CN110308472A - 一种用于直流电流调制的动电容 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于直流电流调制的动电容。本发明的用于直流电流调制的动电容中的振动电极可以自由振动，当给漆包线圈加载周期电流时，漆包线圈中心产生交变的磁场，动电容的振动电极在交变磁场下做周期振动，导致动电容的容值周期改变。给动电容加载一定量的电荷，动电容的输出端将调制出具有稳定频率和幅值的交流电压信号。该电荷可以通过电流型探测器输出的电流产生。动电容输出的交流电压信号的幅值与探测器输出的电流成正比。本发明的用于直流电流调制的动电容安装在电流型探测器的输出调制模块内，适用于宽量程范围为10‑6A~10‑13A的直流电流调制，能够在特殊辐射环境下实现测氚电离室输出直流电流的测量。
Description
技术领域
本发明属于辐射探测技术与辐射防护领域，具体涉及一种用于电流型探测器输出电流调制的动电容。
背景技术
在激光聚变打靶过程中，靶丸受到激光加热，瞬间气化，氘氚气体快速向靶室内释放，氚是β放射性核素，半衰期13.33年，衰变发出的β射线最大能量为18.6keV，其平均能量约5.9keV。氚能够经过呼吸、饮食和皮肤渗透进入人体，使人体组织受到放射性内照射。因此，给靶室的维护中必须对氚浓度进行实时监测，以保障人员辐射安全。
氚的β粒子能量低，穿透能力弱，必须将含氚气体引入探测器灵敏区才能实现氚的测量，电离室是测量氚浓度常规探测器。被动取样下，含氚气体通过自由扩散进入电离室，主动取样下，通过抽气泵和抽气管道将待测含氚气体抽至电离室内，给电离室加载适当的偏压后，通过测量探测器收集端的电流实现氚浓度的测量。聚变装置的靶室内，氚浓度范围大导致电离的输出电流范围跨度大，这就要求测量装置既有宽的量程，又有高灵敏的电流测量能力。
目前，针对电离室输出电流的测量主要通过高性能运放芯片做成的前置级电流灵敏放大器实现，但是在氘氚聚变的强辐射环境，高灵敏芯片易受辐射损伤导致电流测量系统失灵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于电流型探测器输出电流调制的动电容。
本发明的用于直流电流调制的动电容，其特点是：所述的动电容包含绝缘子Ⅰ、固定电极、振动电极、振子、电磁吸片、绕线盘、漆包线圈、外壳、接地电极、绝缘子Ⅱ、线圈正电极、线圈负电极和沉头螺钉；
所述的外壳为圆筒形，外壳的左端为封闭端，绝缘子Ⅰ固定安装在外壳的左端的中心位置，外壳的右端为开放端；
所述的固定电极包含左侧的水平导杆和右侧的竖直圆形极板，水平导杆穿入并紧固在绝缘子Ⅰ的中心，竖直圆形极板位于外壳的空腔内；
所述的振动电极与固定电极结构相同，振动电极 包含左侧的竖直圆形极板和右侧的水平导杆，振动电极与固定电极对称放置，振动电极的竖直圆形极板与固定电极的竖直圆形极板之间留有间距，电磁吸片固定在振动电极的水平导杆的右端；
所述的振子包含两片振动片，振动电极的水平导杆依次穿过两片振动片并固定在两片振动片的中心上，两片振动片位于振动电极的竖直圆形极板和电磁吸片之间，每片振动片的上下两端固定在外壳的内表面；
所述的绕线盘的左右两侧为圆盘，中间为圆杆，绕线盘的左侧圆盘与电磁吸片 之间留有间距，绕线盘的圆杆上均匀缠绕有漆包线圈，绕线盘的右侧圆盘通过沿圆周外均匀分布的沉头螺钉安装在外壳的右端并封闭外壳的右端；绕线盘的右侧圆盘上还安装有两个绝缘子Ⅱ，一个绝缘子Ⅱ的中心固定有线圈正电极，另一个绝缘子Ⅱ的中心固定有线圈负电极，漆包线圈的两端分别焊接在线圈正电极和线圈负电极的左端；绕线盘的右侧圆盘上还安装有一个接地电极；线圈正电极和线圈负电极的右端和接地电极与外接电源相连。
所述的固定电极和振动电极的竖直圆形极板表面电镀一层2~4微米厚的金膜，竖直圆形极板表面粗糙度小于等于Ra0.2。
所述的绝缘子Ⅰ和绝缘子Ⅱ 的材料为陶瓷，固定电极和振动电极的材料为316L不锈钢，振子、电磁吸片 和绕线盘的材料为坡莫合金，外壳 的材料为电磁纯铁，接地电极、线圈正电极和线圈负电极的材料为黄铜。
所述的振子、电磁吸片、绕线盘、外壳的内外表面均电镀一层金膜。
所述的绝缘子Ⅰ和绝缘子Ⅱ通过烧结方式固定；所述的振子和电磁吸片 通过焊接方式固定。
本发明的用于直流电流调制的动电容中的振动电极可以自由振动，当给漆包线圈加载正弦交流电流时，漆包线圈中心产生交变的磁场，动电容的振动电极在交变磁场下做正弦振动，振动的频率是加载的交流电流频率的两倍，并导致动电容的容值周期改变。当在动电容两端加载一定量的电荷时，由于振动电极的振动，能够在动电容的输出端调制出具有稳定频率和幅值的交流电压信号。该电荷可以通过电流型探测器输出的电流流过大负载电阻产生。交流电压信号的幅值与探测器输出的电流成正比，二者的系数由标准电流源标定。
本发明的用于直流电流调制的动电容安装在电流型探测器的输出调制模块，适用于宽量程范围为10-6A~10-13A的直流电流调制，能够在特殊辐射环境下实现测氚电离室输出直流电流的测量。
附图说明
图1为本发明的用于直流电流调制的动电容的结构示意图；
图中，1.绝缘子Ⅰ 2.固定电极 3.振动电极 4.振子 5.电磁吸片 6.绕线盘 7.漆包线圈 8.外壳 9.接地电极 10.绝缘子Ⅱ 11.线圈正电极 12.线圈负电极 13.沉头螺钉。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的用于直流电流调制的动电容包含绝缘子Ⅰ1、固定电极2、振动电极3、振子4、电磁吸片5、绕线盘6、漆包线圈7、外壳8、接地电极9、绝缘子Ⅱ10、线圈正电极11、线圈负电极12和沉头螺钉13；
所述的外壳8为圆筒形，外壳8的左端为封闭端，绝缘子Ⅰ1固定安装在外壳8的左端的中心位置，外壳8的右端为开放端；
所述的固定电极2包含左侧的水平导杆和右侧的竖直圆形极板，水平导杆穿入并紧固在绝缘子Ⅰ1的中心，竖直圆形极板位于外壳8的空腔内；
所述的振动电极3与固定电极2结构相同，振动电极3 包含左侧的竖直圆形极板和右侧的水平导杆，振动电极3与固定电极2对称放置，振动电极3 的竖直圆形极板与固定电极2的竖直圆形极板之间留有间距，电磁吸片5固定在振动电极3的水平导杆的右端；
所述的振子4包含两片振动片，振动电极3的水平导杆依次穿过两片振动片并固定在两片振动片的中心上，两片振动片位于振动电极3的竖直圆形极板和电磁吸片5之间，每片振动片的上下两端固定在外壳8的内表面；
所述的绕线盘6的左右两侧为圆盘，中间为圆杆，绕线盘6的左侧圆盘与电磁吸片5 之间留有间距，绕线盘6的圆杆上均匀缠绕有漆包线圈7，绕线盘6的右侧圆盘通过沿圆周外均匀分布的沉头螺钉13安装在外壳8的右端并封闭外壳8的右端；绕线盘6的右侧圆盘上还安装有两个绝缘子Ⅱ10，一个绝缘子Ⅱ10的中心固定有线圈正电极11，另一个绝缘子Ⅱ10的中心固定有线圈负电极12，漆包线圈7的两端分别焊接在线圈正电极11和线圈负电极12的左端；绕线盘6的右侧圆盘上还安装有一个接地电极9；线圈正电极11和线圈负电极12的右端和接地电极9与外接电源相连。
所述的固定电极2和振动电极3的竖直圆形极板表面电镀一层2~4微米厚的金膜，竖直圆形极板表面粗糙度小于等于Ra0.2。
所述的绝缘子Ⅰ1和绝缘子Ⅱ10 的材料为陶瓷，固定电极2和振动电极3的材料为316L不锈钢，振子4、电磁吸片5 和绕线盘6的材料为坡莫合金，外壳8 的材料为电磁纯铁，接地电极9、线圈正电极11和线圈负电极12的材料为黄铜。
所述的振子4、电磁吸片5、绕线盘6、外壳8的内外表面均电镀一层金膜。
所述的绝缘子Ⅰ1和绝缘子Ⅱ10通过烧结方式固定；所述的振子4 和电磁吸片5 通过焊接方式固定。
实施例1
本发明的用于直流电流调制的动电容对直流电流的调制，包含以下步骤：
1.交变磁场的产生
给漆包线圈输入正弦交流电流，绕线盘左端面产生的磁感应强度为：
（1）
式中：
-磁感应强度，单位T；
-真空磁导率，值为4π×10-7T·m/A；
-相对磁导率，无量纲；
-漆包线圈缠绕的圈数，无量纲；
-输入交变电流幅值，单位为A；
-电流的角频率，单位2π/s；
-时间，单位s。
2.电磁力对电磁吸片的吸力
电磁吸片距离绕线盘左端面很近，材料一致，电磁场对电磁吸片的吸力为：
（2）
式中：
-为电磁吸片受到的电磁吸力，单位为N；
-为电磁吸片与磁芯正对的面积，单位为m2；
-为半幅吸力，，单位为N；
n-为漆包线圈缠绕的圈数。
3. 动电容动极板的振动
动电容的振动电极和振子，电磁吸片紧固在一起，电磁吸片在交变电磁力的作用下振动，动电容的动极板将同步振动，动极板离开平衡位置的距离可以表示为：
（3）
式中：
-为振子的弹性系数，单位为N/m；
-为振动电极加上电磁吸片的质量，单位为kg。
4. 动极板振动对直流电流的调制
待测电流流过阻值为的负载后，在负载上产生电压降，将此电压加载在动电容两端，则动电容由于动极板的振动，将产生一个交流信号，其值为：
（4）
式中：
-为调制因子，无量纲，，试验前通过标准电流源标定获得。
5.直流电流的计算
在测得交流幅值后，流经负载的直流电流可用公式（5）计算：
（5）
本发明不限于该实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。
Claims (5)
1.一种用于直流电流调制的动电容，其特征在于：所述的动电容包含绝缘子Ⅰ（1）、固定电极（2）、振动电极（3）、振子（4）、电磁吸片（5）、绕线盘（6）、漆包线圈（7）、外壳（8）、接地电极（9）、绝缘子Ⅱ（10）、线圈正电极（11）、线圈负电极（12）和沉头螺钉（13）；
所述的外壳（8）为圆筒形，外壳（8）的左端为封闭端，绝缘子Ⅰ（1）固定安装在外壳（8）的左端的中心位置，外壳（8）的右端为开放端；
所述的固定电极（2）包含左侧的水平导杆和右侧的竖直圆形极板，水平导杆穿入并紧固在绝缘子Ⅰ（1）的中心，竖直圆形极板位于外壳（8）的空腔内；
所述的振动电极（3）与固定电极（2）结构相同，振动电极（3） 包含左侧的竖直圆形极板和右侧的水平导杆，振动电极（3）与固定电极（2）对称放置，振动电极（3） 的竖直圆形极板与固定电极（2）的竖直圆形极板之间留有间距，电磁吸片（5）固定在振动电极（3）的水平导杆的右端；
所述的振子（4）包含两片振动片，振动电极（3）的水平导杆依次穿过两片振动片并固定在两片振动片的中心上，两片振动片位于振动电极（3）的竖直圆形极板和电磁吸片（5）之间，每片振动片的上下两端固定在外壳（8）的内表面；
所述的绕线盘（6）的左右两侧为圆盘，中间为圆杆，绕线盘（6）的左侧圆盘与电磁吸片（5） 之间留有间距，绕线盘（6）的圆杆上均匀缠绕有漆包线圈（7），绕线盘（6）的右侧圆盘通过沿圆周外均匀分布的沉头螺钉（13）安装在外壳（8）的右端并封闭外壳（8）的右端；绕线盘（6）的右侧圆盘上还安装有两个绝缘子Ⅱ（10），一个绝缘子Ⅱ（10）的中心固定有线圈正电极（11），另一个绝缘子Ⅱ（10）的中心固定有线圈负电极（12），漆包线圈（7）的两端分别焊接在线圈正电极（11）和线圈负电极（12）的左端；绕线盘（6）的右侧圆盘上还安装有一个接地电极（9）；线圈正电极（11）和线圈负电极（12）的右端和接地电极（9）与外接电源相连。
2.根据权利要求1所述的用于直流电流调制的动电容，其特征在于：所述的固定电极（2）和振动电极（3）的竖直圆形极板表面电镀一层2~4微米厚的金膜，竖直圆形极板表面粗糙度小于等于Ra0.2。
3.根据权利要求1所述的用于直流电流调制的动电容，其特征在于：所述的绝缘子Ⅰ（1）和绝缘子Ⅱ（10） 的材料为陶瓷，固定电极（2）和振动电极（3）的材料为316L不锈钢，振子（4）、电磁吸片（5） 和绕线盘（6）的材料为坡莫合金，外壳（8） 的材料为电磁纯铁，接地电极（9）、线圈正电极（11）和线圈负电极（12）的材料为黄铜。
4.根据权利要求1所述的用于直流电流调制的动电容，其特征在于：所述的振子（4）、电磁吸片（5）、绕线盘（6）、外壳（8）的内外表面均电镀一层金膜。
5.根据权利要求1所述的用于直流电流调制的动电容，其特征在于：所述的绝缘子Ⅰ（1）和绝缘子Ⅱ（10）通过烧结方式固定；所述的振子（4） 和电磁吸片（5） 通过焊接方式固定。
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