计算所述气体的密度、所述相对运动速度和所述碰撞截面的乘积，得到所述碰撞频率。
4.根据权利要求3所述的一种低气压下元件防击穿方法，其特征在于，所述计算所述电子与所述中性粒子之间的相对运动速度，包括：
根据所述电子的电荷量、所述电子的动能以及所述电子的质量计算得到所述电子的运动速度；
将所述电子的运动速度近似为所述相对运动速度。
5.根据权利要求2所述的一种低气压下元件防击穿方法，其特征在于，所述获取运动时间，包括：
计算平均自由程，所述平均自由程为从所述第一时刻开始所述电子运动至与所述中性粒子发生碰撞所走过的平均路程；
计算所述平均自由程与所述电子的运动速度的商，得到所述运动时间，其中，所述电子的运动速度根据所述电子的电荷量、所述电子的动能以及所述电子的质量计算得到。
6.根据权利要求2所述的一种低气压下元件防击穿方法，其特征在于，所述根据所述碰撞频率及所述运动时间计算得到所述碰撞概率，包括：
基于碰撞概率计算公式，根据所述碰撞频率及所述运动时间计算得到所述碰撞概率，所述碰撞概率计算公式为：
；
其中，P为所述碰撞概率，fen为所述碰撞频率，t为所述运动时间。
7.一种低气压下元件防击穿系统，其特征在于，所述系统内置于目标元件中，所述系统包括：
碰撞预测模块；
气压调节模块；
所述碰撞预测模块采用基于蒙特卡洛模型的算法对所述目标元件中电子与中性粒子在预设的第一时间范围内发生碰撞的概率进行预测，得到当前气压环境下的碰撞概率；
所述气压调节模块在确认所述碰撞概率大于预设的碰撞概率阈值时，基于所述碰撞概率，通过所述目标元件中内置的气压调节模块释放气体，所述气体的释放速率为第一速率，所述第一速率大于第二速率，所述第二速率为所述气体从所述目标元件中散发到所述目标元件外部的速率；
其中，所述基于所述碰撞概率，通过所述目标元件中内置的气压调节模块释放气体包括：
从第二时刻开始，获取所述碰撞概率在预设的第二时间范围内的差值，所述第二时刻为所述碰撞概率开始大于所述碰撞概率阈值的时刻；
根据所述差值计算所述碰撞概率的梯度变化；
根据所述梯度变化降低所述第一速率，其中，所述第一速率始终大于所述第二速率。
8.根据权利要求7所述的一种低气压下元件防击穿系统，其特征在于，所述碰撞预测模块包括碰撞频率计算模块、运动时间获取模块和碰撞概率计算模块；
所述碰撞频率计算模块用于计算所述电子与所述中性粒子的碰撞频率；
所述运动时间获取模块用于获取运动时间，所述运动时间为从第一时刻开始所述电子与所述中性粒子相对运动至发生碰撞所经过的时间，所述第一时刻为距离所述电子与所述中性粒子发生碰撞的时刻最近的一次碰撞发生的时刻；
所述碰撞概率计算模块用于根据所述碰撞频率及所述运动时间计算得到所述碰撞概率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311552587.2A CN117272773B (zh) | 2023-11-21 | 2023-11-21 | 一种低气压下元件防击穿方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311552587.2A CN117272773B (zh) | 2023-11-21 | 2023-11-21 | 一种低气压下元件防击穿方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117272773A CN117272773A (zh) | 2023-12-22 |
| CN117272773B true CN117272773B (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=89210893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311552587.2A Active CN117272773B (zh) | 2023-11-21 | 2023-11-21 | 一种低气压下元件防击穿方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117272773B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102567780A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-07-11 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种空间微波部件低气压放电数值模拟方法 |
| WO2018122297A1 (de) * | 2016-12-30 | 2018-07-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrisches antriebssystem mit gasdrucksystem und hybrid-kabel |
| CN112507632A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-16 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种高压气体断路器灭弧室绝缘强度与放电概率评估方法 |
| CN113985230A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-28 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种温度梯度下的击穿测试装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201708289D0 (en) * | 2017-05-24 | 2017-07-05 | Rolls Royce Plc | Preventing electrical breakdown |
-
2023
- 2023-11-21 CN CN202311552587.2A patent/CN117272773B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102567780A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-07-11 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种空间微波部件低气压放电数值模拟方法 |
| WO2018122297A1 (de) * | 2016-12-30 | 2018-07-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrisches antriebssystem mit gasdrucksystem und hybrid-kabel |
| CN112507632A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-16 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种高压气体断路器灭弧室绝缘强度与放电概率评估方法 |
| CN113985230A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-28 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种温度梯度下的击穿测试装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 彭玉彬 等.真空科学与技术学报.2023,全文. * |
| 高功率微波沿面闪络击穿机制粒子模拟;董烨;周前红;董志伟;杨温渊;周海京;孙会芳;;强激光与粒子束(第04期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117272773A (zh) | 2023-12-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Goree | Ion trapping by a charged dust grain in a plasma | |
| Ditmire | Simulation of exploding clusters ionized by high-intensity femtosecond laser pulses | |
| CN117272773B (zh) | 一种低气压下元件防击穿方法及系统 | |
| KR101525150B1 (ko) | 표면 부분에 양으로 대전된 이온의 충격을 완화하는 장치 및 이온 가속기 배열 | |
| US9515464B2 (en) | Bus end arc interrupter | |
| CN112507632B (zh) | 一种高压气体断路器灭弧室绝缘强度与放电概率评估方法 | |
| Hammond et al. | Application of Townsend avalanche theory to tokamak startup by coaxial helicity injection | |
| Zhang et al. | Modelling vacuum flashover mitigation with complex surface microstructure: mechanism and application | |
| CN111177910A (zh) | 一种中性气体释放诱发航天器放电的数值模拟方法 | |
| JP5096893B2 (ja) | マイクロ波イオン源装置 | |
| CN113705124B (zh) | 采用流注先导理论计算断路器弧后电击穿临界电压的方法 | |
| Keidar et al. | Transport of macroparticles in magnetized plasma ducts | |
| JP2008202942A (ja) | 核融合中性子生成装置 | |
| Moore et al. | 1D PIC-DSMC simulations of breakdown in microscale gaps | |
| Ducrée et al. | Neutralization of hyperthermal multiply charged ions at surfaces: Comparison between the extended dynamical overbarrier model and experiment | |
| Long et al. | Study on the characteristics of non-Maxwellian magnetized sheath in Hall thruster acceleration region | |
| Krishnamoorthy et al. | Investigation of plasma–surface interaction effects on pulsed electrostatic manipulation for reentry blackout alleviation | |
| Matyash et al. | Kinetic simulation of the stationary HEMP thruster including the near-field plume region | |
| Duras et al. | Influence of electron sources on the near-field plume in a multistage plasma thruster | |
| Han et al. | Formations of anode double layer and ion beam in bipolar-pulse HiPIMS (BP-HiPIMS) | |
| Holgate et al. | Enhancement of droplet ejection from molten and liquid plasma-facing surfaces by the electric field of the sheath | |
| Huerta et al. | Particle-in-cell simulations of initial argon dielectric-barrier discharges | |
| US20220003222A1 (en) | System and method to maintain vacuum, or to selectively exclude/admit electromagnetic energy | |
| Lee et al. | Calculation of the interruption Process of a self-blast circuit breaker | |
| KR20120131266A (ko) | 가스절연 개폐장치의 방압변 커버 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A method and system for preventing component breakdown under low pressure Granted publication date: 20240206 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: WUHAN CPCTECH CO.,LTD. Registration number: Y2024980015042 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |