/附件1：河海高校高校生創新訓練支配項目申請表項目名稱高光效大功率感應耦合等離子光源項目編號①項目所屬一級專業門類工程材料學項目所屬二級專業類功率電子學項目實施時間②起始時間：2010年5月完成時間：2012年5月申請人或申請團隊③姓名年級學校所在院系、專業聯系電話E-mail主持人羅正亮2007級河海高校機電工程學院機械工程及自動化邵晴怡2008級河海高校計算機信息學院通信工程成員孫曉宇2008級河海高校計算機信息學院電子信息工程王珊2008級河海高校計算機信息學院電子科學和技術S馬濟通2009級河海高校計算機信息學院電子信息工程m趙愷2009級河海高校計算機信息學院電子信息工程指導老師姓名陳秉巖年齡32單位河海高校物理試驗中心行政職務/專業技術職務試驗師指導老師姓名朱昌平年齡55單位河海高校物理試驗中心行政職務/專業技術職務副院長、教授一、課題論證1、本課題國內外探討現狀述評及探討意義綠色照明和發展低碳經濟已經成為國際上最熱門的話題，目前世界照明用電量占總用電量的19%，2008年我國的照明用電量占全國用電總量的12%，高達4100億度。在理論上，超過50%的照明用電可以通過先進的照明發光原理、方法和技術被節約下來，這相當于整個歐洲半年的用電量1300TWh，約合3000億歐元的能量消耗[1-4]。依據一噸標準煤可發電3000kWh，產生2.62噸CO2計算[5-6]，則可削減排放噸CO2。感應耦合等離子體(InductivelyCoupledPlasma：ICP)光源是最近幾年新興的光源技術，是一種將感應耦合等離子體、電子節電技術、電光源技術融為一體的高科技新型的光源，它不用燈絲（俗稱“無極燈”），接受電磁場能量來激勵氣體電離、放電和發光。ICP光源由激勵電源、功率耦合器和燈泡三部分組成[7-14]。基本工作原理是將電能通過高頻變壓器耦合到封閉玻璃管內，間接作用在由汞和其它惰性氣體構成的混合氣體上，使汞原子在高頻交變電磁場的作用下產生電離以及汞原子的電子能級躍遷(激發)產生253.7nm紫外光，并作用于內壁熒光粉而發出可見光。ICP光源的理論光效率可達到300lm/W。但是，由于電子鎮流器的開關損耗、電感(或變壓器)的損耗、玻璃管對可見光的衰減等因素，光效通常只有60～80lm/W。目前市場上的照明光源主要有白熾燈、日光燈、冷陰極燈(ColdCathodeFluorescentLamps：CCFL)、LED、金屬鹵素燈(高壓鈉燈和低壓鈉燈)、HID(HighIntensityDischarge高壓氣體放電燈，俗稱“氙氣燈”)和ICP光源。綜合資料[1-4,15-16]可得ICP光源在理論壽命、發光效率、顯色指數、啟動特性、抗震特性和成本等綜合性能上具有顯著的優勢，且由于LED照明在大功率應用場合存在封裝、散熱、光衰和高成本等不能有效解決的問題，使得ICP光源在高能效、長壽命、低成本的大功率光源應用領域的發展帶來契機，成為是最具潛力和發展前景的大功率光源產品之一。同時ICP光源技術在紫外殺菌[8-9]、等離子微量元素檢測[8-9,17-21]、化學轉化[8-9,17-21]和污水處理[8,22-23]等領域均有廣泛的應用。如何有效結合電力電子、等離子物理和電子技術等學科，進一步提高ICP光源的發光效率具有較為普遍的意義和實際應用價值。2、本課題探討的主要內容、基本思路、探討方法、重點難點、基本觀點和創新之處本課題主要從電磁學、等離子物理和電力電子學交叉學科入手，分析高光效大功率ICP光源燈體和電磁驅動的原理、結構、參數等對等離子氣體發光效率的影響關系，探究應用于高光效大功率ICP光源的低能量損耗大功率的電磁耦合驅動技術，預期研制出功率可達200W以上、發光效率可達80～95lm/W，功率因素可達到0.98以上。創新點：(1)接受CI、T和E形等特有的無電極感應耦合等離子發光和散熱結構，保證了高光效大功率感應耦合等離子光源燈管六萬小時以上的長壽命；(2)接受最高工作溫度可達240℃的高頻磁性殘料作為感應耦合裝置的重要部件，通過材料的選取和制造工藝的改進，可適應高溫環境；(3)接受可自動回收汞蒸氣的環保固態汞齊技術，燈管破壞時無汞污染；(4)綜合接受電磁學、感應耦合等離子和電力電子等學科和技術，實現獨特的高效率電磁驅動電路結構，有效提高能量耦合3、前期相關探討成果：本課題來源于“校企聯盟”合作單位(江蘇省科技廳備案號：B050001)常州凱森光電技術有限公司托付給河海高校物理科技創新試驗室的光電技術開發和人才培育需求，本課題在基本完成了校區學生科技基金項目(老師命題)“外耦合40W等離子體無極燈開發”的基礎上進一步進申報，目的是研制應用更為廣泛的大功率ICP光源。參考文獻：[1]徐殿國.照明技術專輯——特邀主編評述[J].電力電子技術，2007，Vol.41(10)：1[2]徐殿國，張相軍，劉曉勝等.照明電子技術的發呈現狀和將來[J].電力電子技術，2007，Vol.41(10)：2-9[3]陳文成.國際半導體照明前沿技術[R].常州市半導體照明論壇，2009.10[4]袁峰.常州市半導體照明產業發展戰略探討[R].常州市半導體照明產業發展座談會，2009.7[5]黃雷，張彩虹，秦琴.環境成本和林木生物質發電[J].電力需求側管理，2007，Vol.9(10)：77-80[6]國家電力監管委員會.電力市場建設文件選編[M].北京中國電力出版社，2004.[7]蘇達，王德苗.大功率LED散熱封裝技術探討的新進展[J]，電力電子技術，2007，Vol.41(10)：13-15[8]辛仁軒編著.等離子體放射光譜分析[M]，北京化學工業出版社，2005[9]劉芳，黃海濤，黃紹松等.電暈放電等離子體殺菌的試驗探討[J]，工業平安和環保，2009，Vol.35(8)：1-3[10]Lim,Sung-Jo;Kim,Dae-Gwang;Kang,Dong-Joong.AmethodtodetectmultipleplaneareasbyusingtheIterativeRandomizedHoughTransform(IRHT)andtheplanedetection[J].TransactionsoftheKoreanInstituteofElectricalEngineer,v57,n11,p2086-2094,November2008.[11]Achara,P.;Viriya,P.;Matsuse,K.Analysisofahalf-bridgeinverterforasmall-sizeinductioncookerusingphase-shiftcontrolunderZVSandNON-ZVSoperation[J].ProceedingsoftheInternationalConferenceonPowerElectronicsandDriveSystems,p157-163,2007,7thInternationalConferenceonPowerElectronicsandDriveSystems,PEDS2007[12]Lin,Bor-Ren;Tseng,Chao-Hsien.ZVShalf-bridgeSMPSdesignforLCDmonitorandLCD-TV[J]InternationalJournalofElectronics,v96,n2,p189-204,February2009[13]SanjayaManiktala.SwitchingPowerSuppliesAtoZ[M].Elsevier(Singapore)PteLtd.2008[14]KeithBillings.SwitchingPowerSupplyHandbook(2Edition)[M].McGraw-HillCompanies,Inc.1999[15]鄭有炓.把握機遇，加快發展半導體照明產業[R].常州市半導體照明論壇，2009.10[16]唐國慶.國內外半導體照明產業技術特點和[19]張楊.電感耦合等離子體放射光譜法檢測水、污水、廢水底泥和土壤中微量元素[J]，巖礦測試，2009，Vol.28(5)：I0002-I0004[17]譚雪英，張小毅.電感耦合等離子體原子放射光譜法測定錳礦中15種主次成分[J]，冶金分析，2009，Vol.29(10):36-29[18]趙慶令，李清彩.電感耦合等離子體放射光譜法測定鉬礦石中鈷鉻銅鉬鎳鉛錫鎢釔鋅[J]，巖礦測試，2009，Vol.28(5)：488-490[19]高孝禮，黃光明，張培新.電感耦合等離子體質譜法測定磷礦石中的碘[J]，巖礦測試，2009，Vol.28(5)：423-426[20]時曉露，劉洪青，孫月婷.電感耦合等離子體質譜法測定巖石樣品中的鋯鈮鉿鉭兩種預處理方法的比較[J]，巖礦測試，2009，Vol.28(5)：427-430[21]陳波，馮永明，劉洪青.空氣濾膜采集大氣浮塵樣品中多元素的測定[J]，巖礦測試，2009，Vol.28(5)：435-438[22]賀啟環，葉招蓮.超聲波—紫外光氧化處理有機廢水技術綜述[J]，兵工學報，2002，Vol.23(3)：388-391[23]朱昌平.“超聲、臭氧、紫外協同處理廢水的機理和參數優化探討”自然科學基金(10974044） 二、項目方案（包括項目的訓練目標、前期準備、組織實施、過程管理、實踐環節、老師指導、項目結題等）訓練目標：對高光效大功率ICP光源進行探討，學習并實踐課題所涉及的功率電子學、功率磁材學和等離子物理等交叉學科，同時設計高效電磁驅動模塊，開發出功率為200W，光效為85lm/W的高光效大功率ICP光源。前期準備：(1)學問上的準備：對項目所涉及到等離子物理、電子技術、電磁學、MCU技術、電力電子學和電磁兼容技術等學問進行學習；(2)組織分工上準備：該項目分為文檔資料準備和硬件設計兩個部分。要求項目組的每個成員充分理解整個項目所涉及的理論和技術環節，在此基礎上，項目組分為兩組，以羅正亮為負責人的小組負責高光效大功率ICP光源相關試驗電路的設計調試，以邵晴怡為負責人的小組負責收集、整理和書寫各類文字資料。項目組人員保證每周集中2次相互溝通，負責各個部分的成員講解近期的工作，探討所取得進展，使全部成員對項目進程有全面的了解。組織實施過程支配及實踐環節：（1）2010年5月-2010年10月全部成員完成項目所涉及到等離子物理、電磁學、電力電子學等學問的學習，完成部分的單元電路的設計以及參加江蘇省物理設計大賽作品的制作；（2）2010年11月-2011年4月，結合所學學問并在老師的指導下試制高光效大功率ICP光源，分別完成各部分電路的設計，并進行試驗等工作；（3）2011年5月-2011年10月，對高光效大功率ICP光源，進行光電參數、EMI和高溫等特性測試，并優化參數，進一步完善。（4）2011年11月-2012年4月結合理論分析書寫科技論文，并進行修改完善。同時著手書寫設計報告，準備項目結題驗收。老師指導:陳秉巖，男，1978年5月22日誕生，苗族，云南普洱人，碩士，試驗師。2002年6月畢業于華中師范高校物理科學和技術學院獲物理學學士學位，2010年1月畢業于南京高校獲碩士學位。主要探討方向為電力電子和電力傳動、物理電子學和自動化儀器儀表技術。河海高校老師，中國電子學會、中國儀器儀表學會和中國物理學會會員；江蘇省科技服務社會“校企聯盟”物理電子學學科帶頭人(江蘇省科技廳登記備案號：B050001)，河海高校“高頻電子電路精品課程”教學團隊成員，常州市凱森光電有限公司、常州市良久機械制造有限公司等“校企聯盟”合作單位的物理電子和電力電子技術顧問。于2004-2008年先后3次主持河海高校自制儀器設備項目(XZX/04A001-06，XZX/06A001-04，XZX/07A電元件六廠和常州市良久機械制造有限公司托付河海高校的課題(A11/HA0117和A11/HA0172)；2009年，主持江蘇省輸配電裝備重點試驗室開放課題(CS0906)、河海高校中心高校基本科研業務經費項目和河海高校青年基金項目(XZX/09B001-04)，河海高校教化教改課題(物理電子創新人才培育模式探討和探究09A004-21)；先后參和朱昌平教授的國家自然科學基金(10574038，10974044)、江蘇高校高新技術產業發展項目(JHB05-08)和常州市科技攻關(CE2005026)等項目。從2005年和校外多家企業合作起先，先后從事電機驅動和限制、感應耦合等離子光源、LED照明等電力電子、物理電子和自動化方面的交叉學科的探討和技術開發工作。申請專利6項(獨創專利4項)、軟件著作權2項，發表科研論文16篇(EI/ISTP檢索2篇次，中信所檢索8篇)，參和完成教化部技術鑒定1項。獲得河海高校教學成果獎4項(一等獎2項)，2008年11月獲高等學校自制教學儀器設備成果獎，2010年1月28日獲中國電子學會電子信息科學技術三等獎(第四完成人)；負責2007-2009年度江蘇省物理及試驗科技作品創新競賽工作，指導多項高校生創新訓練支配項目(國家級3項)。所指導的學生在省級及以上學科競賽中累計獲得24個獎項(其中一等獎8項)，兩次被評為優秀組織單位和優秀指導老師。三、完成項目探討的條件和保障（1申請人或團隊狀況，包括自身具備的學問條件、自己的特長、愛好、已有的實踐創新成果等；2.學校供應條件，包括項目開展所需的試驗實訓狀況、配套經費、相關扶持政策等。）1、申請人已完成校級高校生創新訓練支配項目一項，在第六屆江蘇省科技試驗作品競賽中獲得一等獎，自2008年進入物理科技創新試驗室以來，主要學習電力電子相關學問，學問儲備和硬件設計均有提高。團隊成員也已在指導老師的帶領下了解相關學問，均為相關專業學生。2、該課題來源于“校企聯盟”合作單位常州凱森光電技術有限公司托付給河海高校物理科技創新試驗室的光電技術開發和人才培育需求，項目在基本完成了校區學生科技基金項目（老師命題）“外耦合40W等離子體無極燈開發”的基礎上進一步申報。項目在探討過程中可以充分利用常州凱森光電技術公司的高溫測試設備、光電測試設備和試驗室進行相關參數的檢測。3、項目所在試驗室經過進幾年的發展，在學校和企業的幫助下，已經添置了數字示波器、防靜電焊臺、電參數測試儀、LCR數字電橋等必備設備。4、節能減排、發展低碳經濟是目前世界經濟發展的主流，國家大力提倡培育創新型人才，本課題的探討對節能減排具有主動的作用。課題有利于學生了解新技術的發展趨勢和前景，駕馭相關技能，開拓思路，提高創新實力。四、預期成果1.制作感應耦合等離子光源系統一個（主要技術指標為：功率P≥200W；功率因數PF≥0.98；光源光效≥85lm/W；運用5600K熒光粉的顯色指數Ra≥90；輸入電壓AC220±20﹪V；符合CISPR(國際無線電干擾委員會)的B類EMI傳導干擾要求；工作環境溫度-40~+50℃）；2.公開發表科研論文1-2篇；3.參加省級及以上學科競賽獲獎1項。五、經費預算資料收集費：1200元（購買圖書資料費用）試驗材料費：8000元（電子元件4000，印刷電