CN105049004B - 一种管式纳秒级高压陡脉冲源 - Google Patents

一种管式纳秒级高压陡脉冲源 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种管式纳秒级高压陡脉冲源，由高压直流源、输入连接器、脉冲传输路径、操作开关和输出连接器组成；输入连接器由输入高压BNC接头和输入连接头组成；输入高压BNC接头连接高压直流源；输出连接器由输出连接头和输出高压BNC接头组成；脉冲传输路径连接输入连接头和输出连接头；操作开关设置于脉冲传输路径外部；脉冲传输路径中设有通过操作开关控制以控制高压陡脉冲源输出的湿簧管。本发明陡脉冲源，体积小，重量轻，可用于电声脉冲法测量空间电荷的试验装置中；本发明采用以湿簧管代替火花间隙，使得电源的重量大大减小，经试验可输出脉冲宽度为1ns左右，幅值最高为2000V的纳秒级脉冲电压。

Description

一种管式纳秒级高压陡脉冲源
【技术领域】
本发明属于高压脉冲技术领域，特别涉及一种管式纳秒级高压陡脉冲源。
【背景技术】
最近几年，随着科学技术的发展，人们研制出了新的测试技术，以迎接业界新标准快速发展所带来的挑战，例如各种信号发生器，半导体和通信技术，脉冲测试技术在许多领域中得到了广泛应用。另外，当前大功率ns级脉冲发生器已经成为科学研究的热点，在环保、生物领域得到成功应用，在军事领域，除了等离子体隐身用到ns级高压高重复频率脉冲电源外，还有微波武器、激光武器等都用到这种脉冲电源。
高压脉冲发生器在实际生活中被得以广泛的应用。在静电除尘方面，脉冲供电技术是静电除尘中一种先进的供电方式；在通信领域，被用于超宽带UWB无线通信技术；还用于测量空间电荷的分布；在食品灭菌领域，高压脉冲电场杀菌是一种全新的非热处理杀菌方法；以及在医疗领域，可利用体外高电压脉冲放电产生震波来粉碎人体内的结石；当然，高压脉冲发生器也可应用于一些储能设备中高压脉冲放电开关的触发，引爆高压火花隙雷管等场所。
毫微秒脉冲发生器在电子能谱测量的飞行时间(TOF)技术中有着重要的应用。基于单片机的高压脉冲发生器，在产生脉冲宽度、脉冲个数、脉冲电压强度均需要调节的高压脉冲电场中有着广泛应用。而对于超高分辨率雷达、扩频通信技术以及其它许多需要宽带辐射的应用来说，超短脉冲发生器是十分重要的，从某种程度上来讲，超短脉冲的形成技术已成为许多宽带应用中的核心技术。
在静电除尘中脉冲供电等技术是一种先进的供电方式，而开关元件是脉冲装置的关键部件。高压脉冲电源种类有多种，按高压脉冲电源的实现的方法其可分为机械开关式，高压固态开关式，和Marx网络(Marx发生器)等。其中高压固态开关式，和Marx网络可实现纳秒级的窄脉冲和很高的脉冲频率。
自从Takada教授在1983年提出的电声脉冲法，现已发展成为研究固体介质中空间电荷分布的一种成熟的测量技术，其基本原理是受电脉冲作用的介质试样内部有空间电荷存在，故会产生不均匀形变，测量声信号可从中得到空间电荷分布的信息，测量灵敏度及分辨力与电脉冲的形状密切相关，故电压脉冲发生器为该装置的关键部件，但传统的电压脉冲发生器由火花间隙产生电脉冲，其缺点是脉冲脉冲波形易变化。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种管式纳秒级高压陡脉冲源，以解决现有陡脉冲源体积庞大、结构复杂、脉冲波形易变化的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种管式纳秒级高压陡脉冲源，由高压直流源、输入连接器、脉冲传输路径、操作开关和输出连接器组成；输入连接器由输入高压BNC接头和输入连接头组成；输入高压BNC接头连接高压直流源；输出连接器由输出连接头和输出高压BNC接头组成；脉冲传输路径连接输入连接头和输出连接头；操作开关设置于脉冲传输路径外部；脉冲传输路径中设有通过操作开关控制以控制高压陡脉冲源输出的湿簧管；输入连接头外部为两端开孔的输入端铜柱外壳，中间为高压电极，高压电极和输入端铜柱外壳之间填充绝缘材料，在输入连接头两端高压电极之间连接限流保护电阻，限流保护电阻两端通过两个输入端平板电极与高压电极连接；输出连接头外部为输出端铜柱外壳，中心为高压电极，输出端铜柱外壳和高压电极之间填充绝缘材料，在输出连接头两端高压电极之间连接匹配电阻，匹配电阻两端电极通过两个输出端平板电极与高压电极连接。
本发明进一步的改进在于：脉冲传输路径外部为1米长的铜管；铜管中心为高压电极，高压电极和铜管填充绝缘材料；铜管中的高压电极中部连接湿簧管。
本发明进一步的改进在于：高压电极为直径为3mm的硬铜导线。
本发明进一步的改进在于：铜管的管径为10mm，管壁厚为2mm。
本发明进一步的改进在于：脉冲传输路径通过螺纹与输入连接器和输出连接器连接。
本发明进一步的改进在于：限流保护电阻为10kΩ的无感电阻；匹配电阻为50Ω的无感电阻。
本发明进一步的改进在于：高压直流源最大输出2kV，负载2MΩ，最大输出功率2W；输入高压BNC接头和输出高压BNC接头均为耐压为2kV的高压BNC接头。
本发明进一步的改进在于：操作开关包括设置在湿簧管位置的脉冲传输路径外部配置两个半圆形的第一磁铁和第二磁铁。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明一种管式纳秒级高压陡脉冲源，体积小，重量轻，可用于电声脉冲法测量空间电荷的试验装置中；本发明采用以开关电路为基础的电源代替原来的工频整流电源，以湿簧管代替火花间隙，使得电源的重量大大减小，经试验可输出脉冲宽度为1ns左右，幅值最高为2000V的纳秒级脉冲电压。
本发明携带方便、操作简单与测试安全、精度高，它能够应用于试验和校验高频探头、电力系统高压绝缘监测、激光技术、微波技术和电磁兼容等试验方面，可提高上述技术应用的精度和准确度，为高频高压脉冲的产生提供一种简单、高效的设计方法。
【附图说明】
图1为本发明一种管式纳秒级高压陡脉冲源的结构示意图；
图2为高压直流源的原理图。
【具体实施方式】
请参阅图1所示，本发明一种管式纳秒级高压陡脉冲源，由高压直流源、输入连接器1、脉冲传输路径2、操作开关3和输出连接器4组成。
高压直流源的原理图如图2所示。高压直流源使用反激型开关电源，该电源由高频开关切换低压直流源，将直流信号转变为高频信号，并通过高频升压变压器将低压高频信号变为高压高频信号，最后通过整流电路将交流高压信号转换为高压直流信号。该电源最大输出2kV，负载2MΩ，最大输出功率2W。
输入连接器1由输入高压BNC接头11和输入连接头组成，本装置中选用耐压为2kV的高压BNC接头11，用于与直流高压源进行连接。输入连接头外部为两端开孔的输入端铜柱外壳12，中间为高压电极23，高压电极23和输入端铜柱外壳12之间为绝缘材料——聚四氟乙烯13，在输入连接头两端高压电极23之间连接10kΩ的限流保护电阻15，限流保护电阻15为没有引线的无感电阻，其两端通过两个输入端平板电极14与高压电极23连接。
脉冲传输路径2外部为1米长的铜管21，管径为10mm，管壁厚为2mm；铜管21中心为高压电极23，高压电极23为直径为3mm的硬铜导线，高压电极23和铜管21之间为聚四氟乙烯22。脉冲传输路径2通过螺纹与输入连接器1和输出连接器4连接，铜管21中的高压电极23中部连接湿簧管24。
在湿簧管24位置的脉冲传输路径2外部配置两个半圆形的第一磁铁31和第二磁铁32，即形成操作开关3。当需要输出高压脉冲时，将两个磁铁靠近湿簧管24，当湿簧管24接收到磁场即迅速闭合，从而控制高压陡脉冲源的输出。
输出连接器4由输出连接头和输出高压BNC接头41组成。输出高压BNC接头41耐压为2kV，与外部设备相连。输出连接头外部为输出端铜柱外壳42，中心为高压电极23，输出端铜柱外壳42和高压电极23之间为聚四氟乙烯43，在输出连接头两端高压电极之间连接50Ω的匹配电阻45，匹配电阻45为没有引线的无感电阻，其两端电极通过两个输出端平板电极44与高压电极23连接。输出连接头端部较细部分通过螺纹与脉冲传输路径2连接。
本发明中，湿簧管24的接通/断开速度可以达到纳秒级，使脉冲波形稳定，不易变化。本发明采用1米长的铜管，利用其中1米长的高压电极的电阻作为波阻抗来进行输出信号的匹配，使输出脉冲达到纳秒级。

Claims (6)

1.一种管式纳秒级高压陡脉冲源，其特征在于，由高压直流源、输入连接器(1)、脉冲传输路径(2)、操作开关(3)和输出连接器(4)组成；
输入连接器(1)由输入高压BNC接头(11)和输入连接头组成；输入高压BNC接头(11)连接高压直流源；
输出连接器(4)由输出连接头和输出高压BNC接头(41)组成；
脉冲传输路径(2)连接输入连接头和输出连接头；
操作开关(3)设置于脉冲传输路径(2)外部；
脉冲传输路径(2)中设有通过操作开关(3)控制以控制高压陡脉冲源输出的湿簧管(24)；
输入连接头外部为两端开孔的输入端铜柱外壳(12)，中间为高压电极(23)，高压电极(23)和输入端铜柱外壳(12)之间填充绝缘材料，在输入连接头两端高压电极(23)之间连接限流保护电阻(15)，限流保护电阻(15)两端通过两个输入端平板电极(14)与高压电极(23)连接；
输出连接头外部为输出端铜柱外壳(42)，中心为高压电极(23)，输出端铜柱外壳(42)和高压电极(23)之间填充绝缘材料，在输出连接头两端高压电极之间连接匹配电阻(45)，匹配电阻(45)两端电极通过两个输出端平板电极(44)与高压电极(23)连接；
脉冲传输路径(2)外部为1米长的铜管(21)；铜管(21)中心为高压电极(23)，高压电极(23)和铜管(21)之间填充绝缘材料；铜管(21)中的高压电极(23)中部连接湿簧管(24)；
操作开关(3)包括设置在湿簧管(24)位置的脉冲传输路径(2)外部配置两个半圆形的第一磁铁(31)和第二磁铁(32)。
2.根据权利要求1所述的一种管式纳秒级高压陡脉冲源，其特征在于，高压电极(23)为直径为3mm的硬铜导线。
3.根据权利要求1所述的一种管式纳秒级高压陡脉冲源，其特征在于，铜管(21)的管径为10mm，管壁厚为2mm。
4.根据权利要求1所述的一种管式纳秒级高压陡脉冲源，其特征在于，脉冲传输路径(2)通过螺纹与输入连接器(1)和输出连接器(4)连接。
5.根据权利要求1所述的一种管式纳秒级高压陡脉冲源，其特征在于，限流保护电阻(15)为10kΩ的无感电阻；匹配电阻(45)为50Ω的无感电阻。
6.根据权利要求1所述的一种管式纳秒级高压陡脉冲源，其特征在于，高压直流源最大输出2kV，负载2MΩ，最大输出功率2W；输入高压BNC接头(11)和输出高压BNC接头(41)均为耐压为2kV的高压BNC接头。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105510652B (zh) * 2015-11-27 2018-09-07 中国人民解放军军械工程学院 用于hemp传导抗扰度试验的脉冲电流注入源
CN112433129B (zh) * 2020-10-27 2022-07-26 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院 一种模拟gis设备vfto传导微缩实验装置用高速开关

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5710517A (en) * 1995-08-01 1998-01-20 Schlumberger Technologies, Inc. Accurate alignment of clocks in mixed-signal tester
CN102684653A (zh) * 2012-05-29 2012-09-19 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种数字同步脉冲无线低抖动传输方法
CN204993280U (zh) * 2015-07-02 2016-01-20 国家电网公司 一种管式纳秒级高压陡脉冲源

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5710517A (en) * 1995-08-01 1998-01-20 Schlumberger Technologies, Inc. Accurate alignment of clocks in mixed-signal tester
CN102684653A (zh) * 2012-05-29 2012-09-19 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种数字同步脉冲无线低抖动传输方法
CN204993280U (zh) * 2015-07-02 2016-01-20 国家电网公司 一种管式纳秒级高压陡脉冲源

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
小型纳秒级电压脉冲发生器的研制;吕亮 等;《高电压技术》;20030331;第29卷(第3期);第42-43，45页 *

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