CN109738674B - 纳秒脉冲回流信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳秒脉冲回流信号采集装置，包括一改进电缆主体、BNC线、示波器，改进电缆主体包括同轴电缆高压铜芯、绝缘介质、外屏蔽层、绝缘胶皮，同轴电缆高压铜芯由若干根铜芯组成，绝缘介质包裹于同轴电缆高压铜芯的外围，绝缘介质的外围包裹有绝缘胶皮，绝缘胶皮的与绝缘介质之间设有外屏蔽层，外屏蔽层的一侧与无感电阻的一端连接；无感电阻的另一端连接有一端开路的BNC线，BNC线的另一端接入示波器。本发明的纳秒脉冲回流信号采集装置能够准确捕捉任意上升/下降沿和脉宽的纳秒脉冲信号，克服了传统探针响应频率低的缺陷；克服了传统测量方法存在的电压、电流相位偏差和能量分析失真的固有缺陷。

Description

纳秒脉冲回流信号采集装置

技术领域

本发明涉及信号采集技术领域，具体涉及一种纳秒脉冲回流信号采集装置。

背景技术

脉冲信号是一种上升沿、脉宽和下降沿均为几到几百纳秒的超短脉冲电信号，通常是通过电缆向负载传输。高压纳秒脉冲信号作用于终端可以产生纳秒脉冲放电，该放电具有电场强、化学性质活跃和气动性质独特的特点，在航空动力、生物医学和化学工业领域具有巨大的发展潜力。例如在国内捷联式惯性导航系统中广泛使用的惯性器件是机电式惯性传感器，这些传感器一般配用模拟再平衡回路，回路输出模拟信号，再经过量化得到脉冲信号，所以在捷联式惯性导航系统中需要对脉冲信号进行采集；同时在高精度测量要求的环境下使用的光栅尺的输出信号也为脉冲信号，需要对脉冲信号进行采集，而这种信号往往频率高，脉宽能到纳米级，所要求的采集环境和采集方法也比较高。

目前，针对纳秒脉冲信号的测量主要采用在电缆或者终端放置接触式电压探头、夹持式电压探针等方式，存在响应频率低、成本高昂、电磁干扰严重等缺点。另外，传统的测量方式需要在电缆线不同位置测量电压、电流信号，导致功率计算不准确；多点信号测量时，需要多个探头，进一步增加了成本。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种纳秒脉冲回流信号采集装置，该采集装置通过将同轴线缆剥开截断后，与无感电阻均匀排列、并联直接焊接或通过柔性电路板连接在屏蔽铜网上，通过金属卡环固定，再与BNC线、示波器连接检测，能够准确捕捉任意上升/下降沿和脉宽的纳秒脉冲信号，从基本原理上克服了传统探针响应频率低的缺陷；克服了传统测量方法存在的电压、电流相位偏差和能量分析失真的固有缺陷；不会对示波器、负载终端产生额外电磁干扰，自身也不易被干扰。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种纳秒脉冲回流信号采集装置，包括一改进电缆主体、BNC线、示波器，其特征在于，所述改进电缆主体包括同轴电缆高压铜芯、绝缘介质、外屏蔽层、绝缘胶皮，同轴电缆高压铜芯由若干根铜芯组成，绝缘介质包裹于同轴电缆高压铜芯的外围，绝缘介质的外围包裹有绝缘胶皮，绝缘胶皮的与绝缘介质之间设有外屏蔽层，外屏蔽层的一侧与无感电阻的一端连接；

所述绝缘胶皮的一端开口，靠近绝缘胶皮开口一侧的外屏蔽层的外围通过固定金属卡环紧固；所述无感电阻的另一端连接有一端开路的BNC线，BNC线的另一端接入示波器。

作为本发明进一步的方案，所述无感电阻的数量为10-15个，无感电阻通过均匀排列或并联方式焊接在外屏蔽层上，或通过柔性电路板连接在外屏蔽层上。

作为本发明进一步的方案，所述BNC线的另一端可通过衰减器接入示波器。

本发明的有益效果：

1、本发明的纳秒脉冲回流信号采集装置，该采集装置通过将同轴线缆剥开截断后，与无感电阻均匀排列、并联直接焊接或通过柔性电路板连接在屏蔽铜网上，通过金属卡环固定，再与BNC线、示波器连接检测，能够准确捕捉任意上升/下降沿和脉宽的纳秒脉冲信号，从基本原理上克服了传统探针响应频率低的缺陷。

2、本发明信号采集装置采集的信号通过算法处理，能够同时分辨出脉冲电压波形、负载电流波形和能量注入，克服了传统测量方法存在的电压、电流相位偏差和能量分析失真的固有缺陷；其中，入射信号通过校准可以得到脉冲电压波形，校准后的入射信号和反射信号波形经相位调整后作差值可以得到负载电流波形，通过电压电流积分可以计算得到单次脉冲的注入能量，该算法是根据纳秒脉冲回流信号电路原理推导的特定解决方案。

3、本发明信号采集装置不会对示波器、负载终端产生额外电磁干扰，自身也不易被干扰。因为现有的电压电流探针连接在负载终端，本身就是一个强信号发射源，会对原电路产生很强的干扰；本发明的装置直接从电缆中提取回流信号，主要信号收集部件是无感电阻，不会对电路本身产生干扰。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明改进电缆主体的结构示意图。

图2是本发明信号采集装置测量的纳秒脉冲信号的电压-时间关系图。

图3是本发明信号采集装置测量的信号经处理后得到的完整的电压、电流和沉积能量波形图；图中曲线a为脉冲电压-时间关系图，曲线b为脉冲电流-时间关系图，曲线C为沉积能量-时间关系图。

图中：1、同轴电缆高压铜芯；2、绝缘介质；3、无感电阻；4、外屏蔽层；5、固定金属卡环；6、绝缘胶皮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1所示，本实施例的一种纳秒脉冲回流信号采集装置，包括一改进电缆主体、BNC线、示波器，该改进电缆主体包括同轴电缆高压铜芯1、绝缘介质2、外屏蔽层4、绝缘胶皮6，同轴电缆高压铜芯1由若干根铜芯组成，绝缘介质2包裹于同轴电缆高压铜芯1的外围，绝缘介质2的外围包裹有绝缘胶皮6，绝缘胶皮6的与绝缘介质2之间设有外屏蔽层4，外屏蔽层4的一侧与无感电阻3的一端连接，绝缘胶皮6的一端开口，靠近绝缘胶皮6开口一侧的外屏蔽层4的外围通过固定金属卡环5紧固。无感电阻3的另一端连接有一端开路的BNC线，BNC先的另一端接入示波器，或通过衰减器接入示波器。其中，同轴电缆的直径为10mm，无感电阻3的数量为10-15个，无感电阻3通过均匀排列或并联方式焊接在外屏蔽层4上，或通过柔性电路板连接在外屏蔽层4上。

该纳秒脉冲回流信号采集装置的制作方法如下：取一段直径为10mm的同轴线缆，剥开电缆中间位置的绝缘胶皮，截断屏蔽铜网即外屏蔽层，整理铜网并将10-15个无感电阻均匀排列、并联直接焊接或通过柔性电路板连接在屏蔽铜网上，通过金属卡环固定，使用一端开路的BNC线连接电阻，并将另一端接入示波器，或通过衰减器接入示波器。当采取柔性电路板与屏蔽铜网连接时，将电路板上连接电阻的针脚直接与屏蔽铜网焊接即可。示波器采集的数据，通过信号处理软件提取电压、电流和能量信号。

实施例2

使用实施例1的纳秒脉冲回流信号采集装置测量一段典型的纳秒脉冲信号，6个区域分别对应同一个纳秒脉冲信号在传输线负载端和源端的反射，反射信号每经过一次该装置，都会被记录下来。这些信号数据中包含了本次放电的所有电压、电流和能量沉积信息。图2示出了该纳秒脉冲信号的电压-时间关系图。这些信号数据中包含了本次放电的所有电压、电流和能量沉积信息，图3示出了经处理后的完整单次脉冲电压、电路和能量沉积信息。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、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。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种纳秒脉冲回流信号采集装置，包括一改进电缆主体、BNC线、示波器，其特征在于，所述改进电缆主体包括同轴电缆高压铜芯(1)、绝缘介质(2)、外屏蔽层(4)、绝缘胶皮(6)，同轴电缆高压铜芯(1)由若干根铜芯组成，绝缘介质(2)包裹于同轴电缆高压铜芯(1)的外围，绝缘介质(2)的外围包裹有绝缘胶皮(6)，绝缘胶皮(6)与绝缘介质(2)之间设有外屏蔽层(4)，外屏蔽层(4)的一侧与无感电阻(3)的一端连接；

所述绝缘胶皮(6)的一端开口，靠近绝缘胶皮(6)开口一侧的外屏蔽层(4)的外围通过固定金属卡环(5)紧固；所述无感电阻(3)的另一端连接有一端开路的BNC线，BNC线的另一端接入示波器；

所述无感电阻(3)的数量为10-15个，无感电阻(3)通过均匀排列或并联方式焊接在外屏蔽层(4)上，或通过柔性电路板连接在外屏蔽层(4)上。

2.根据权利要求1所述的纳秒脉冲回流信号采集装置，其特征在于，所述BNC线的另一端可通过衰减器接入示波器。

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