CN101398443A - 智能脉冲发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能脉冲发生器，包括有脉冲发生电路和控制电路，用于接收脉冲发生电路的信号，并根据所接收的信号发出对脉冲发生电路进行控制的激光信号；触发电路，用于接收控制电路所发出的对脉冲发生电路进行控制的激光信号，并使脉冲发生电路处于导通工作状态。控制电路有接收脉冲发生电路所发出的电磁波信号的感应天线，与感应天线相连的单片机，以及与单片机相连的控制输出。触发电路有继电器KM1、大功率晶体管Q1和行输出变压器T。脉冲发生电路是采用Marx发生器。本发明构成价格低廉、结构简单的Marx发生器。实现了单片机在强电磁脉冲的影响下对Marx发生器进行控制，实现放电脉冲可控性，为进一步对高压脉冲磁场特性的研究和利用提供了设备基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉冲发生器。特别是涉及一种结构简单，控制简便、灵活，低成本，智能化，不易受干扰的智能脉冲发生器。
背景技术
作为一种高压脉冲发生装置，Marx(马克思脉冲)发生器工作时产生的电磁脉冲会严重干扰控制电路的正常工作，因此传统Marx发生器的自动化水平低下，控制系统复杂，需要对控制系统采取特殊的屏蔽措施。如何避免电磁脉冲的干扰，简化控制系统的设计，实现较好的控制效果，成为Marx发生器控制系统设计中的一个重要难题。
大功率Marx发生器是高压脉冲实验中的常用设备，由于它在工作过程中会产生很强的电磁干扰，所以对于其控制系统抗干扰能力要求很高，一般都会采用抗干扰能力强的光纤作为控制信号的传输介质，但是其成本较高；其脉冲检测系统在强电磁干扰作用下，设计起来也比较复杂，对于检测设备的性能要求也比较高。对于小型的Marx发生器，作为其它设备的组成部分，其控制系统的设计受成本和设备本身智能程度限制，不宜采用传统的控制方法和控制设备，因此设计一种简单、智能、不易受干扰而且廉价的Marx发生器控制系统势在必行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出了一种设计简单，控制简便、灵活，低成本，智能化，不易受干扰的智能脉冲发生器。
本发明所采用的技术方案是：一种智能脉冲发生器，包括有脉冲发生电路，还设置有：控制电路，用于接收脉冲发生电路的信号，并根据所接收的信号发出对脉冲发生电路进行控制的激光信号；触发电路，用于接收控制电路所发出的对脉冲发生电路进行控制的激光信号，并使脉冲发生电路处于导通工作状态。
所述的控制电路包括有接收脉冲发生电路所发出的电磁波信号的感应天线，与感应天线相连的单片机，以及与单片机相连的控制输出，其中，所述的感应天线的一端接收脉冲发生电路所发出的电磁波信号，另一端与单片机的PTA2脚相连接；所述的控制输出是由激光二极管D和光敏三极管Q组成，所述的激光二极管D的正极连接单片机的PTA1脚，负极接VSS，光敏三极管Q接收激光二极管D的激光信号，并通过集电极与触发电路相连向其输出控制信号，光敏三极管Q的发射极接地。
所述的触发电路包括有继电器KM1、大功率晶体管Q1和行输出变压器T，其中，继电器KM1线圈的一端连接控制电路中的光敏三极管Q的集电极，接收控制信号，另一端连接24V电源；继电器KM1的开关K1一端连接一个独立于控制电路的24V电源，另一端连接行输出变压器T输入端的6脚；大功率晶体管Q1的发射极接地，集电极连接行输出变压器T输入端的7脚，基极通过电阻R1连接行输出变压器T输入端的5脚；行输出变压器T输出端的8脚为输出端，通过高压硅堆D1连接脉冲发生电路，行输出变压器T输出端的4脚接地。
所述的脉冲发生电路是采用Marx发生器，具体是由多数个相同的电容C并联连接，在每两个电容C的各相并联端之间都接有一个阻值大于2MΩ的电阻R，在每两个电容C的尾首之间都通过放电球隙相连；所述的脉冲发生电路的输入端连接触发电路的输出端，输出端构成放电终端，对地进行脉冲放电，产生的电脉冲向控制电路发出电磁波信号。
本发明的智能脉冲发生器，是用简单的电路和元器件做出的价格低廉、结构简单的Marx发生器。通过单片机、传感器和执行机构，在一定范围内检测并控制Marx发生器产脉冲的次数，满足实际使用中的需要。实现了单片机在强电磁脉冲的影响下对Marx发生器进行控制，实现放电脉冲可控性，为进一步对高压脉冲磁场特性的研究和利用提供了设备基础。
附图说明
图1是本发明的整体结构框图；
图2是触发电路的电路原理图；
图3是脉冲发生电路的电路原理图；
图4是控制电路的电路原理图。
其中：
1：触发电路 2：脉冲发生电路
3：控制电路 31感应天线：
32：单片机 33：控制输出
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的智能脉冲发生器做出详细说明。
如图1所示，本发明的智能脉冲发生器，包括有脉冲发生电路(Marx)2，还设置有：控制电路3，用于接收脉冲发生电路2的信号，并根据所接收的信号发出对脉冲发生电路2进行控制的激光信号；触发电路1，用于接收控制电路3所发出的对脉冲发生电路2进行控制的激光信号，并使脉冲发生电路2处于导通工作状态。
如图2所示，所述的触发电路1包括有继电器KM1、大功率晶体管Q1和行输出变压器T，其中，继电器KM1线圈的一端连接控制电路3中的光敏三极管Q的集电极，接收控制信号C，另一端连接24V电源；继电器KM1的开关K1一端连接一个独立于控制电路的24V电源，另一端连接行输出变压器T输入端的6脚；大功率晶体管Q1的发射极接地，集电极连接行输出变压器T输入端的7脚，基极通过电阻R1连接行输出变压器T输入端的5脚；行输出变压器T输出端的8脚为输出端HV，通过高压硅堆D1连接脉冲发生电路2，行输出变压器T输出端的4脚接地。
行输出变压器T的原边可等效为铁氧体磁芯线圈，它比普通电感线圈有更高的电感量和品质因数。当继电器KM1的开关K1闭合时，行输出变压器T的6脚接通24/10A直流电源，电流由6脚流向5脚，此时大功率晶体管Q1导通，在导通的瞬间，行输出变压器T的7脚相当于接地，电势变为0，5脚与7脚之间会产生一个方向与原来相反的很大的感应电动势，电流由5脚流向7脚。此时，大功率晶体管Q1截止，7脚电位升高而5脚降低，所以电流又由7脚流向5脚，此时大功率晶体管Q1再次导通，以上过程重复进行，那么大功率晶体管一会儿导通，一会儿截止，相当于从行输出变压器T的5脚、7脚输入了方波信号。根据电磁感应原理，行输出变压器T输出端产生高压，经过高压硅堆整流，最终就会产生比较稳定的直流高电压，提供给脉冲发生电路2。
如图3所示，所述的脉冲发生电路2采用Marx(马克思脉冲)发生器，是由多数个相同的电容C并联连接，在每两个电容C的各相并联端之间都接有一个阻值大于2MΩ的电阻R，在每两个电容C的尾首之间都通过放电球隙g相连；所述的脉冲发生电路2的输入端连接触发电路1的输出端HV，输出端构成放电终端，对地进行脉冲放电，产生的电脉冲向控制电路3发出电磁波信号FD。
Marx发生器的基本原理是使电容C并联充电，再串联放电，从而实现电压的倍增。当所加电压为+HV时，因为初始时放电球隙g并未被击穿，故而断路。所有的电容C并联在电源两侧。对于每一个电容C而言，如果充满电，其两端的电势差为+HV。当在+HV的电压作用下第一级放电球隙g击穿后，如图2，①②两点相当于导线连接，②处的电势瞬时变化到和①相同，即从0变为+HV；③与②的电势差为+HV，故而③处电势变为+2HV；紧接着第二个放电球隙g击穿，④处电势由0变为+2HV，⑤处变为+3HV…依此类推，经过n次升压，在放电终端，电压升高为+nHV。从而在很短的时间内实现了电压的倍增。而且，因为图中电阻R的阻值很大，为MΩ级，可以起到很好的隔离作用，使相邻各点之间的电势不会在短时间内相互影响。
如图4所示，所述的控制电路3包括有接收脉冲发生电路2所发出的电磁波信号的感应天线31，与感应天线31相连的单片机32，以及与单片机32相连的控制输出33，其中，所述的感应天线31的一端接收脉冲发生电路2所发出的电磁波信号FD，另一端与单片机32的PTA2脚相连接；所述的控制输出33是由激光二极管D和光敏三极管Q组成，所述的激光二极管D的正极连接单片机32的PTA1脚，负极接VSS，光敏三极管Q接收激光二极管D的激光信号，并通过集电极与触发电路1相连向其输出控制信号C，光敏三极管Q的发射极接地。
Marx发生器在放电的同时会产生强电磁脉冲，对单片机32具有很强的影响作用，根据这一理论，可以利用单片机32感应Marx发生器放电时产生的电磁脉冲信号。为了效果明显，在单片机32的PTA2脚连接一个电感线圈来感受电磁波(如图3中的感应天线31)。当2的放电终端有电弧产生时，同时发出的强电磁波通过PTA2连接的感应天线31，感应天线31将电磁波信号转化成电信号输送到单片机32，触发单片机32的内部中断，启动相应的程序，开始执行相应的操作。
单片机32输出端连接一个红色半导体激光二极管D。当输出低电平时，红色激光二极管D就会发出激光，利用激光触发光敏三极管Q，通过光敏三极管Q的通断变化影响触发电路1中的继电器KM1。
继电器开关K1是控制Marx发生器工作的总开关，处在常开状态，脉冲发生电路2不工作。当光敏三极管Q接收到激光二极管D发出的激光信号时，激光二极管D由截止状态变为导通状态，继电器线圈有电流流过，继电器开关K1进入闭合状态，脉冲发生电路2工作。同理当激光消失，开关恢复到常开状态。脉冲发生电路2再次停止工作工作
本发明的智能脉冲发生器，正常工作时首先通过单片机的控制板输入相应的参数，当按动启动按键后，红色激光二极管就会点亮，在其作用下触发电路导通，系统进入工作状态。首先看到Marx发生器的放电球隙逐级被击穿，最后到放电尖端有一个5cm长的电弧。每出现一次电弧，单片机依靠感应电磁脉冲计数一次，同时数码管的显示数字就会自动加1，直到放电次数达到预定次数，红色激光二极管就会熄灭，系统停止工作。Marx发生器停止放电，工作完毕。
Claims (4)
1.一种智能脉冲发生器，包括有脉冲发生电路(2)，其特征在于，还设置有：控制电路(3)，用于接收脉冲发生电路(2)的信号，并根据所接收的信号发出对脉冲发生电路(2)进行控制的激光信号；触发电路(1)，用于接收控制电路(3)所发出的对脉冲发生电路(2)进行控制的激光信号，并使脉冲发生电路(2)处于导通工作状态。
2.根据权利要求1所述的智能脉冲发生器，其特征在于，所述的控制电路(3)包括有接收脉冲发生电路(2)所发出的电磁波信号的感应天线(31)，与感应天线(31)相连的单片机(32)，以及与单片机(32)相连的控制输出(33)，其中，所述的感应天线(31)的一端接收脉冲发生电路(2)所发出的电磁波信号(FD)，另一端与单片机(32)的PTA2脚相连接；所述的控制输出(33)是由激光二极管D和光敏三极管Q组成，所述的激光二极管D的正极连接单片机(32)的PTA1脚，负极接VSS，光敏三极管Q接收激光二极管D的激光信号，并通过集电极与触发电路(1)相连向其输出控制信号(C)，光敏三极管Q的发射极接地。
3.根据权利要求1所述的智能脉冲发生器，其特征在于，所述的触发电路(1)包括有继电器KM1、大功率晶体管Q1和行输出变压器T，其中，继电器KM1线圈的一端连接控制电路(3)中的光敏三极管Q的集电极，接收控制信号(C)，另一端连接24V电源；继电器KM1的开关K1一端连接一个独立于控制电路的24V电源，另一端连接行输出变压器T输入端的6脚；大功率晶体管Q1的发射极接地，集电极连接行输出变压器T输入端的7脚，基极通过电阻R1连接行输出变压器T输入端的5脚；行输出变压器T输出端的8脚为输出端，通过高压硅堆D1连接脉冲发生电路(2)，行输出变压器T输出端的4脚接地。
4.根据权利要求1所述的智能脉冲发生器，其特征在于，所述的脉冲发生电路(2)是采用Marx发生器，具体是由多数个相同的电容C并联连接，在每两个电容C的各相并联端之间都接有一个阻值大于2MΩ的电阻R，在每两个电容C的尾首之间都通过放电球隙(g)相连；所述的脉冲发生电路(2)的输入端连接触发电路(1)的输出端(HV)，输出端构成放电终端，对地进行脉冲放电，产生的电脉冲向控制电路(3)发出电磁波信号(FD)。
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