CN103743926B - 一种独立式微分-积分高压探头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种独立式微分-积分高压探头，包括通过同轴电缆相连的高压微分器和低压积分器；高压微分器为同轴对称结构，其包括屏蔽支架、一杯状的采样电极和一棒状的高压电极；低压积分器也为同轴对称结构，其包括壳体以及安装于壳体内的积分电容、积分电阻和阻抗匹配器。本发明采用独立式的微分单元设计，相比整合式的微分-积分系统，其应用更灵活自由；相比现有商用独立式探头，本发明由于采用高压电极、绝缘子和采样电极组成的电容结构，其耐压范围更高，可达到200kV以上，体积上甚至更小；同时本发明采用紧凑的积分器结构设计，最大限度地减小了回路杂散电感，能够获得优异的高频响应。

Description

一种独立式微分-积分高压探头
技术领域
本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种独立式微分-积分高压探头。
背景技术
脉冲功率技术是将能量在空间和时间上进行压缩，在极短的时间内释放大量的能量，以产生特定的物理或化学效应。其中对于高压电脉冲信号的测量诊断，是非常重要的一环，其对于脉冲系统的输出特性、运行状况监测等有重要意义。
高压探头实质上是一个信号衰减器，对输入的高压信号进行衰减，使衰减后的信号处于示波器的耐受电压范围内。当衰减器对于各个频段的衰减比一致，那么衰减后的信号波形乘以衰减比，即可准确还原输入的高压信号。评价高压探头性能的标准，就是能否在被测量的频段内实现一致的信号衰减比。
常用的高压探头有电阻分压器、电容分压器、微分-积分系统。顾名思义，微分-积分系统包含两个部分，微分单元（亦有称为D-dot）是通过电容耦合高压信号到传输线，采集得到的信号是对高压信号进行微分之后的低压信号，经过传输线传至示波器前，经过积分器对微分信号还原，即可得到经过衰减而波形与高压信号一致的信号。
微分单元因为是通过电容耦合所测信号，其高频响应佳。一般微分单元采用探测电极同所测的高压电极耦合的电容作为采样电容，因此微分单元一般是集成在脉冲系统内的。但同时某些场合更希望采用脱离系统的独立形式的电压探头，其应用更为灵活。这种独立形式的电压探头，一般采用电阻分压、电容分压联合的形式，利用电阻分压采集直流和低频信号，利用电容采集高频信号。市场上现有的可以对ns/μs高压脉冲进行测量的独立式探头主要有Tektronix公司的P6015A高压探头（直流20kV，脉冲40kV），Northstar公司的PVM-5高压探头（最高直流60kV，脉冲100kV）；其中PVM-5是市场上量程最大的独立式电压探头，但对于所测量的电压幅值在100kV以上的应用环境，其耐压等级仍不够高存在局限。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种独立式微分-积分高压探头，其耐压等级能达到200kV以上，且结构紧凑体积小。
一种独立式微分-积分高压探头，包括通过同轴电缆相连的高压微分器和低压积分器；所述的高压微分器用于对高压信号进行微分，并将得到的微分信号通过同轴电缆传输给低压积分器；所述的低压积分器用于对微分信号进行积分还原得到与高压信号等比的低压信号，供示波器读取。
所述的高压微分器为同轴对称结构，其包括屏蔽支架、一杯状的采样电极和一棒状的高压电极；所述的采样电极设于屏蔽支架内，所述的高压电极一端与外部电压源的高压端相连，另一端插入采样电极的杯体内且通过绝缘子与采样电极隔离；采样电极与同轴电缆一端的内层导体相连，屏蔽支架与外部电压源的低压端以及同轴电缆一端的外层导体相连；
所述的低压积分器也为同轴对称结构，其包括壳体以及安装于壳体内的积分电容、积分电阻和阻抗匹配器；所述的积分电容采用轴对称的穿心电容，其穿心导体的一端与外部示波器BNC（刺刀螺母连接器）接口的插针相连，另一端与积分电阻的一端相连，穿心电容的接地极与壳体相连接；所述的阻抗匹配器由n个匹配电阻构成，n个匹配电阻并联后一端与壳体相连，另一端与积分电阻的另一端相连并接同轴电缆另一端的内层导体；所述的壳体与同轴电缆另一端的外层导体和外部示波器BNC接口的插壳相连；n为大于0的自然数。
所述的采样电极杯体底部表面为球状且通过绝缘体与屏蔽支架固定支撑。
所述的高压电极整体被包裹于绝缘子中，其两端表面为球状且与电压源相连的一端出头。
优选地，所述的绝缘子露出采样电极杯体外的部分为多层凸盘状结构；能够避免沿面放电。
优选地，所述的屏蔽支架上布置有屏蔽网；能够避免外部的电磁耦合干扰。
优选地，所述的n个匹配电阻环绕绑定于积分电阻四周；能够减小回路电感，获得良好的高频响应。
所述的n个匹配电阻并联后的阻值与同轴电缆的阻抗相匹配。
所述的屏蔽支架底部设有与同轴电缆配合的BNC接头，该BNC接头的插针一端与采样电极相连，另一端与同轴电缆一端的内层导体相连，该BNC接头的插壳与屏蔽支架和同轴电缆一端的外层导体相连接。
所述的壳体一端设有与同轴电缆配合的BNC接头，该BNC接头的插针一端与积分电阻的另一端相连，插针另一端与同轴电缆另一端的内层导体相连，该BNC接头的插壳与壳体和同轴电缆另一端的外层导体相连接。
所述的壳体另一端设有与示波器配合的BNC接头，该BNC接头的插针一端与穿心导体一端相连，插针另一端与示波器BNC接口的插针连接，该BNC接头的插壳与壳体和示波器BNC接口的插壳连接。
所述的壳体内侧具有与穿心电容配合的卡位键，其用于固定支撑所述的穿心电容，使得穿心电容的接地极与壳体相连接。
所述的壳体为管状；所述的积分电阻与积分电容串联构成积分回路，并位于壳体同轴结构中心。
上述高压探头的电路拓扑结构由采样电容、同轴电缆、积分电容、积分电阻和匹配电阻组成；其中，采样电容的一端与外部电压源的高压端相连，另一端与同轴电缆一端的内层导体相连；同轴电缆一端的外层导体与外部电压源的低压端相连并接地；积分电阻的一端与匹配电阻的一端和同轴电缆另一端的内层导体相连，另一端与积分电容的一端和外部示波器的高压输入端相连；匹配电阻的另一端与积分电容的另一端、外部示波器的低压输入端和同轴电缆另一端的外层导体相连并接地。
所述的采样电容由高压电极、绝缘子和采样电极构成。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：
（1）本发明采用独立式的微分单元设计，相比整合式的微分-积分系统，其应用更灵活自由；相比现有商用独立式探头，本发明由于采用高压电极、绝缘子和采样电极组成的电容结构，其耐压范围更高，可达到200kV以上，体积上甚至更小。
（2）本发明采用紧凑的积分器结构设计，最大限度地减小了回路杂散电感，能够获得优异的高频响应。
附图说明
图1为本发明高压探头的结构示意图。
图2为本发明高压探头的电路原理示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其相关原理进行详细说明。
如图1所示，一种独立式微分-积分高压探头，包括通过同轴电缆7相连的高压微分器和低压积分器；
高压微分器用于对高压源的高压信号进行微分，并将得到的微分信号通过同轴电缆7传输给低压积分器；低压积分器用于对微分信号进行积分还原得到与高压信号等比的低压信号(与高压信号波形相同，幅值衰减)，供示波器读取。
高压微分器为同轴对称结构，其包括屏蔽支架5、一杯状的采样电极3和一棒状的高压电极1；采样电极3设于屏蔽支架5内，高压电极1一端与高压源的高压端相连，另一端插入采样电极3的杯体内且通过绝缘子2与采样电极3隔离。
屏蔽支架5底部设有与同轴电缆7配合的BNC接头4，BNC接头4的插针一端与采样电极3相连，另一端与同轴电缆7一端的内层导体相连，该BNC接头4的插壳与屏蔽支架5和同轴电缆7一端的外层导体相连接。
屏蔽支架5通过接地夹子6与高压源的低压端相连；采样电极3的杯体底部表面为球状且通过绝缘体14与屏蔽支架5固定支撑。高压电极1整体被包裹于绝缘子2中，其两端表面为球状且与高压源相连的一端出头；绝缘子2露出采样电极3杯体外的部分为多层凸盘状结构；屏蔽支架5上布置有屏蔽网，能够避免外部的电磁耦合干扰。
低压积分器也为同轴对称结构，其包括壳体9以及安装于壳体9内的积分电容12、积分电阻11和阻抗匹配器10；壳体9为管状，积分电阻11与积分电容12串联构成积分回路，并位于壳体9同轴结构中心。
积分电容12采用轴对称的穿心电容，其穿心导体的一端与积分电阻11的一端相连；壳体9内侧具有与穿心电容配合的卡位键15，其用于固定支撑穿心电容，使得穿心电容的接地极与壳体9相连接。
阻抗匹配器10由环绕绑定于积分电阻11四周的六个匹配电阻构成，六个匹配电阻并联后一端与壳体9相连，另一端与积分电阻11的另一端相连；六个匹配电阻并联后的阻值与同轴电缆7的阻抗相匹配。
壳体9一端设有与同轴电缆7配合的BNC接头8，BNC接头8的插针一端与积分电阻11的另一端相连，插针另一端与同轴电缆7另一端的内层导体相连，BNC接头11的插壳与壳体9和同轴电缆7另一端的外层导体相连接。
壳体9另一端设有与示波器配合的BNC接头13，BNC接头13的插针一端与穿心导体另一端相连，插针另一端与示波器BNC接口的插针连接，BNC接头13的插壳与壳体9和示波器BNC接口的插壳连接。
本实施方式高压探头的电路拓扑结构如图2所示，其由采样电容Cd、同轴电缆L、积分电容Ci、积分电阻Ri和匹配电阻Rw组成；其中，采样电容Cd的一端与高压源的高压端相连，采样电容Cd的另一端与同轴电缆L一端的内层导体相连；同轴电缆L一端的外层导体与高压源的低压端相连并接地；积分电阻Ri的一端与匹配电阻Rw的一端和同轴电缆L另一端的内层导体相连，积分电阻Ri的另一端与积分电容Ci的一端和示波器的高压输入端相连；匹配电阻Rw的另一端与积分电容Ci的另一端、示波器的低压输入端和同轴电缆L另一端的外层导体相连并接地。
高压源的信号经过微分单元的采样电容Cd采集到高压信号的微分信号，经过同轴电缆L传输到由匹配电阻Rw、积分电阻Ri和积分电容Ci构成的积分器，在积分电容Ci上获得经过积分还原的低压信号，输入到示波器读取波形。
图1中，本实施方式整个微分器为同轴对称结构。其中高压电极1、绝缘子2和采样电极3构成采样电容，绝缘子2采用多层盘状设计避免沿面放电，同轴电缆接头4连接采样电极3和屏蔽支架5，将采集到的微分信号输送到同轴电缆7，屏蔽支架5连接接地夹子6，高压源的高压端和接地端分别连接到高压电极1和接地夹子6，由此采集到高压信号。
整个积分器为同轴对称结构，其中同轴电缆接头8连接同轴电缆7，接受其传来的微分信号，六个匹配电阻10同轴环绕于积分电阻11周围，通过积分器外壳9与同轴电缆接头8相连，并联后的阻值与同轴电缆7的阻抗匹配，该结构最大程度减小了回路的电感。积分电阻11同积分电容12构成积分回路，此处积分电容12采用轴对称的穿心电容，积分电容12再连接同轴电缆接头13，把微分信号经过积分还原后的低压信号传送至示波器读取。

Claims (10)

1.一种独立式微分-积分高压探头，包括通过同轴电缆相连的高压微分器和低压积分器；其特征在于：
所述的高压微分器为同轴对称结构，其包括屏蔽支架、一杯状的采样电极和一棒状的高压电极；所述的采样电极设于屏蔽支架内，所述的高压电极一端与外部电压源的高压端相连，另一端插入采样电极的杯体内且通过绝缘子与采样电极隔离；采样电极与同轴电缆一端的内层导体相连，屏蔽支架与外部电压源的低压端以及同轴电缆一端的外层导体相连；
所述的低压积分器也为同轴对称结构，其包括壳体以及安装于壳体内的积分电容、积分电阻和阻抗匹配器；所述的积分电容采用轴对称的穿心电容，其穿心导体的一端与外部示波器BNC接口的插针相连，另一端与积分电阻的一端相连，穿心电容的接地极与壳体相连接；所述的阻抗匹配器由n个匹配电阻构成，n个匹配电阻并联后一端与壳体相连，另一端与积分电阻的另一端相连并接同轴电缆另一端的内层导体；所述的壳体与同轴电缆另一端的外层导体和外部示波器BNC接口的插壳相连；n为大于0的自然数。
2.根据权利要求1所述的高压探头，其特征在于：所述的采样电极的杯体底部表面为球状且通过绝缘体与屏蔽支架固定支撑。
3.根据权利要求1所述的高压探头，其特征在于：所述的高压电极整体被包裹于绝缘子中，其两端表面为球状且与电压源相连的一端出头。
4.根据权利要求1所述的高压探头，其特征在于：所述的绝缘子露出采样电极的杯体外的部分为多层凸盘状结构。
5.根据权利要求1所述的高压探头，其特征在于：所述的屏蔽支架上布置有屏蔽网。
6.根据权利要求1所述的高压探头，其特征在于：所述的屏蔽支架底部设有与同轴电缆配合的BNC接头，该BNC接头的插针一端与采样电极相连，另一端与同轴电缆一端的内层导体相连，该BNC接头的插壳与屏蔽支架和同轴电缆一端的外层导体相连接。
7.根据权利要求1所述的高压探头，其特征在于：所述的n个匹配电阻环绕绑定于积分电阻四周，且n个匹配电阻并联后的阻值与同轴电缆的阻抗相匹配。
8.根据权利要求1所述的高压探头，其特征在于：所述的壳体一端设有与同轴电缆配合的BNC接头，该BNC接头的插针一端与积分电阻的另一端相连，插针另一端与同轴电缆另一端的内层导体相连，该BNC接头的插壳与壳体和同轴电缆另一端的外层导体相连接；
所述的壳体另一端设有与示波器配合的BNC接头，该BNC接头的插针一端与穿心导体一端相连，插针另一端与示波器BNC接口的插针连接，该BNC接头的插壳与壳体和示波器BNC接口的插壳连接。
9.根据权利要求1所述的高压探头，其特征在于：所述的壳体内侧具有与穿心电容配合的卡位键，其用于固定支撑所述的穿心电容，使得穿心电容的接地极与壳体相连接。
10.根据权利要求1所述的高压探头，其特征在于：所述的壳体为管状，所述的积分电阻与积分电容串联构成积分回路并位于壳体同轴结构中心。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106154013B (zh) * 2016-06-17 2018-12-04 西安交通大学 一种复合型罗氏线圈积分电阻及其制造方法
CN107240843B (zh) * 2017-06-02 2019-03-08 西北核技术研究所 测电流用的高信噪比同轴电缆连接器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201576036U (zh) * 2010-01-05 2010-09-08 中国工程物理研究院流体物理研究所 同轴型无源阻容积分器
CN101839939A (zh) * 2010-04-23 2010-09-22 重庆大学 一种亚纳秒高压脉冲测量系统
CN201955375U (zh) * 2010-12-28 2011-08-31 中国工程物理研究院流体物理研究所 气密封型外积分式电容分压器
CN202075322U (zh) * 2011-01-14 2011-12-14 西北核技术研究所 双端匹配的快响应无源阻容积分器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4211944A1 (de) * 1992-04-09 1993-10-14 Philips Patentverwaltung Hochspannungseinheit mit einer Meßteiler-Widerstandsanordnung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201576036U (zh) * 2010-01-05 2010-09-08 中国工程物理研究院流体物理研究所 同轴型无源阻容积分器
CN101839939A (zh) * 2010-04-23 2010-09-22 重庆大学 一种亚纳秒高压脉冲测量系统
CN201955375U (zh) * 2010-12-28 2011-08-31 中国工程物理研究院流体物理研究所 气密封型外积分式电容分压器
CN202075322U (zh) * 2011-01-14 2011-12-14 西北核技术研究所 双端匹配的快响应无源阻容积分器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
快脉冲高电压大电流测量探头标定方法;来定国等;《强激光与粒子束》;20101031;第22卷(第10期);2469-2471 *
脉冲功率装置中电容分压器的设计和应用;卫兵等;《高电压技术》;20071231;第32卷(第12期);39-42 *

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