CN111613971B - 一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关，它包括高压侧连杆、固定件、高压侧支撑板、高压侧球形电极、低压侧球形电极、低压侧连杆、低压侧内壁法兰盘、低压侧支撑板、低压侧外壁法兰盘、低压侧接线端、螺旋套筒、校正旋钮、激光准直镜、准直镜固定法兰、准直镜光纤接口、反光镜、扩束反光镜A、扩束反光镜B、底座、高频激光光纤、温度传感器、湿度传感器、橡胶密封圈、上盖、吸湿器、加热器、冷凝器、温湿度控制器；所述高压侧球形电极通过高压侧连杆、固定件与高压侧支撑板连接。

Description

一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关

技术领域

本发明涉及高电压试验技术领域，具体涉及一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关。

背景技术

现有的导通开关主要应用于脉冲功率技术领域，特别是在高电压试验中常用，其种类繁多，控制方式及导通的效果不同，根据正交试验法，不断的反复实验，实验所需要的参数不同，对导通开关的导通要求不同；开关导通的速度快慢直接影响着试验数据的参数，从而影响到试验的结果及相应工作人员对整体试验效果的判断，传统的开关设备作为一种常规的配件应用于高压试验中，不能精准的控制开关导通的速度，普通的开关无法解决控制速度这一问题，因此本申请人从实际角度出发，在实践中不断的摸索研究提供了一种可以高速导通的开关设备，以此来满足高压试验的要求，保证试验数据的准确性及试验的安全性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种在不破坏电极的条件下，通过高频激光可以精准同步触发时间，通过基于螺旋测微器原理设计的移动电极结构可以精准的调节电极间距，从而控制触发电压。通过反光镜的组合对高频激光进行扩束，高频激光光路的增多使得高压球隙间更多的气体分子处于激发态，进而产生的初始电子的数量也随之倍增，实现快速导通仪的基于激光诱导放电的高速开关。

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关，它包括高压侧连杆、固定件、高压侧支撑板、高压侧球形电极、低压侧球形电极、低压侧连杆、低压侧内壁法兰盘、低压侧支撑板、低压侧外壁法兰盘、低压侧接线端、螺旋套筒、校正旋钮、激光准直镜、准直镜固定法兰、准直镜光纤接口、反光镜、扩束反光镜A、扩束反光镜B、底座、高频激光光纤、温度传感器、湿度传感器、橡胶密封圈、上盖、吸湿器、加热器、冷凝器、温湿度控制器；所述高压侧球形电极通过高压侧连杆、固定件与高压侧支撑板连接，所述固定件固定设置于高压侧支撑板两侧，且与高压侧连杆配合，所述高压侧球形电极的一侧设有与高压侧球形电极位置相对应且相隔设定距离的低压侧球形电极，所述低压侧球形电极通过低压侧连杆、低压侧内壁法兰盘、与低压侧支撑板连接，所述高压侧支撑板与低压侧支撑板分别与底座连接，所述高压侧支撑板与低压侧支撑板分别与上盖连接，所述底座与所述上盖相对平行设置，位于所述高压侧球形电极与低压侧球形电极之间设有位置相对应的至少一对扩束反光镜A、扩束反光镜B,所述扩束反光镜A或扩束反光镜B的一侧倾斜设置有反光镜；

所述反光镜发光位置相对应的一侧设有激光准直镜，激光准直镜激光准直镜通过准直镜固定法兰与低压侧支撑板连接，激光准直镜通过准直镜光纤接口、高频激光光纤与外围的高频激光发射器固定连接；

所述底座上位于高压侧支撑板与低压侧支撑板之间相对应设有温度传感器、湿度传感器，所述上盖上固定有吸湿器、加热器、冷凝器。

所述高压侧支撑板、低压侧支撑板及底座、上盖分别为环氧树脂板，通过所述高压侧支撑板、低压侧支撑板及底座、上盖形成一个封闭的腔体。

进一步地，所述温度传感器、湿度传感器通过连接线与温湿度控制器的一端固定连接，吸湿器、加热器、冷凝器与温湿度控制器的另一端固定连接，且吸湿器、加热器、冷凝器延伸至腔体内。

进一步地，所述高压侧支撑板、低压侧支撑板分别与底座、上盖垂直连接，且位于高压侧支撑板、低压侧支撑板与所述上盖连接处固定开有凹槽，凹槽内镶嵌有橡胶密封圈抵住高压侧支撑板与低压侧支撑板。

进一步地，所述高压侧连杆与低压侧连杆均为穿过高压侧支撑板与低压侧支撑板的黄铜杆，且黄铜杆上设有螺纹连接段。

进一步地，所述固定件为设置在高压侧支撑板两侧与高压侧连杆上螺纹段螺纹连接的螺母。

进一步地，所述低压侧内壁法兰盘与低压侧外壁法兰盘分别固定设置在低压侧支撑板的两侧，低压侧连杆的一端与低压侧球形电极上开有的螺纹连接，低压侧连杆由低压侧球形电极至低压侧外壁法兰盘之间的为光杆段，所述低压侧外壁法兰盘端面上固定连接有呈圆柱状的低压侧接线端，所述低压侧接线端设置若干且均布于低压侧外壁法兰盘上。

进一步地，所述低压侧球形电极一侧且远离低压侧球形电极一端的低压侧连杆延伸至低压侧外壁法兰盘外一端固定设有螺纹段，且螺纹段套装有螺旋套筒，位于螺纹段末端设有相配合的螺母套，螺母套的一段设有校正旋钮。

进一步地，所述螺旋套筒的表面设有轴向刻度尺，在螺母套一侧的边缘设有沿螺母套端口的外圆均布周向刻度尺，螺旋套筒上的轴向刻度尺与螺母套端口上的周向刻度配尺合使用，螺旋套筒表面上的轴向刻度尺与螺母套端口上周向刻度配尺的标定视低压侧黄铜杆上的螺距而定。

进一步地，所述反光镜倾斜设置，且位于反光镜的背面固定设有反光镜倾斜角度调节部件。

进一步地，所述反光镜倾斜角度调节部件为调节凸轮，调节凸轮上设有转轴，转轴的一端设有调节旋钮，倾斜设置反光镜的背面抵靠在凸轮表面，倾斜设置反光镜背面的一边与支架交接。

本发明的优点和有益效果在于：本发明将高压电极与低压电极至于温、湿度被精确控制的腔体内，预先通过基于螺旋测微器原理设计的移动电极结构精准的调节电极间距，施加电压使高压电极与电压电极间的空气处于击穿临界电场；导通时，通过激光照射增加高压电极与低压电极间空气的游离离子，通过反光镜的组合对高频激光进行扩束，高频激光光路的增多使得高压电极与低压电极间的气体分子产生游离电子，进而产生的初始电子的数量也随之倍增，最终导致高压电极与低压电极间的空气被击穿从而实现快速导通的目的。由于气体的击穿电压与气压及温湿度密切相关，通过对腔体内空气温湿度的精确控制确保开关不会被误触发，本发明装置内部气体的温湿度可以进行精准调节，避免由气体环境的波动对处于击穿临界场强下的气隙误触发。本发明可远距离操作，避免强电场对弱电系统的干扰，激光能量的开关动作迅速。

附图说明

图1是本发明主视剖面示意图

图2是本发明侧视图。

图3是本发明主视局部剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-3所示，本发明是一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关，它包括高压侧连杆1、固定件2、高压侧支撑板3、高压侧球形电极4、低压侧球形电极5、低压侧连杆6、低压侧内壁法兰盘7、低压侧支撑板8、低压侧外壁法兰盘9、低压侧接线端10、螺旋套筒11、校正旋钮12、激光准直镜13、准直镜固定法兰14、准直镜光纤接口15、反光镜16、扩束反光镜A17、扩束反光镜B18、底座19、高频激光光纤20、温度传感器21、湿度传感器22、橡胶密封圈23、上盖24、吸湿器25、加热器26、冷凝器27、温湿度控制器28；所述高压侧球形电极4通过高压侧连杆1、固定件2与高压侧支撑板3连接，所述固定件2固定设置于高压侧支撑板两侧，且与高压侧连杆1配合，所述高压侧球形电极4的一侧设有与高压侧球形电极4位置相对应且相隔设定距离的低压侧球形电极5，所述低压侧球形电极5通过低压侧连杆6、低压侧内壁法兰盘7、与低压侧支撑板8连接，所述高压侧支撑板3与低压侧支撑板8分别与底座19连接，所述高压侧支撑板3与低压侧支撑板8分别与上盖24连接，所述底座19与所述上盖24相对平行设置，位于所述高压侧球形电极4与低压侧球形电极5之间设有位置相对应的至少一对扩束反光镜A17、扩束反光镜B18,所述扩束反光镜A17或扩束反光镜B18的一侧倾斜设置有反光镜16；

所述反光镜16发光位置相对应的一侧设有激光准直镜13，激光准直镜激光准直镜13通过准直镜固定法兰14与低压侧支撑板8连接，激光准直镜通过准直镜光纤接口15、高频激光光纤20与外围的高频激光发射器固定连接；

所述底座19上位于高压侧支撑板3与低压侧支撑板8之间相对应设有温度传感器21、湿度传感器22，所述上盖24上固定有吸湿器25、加热器26、冷凝器27。

所述高压侧支撑板3、低压侧支撑板8及底座19、上盖24分别为环氧树脂板，通过所述高压侧支撑板3、低压侧支撑板8及底座19、上盖24形成一个封闭的腔体。

所述激光准直镜13与准直镜光纤接口15通过准直镜固定法兰14固定在低压侧环氧板8上，激光准直镜13的中轴线与高压侧球形电极4、低压侧球形电极5的中轴线平行且位于同一平面。扩束反光镜A17和扩束反光镜B18在水平方向上相互平行。激光束经过反光镜16和扩束反光镜A17和扩束反光镜B18的反射，在电极之间的气隙中形成多条光路。

所述高压侧球状电极4与高压侧连杆1一起构成高压电极结构。

所述低压侧球状电极5与低压侧连杆6一起构成低压电极结构。

所述低压侧内壁法兰盘7、低压侧外壁法兰盘9、螺旋套筒11、校正旋钮12一起构成电极间距微调装置。

所述反光镜16、扩束反光镜A17、扩束反光镜B18、激光准直镜13、准直镜固定法兰14、准直镜光纤接口15、高频激光光纤20一起构成了高频激光的光路系统。

所述的本发明光路系统可以在不破坏电极结构的前提下对高速开关进行激光诱导放电。

所述高压侧环氧板3、低压侧环氧板8、环氧底座19、环氧板上盖24一起构成了基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关的空腔体绝缘支撑结构。

所述温度传感器21、湿度传感器22、橡胶密封圈23、吸湿器25、加热器26、冷凝器27、温湿度控制器28一起构成了温湿度控制系统。

在本实施例中，所述温度传感器21、湿度传感器22通过连接线与温湿度控制器28的一端固定连接，吸湿器25、加热器26、冷凝器27与温湿度控制器28的另一端固定连接，且吸湿器25、加热器26、冷凝器27延伸至腔体内。

所述温度传感器21、湿度传感器22与底座19通过螺装方式固定，吸湿器25、加热器26、冷凝器27与所述上盖24通过螺装方式固定，所述固定于底座19上的温度传感器21、湿度传感器22与固定在上盖24上的吸湿器25、加热器26、冷凝器27与高精度的温湿度控制器28两端分别连接，形成一个电性回路，通过电性连接控制，共同构成了一个温湿度闭环调节系统。所述温度调节部分同时加装了加热器26和冷凝器27，可以对箱体内部温度的细微波动进行精准调节。

所述加装加热器和冷凝器可以对箱体内部气体温度的微小波动进行快速精准的调节，所述吸湿器可以将箱体内气体的湿度保持在一个较低的设定值上。所述高精度的温湿度控制器内部集成有小型的制冷压缩机。

所述的温度传感器、湿度传感器固定于底座的任意一组对角上，采集到的温度和湿度信号输入到高精度的温湿度控制器内，高精度的温湿度控制器控制固定在上盖上的吸湿器、加热器、冷凝器的工作状态，以此闭环控制系统来调节箱体内部气体的温度和湿度，使箱体内部气体的温湿度温衡在设定值。

在本实施例中，所述高压侧支撑板3、低压侧支撑板8分别与底座19、上盖24垂直连接，且位于高压侧支撑板3、低压侧支撑板8与所述上盖24连接处固定开有凹槽，凹槽内镶嵌有橡胶密封圈23抵住高压侧支撑板3与低压侧支撑板8。

在本实施例中，，所述高压侧连杆1与低压侧连杆6均为穿过高压侧支撑板3与低压侧支撑板8的黄铜杆，且黄铜杆上设有螺纹连接段。

在本实施例中，所述固定件2为设置在高压侧支撑板两侧与高压侧连杆1上螺纹段螺纹连接的螺母。

所述高压侧支撑板3两侧的固定件2均为压紧固螺母，其材质为黄铜，边角为圆角结构，作用是固定高压电极和防止起晕的效果。

在本实施例中，所述低压侧内壁法兰盘7与低压侧外壁法兰盘9分别固定设置在低压侧支撑板8的两侧，低压侧连杆6的一端与低压侧球形电极5上开有的螺纹连接，低压侧连杆6由低压侧球形电极5至低压侧外壁法兰盘9之间的为光杆段，所述低压侧外壁法兰盘9端面上固定连接有呈圆柱状的低压侧接线端10，所述低压侧接线端10设置若干且均布于低压侧外壁法兰盘9上。

在本实施例中，所述低压侧球形电极5一侧且远离低压侧球形电极5一端的低压侧连杆6延伸至低压侧外壁法兰盘9外一端固定设有螺纹段，且螺纹段套装有螺旋套筒11，位于螺纹段末端设有相配合的螺母套，螺母套的一段设有校正旋钮。

所述低压侧外壁法兰盘9的凸缘上设有标有刻度表现，低压侧外壁法兰盘9凸缘上的刻度和螺旋套筒11上的刻度的标定视低压侧连杆6上的螺距而定；低压侧连杆6从低压侧球状电极5连接处至低压侧外壁法兰盘底座内壁处的区域都是无螺纹且光滑的，从低压侧外壁法兰盘9底座内壁处至刻度校正旋钮12处是有螺纹的，且为外螺纹，螺纹套管11内壁有与低压侧连杆6上螺纹相匹配的内螺纹。所述螺纹套筒11有螺纹的一端(无刻度端)的内径小于低压侧外壁法兰盘9凸缘的外径，当螺旋套筒11旋至低压侧外壁法兰盘9凸缘上标注的零刻度处时，螺旋套筒11上的零刻度应该与低压侧外壁法兰盘9凸缘上标注的零刻度重合，且螺旋套筒的内沿与低压侧外壁法兰盘9凸缘顶部相抵而无法继续向内旋进。通过转动刻度校正旋钮12可以进行校正调节，来达到零度校准的功能。

在本实施例中，所述螺旋套筒11的表面设有轴向刻度尺，在螺母套一侧的边缘设有沿螺母套端口的外圆均布周向刻度尺，螺旋套筒11上的轴向刻度尺与螺母套端口上的周向刻度配尺合使用，螺旋套筒11表面上的轴向刻度尺与螺母套端口上周向刻度配尺的标定视低压侧黄铜杆上的螺距而定。

在本实施例中，所述反光镜倾斜设置，且位于反光镜的背面固定设有反光镜倾斜角度调节部件。

本发明可以通过调节反光镜16的角度来控制气隙间光路的疏密程度。本发明中的反光镜、扩束反光镜A、扩束反光镜B的具体固定方式，根据实际高压实验的不同的参数而定，通过正交试验法根据不同的参数及相应的实验结构，自行定位调整。

在本实施例中，所述反光镜倾斜角度调节部件为调节凸轮，调节凸轮上设有转轴，转轴的一端设有调节旋钮，倾斜设置反光镜的背面抵靠在凸轮表面，倾斜设置反光镜背面的一边与支架交接。

所述的激光准直镜通过准直镜固定法兰固定在低压侧支撑板上，准直镜光纤接口与激光准直镜是一体结构。

所述倾斜角度调节部件的设计结构可以设置呈类似于手机支架支撑旋转结构的方式，能够根据实验的需要调整到合适的角度。并固定与底板上，通过设置在倾斜角度调节部件底部的伸缩支撑杆可以调节高度。

所述的反光镜通过倾斜角度调节部件固定在底座上，调整反光镜的角度，使得初始反射光线与垂直方向有一个极小的角度，初始反射光线与垂直方向的夹角越小球隙间光路越密集，调整反光镜的角度，使得从激光准直镜中射出来的高频激光经过反射，与垂直方向形成极小的角度，反射光继续在水平方向上相互平行的扩束反光镜A(和扩束反光镜B(之间进行多次反射，从而实现高频激光光路的倍增。高频激光光路的增多使得处于临界击穿场强下的高压球隙间更多的气体分子被游离，进而产生的初始电子的数量也随之倍。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关，其特征在于，它包括高压侧连杆(1)、固定件(2)、高压侧支撑板(3)、高压侧球形电极(4)、低压侧球形电极(5)、低压侧连杆(6)、低压侧内壁法兰盘(7)、低压侧支撑板(8)、低压侧外壁法兰盘(9)、低压侧接线端(10)、螺旋套筒(11)、校正旋钮(12)、激光准直镜(13)、准直镜固定法兰(14)、准直镜光纤接口(15)、反光镜(16)、扩束反光镜A(17)、扩束反光镜B(18)、底座(19)、高频激光光纤(20)、温度传感器(21)、湿度传感器(22)、橡胶密封圈(23)、上盖(24)、吸湿器(25)、加热器(26)、冷凝器(27)、温湿度控制器(28)，所述高压侧球形电极(4)通过高压侧连杆(1)、固定件(2)与高压侧支撑板(3)连接，所述固定件(2)固定设置于高压侧支撑板两侧，且与高压侧连杆(1)配合，所述高压侧球形电极(4)的一侧设有与高压侧球形电极(4)位置相对应且相隔设定距离的低压侧球形电极(5)，所述低压侧球形电极(5)通过低压侧连杆(6)、低压侧内壁法兰盘(7)、与低压侧支撑板(8)连接，所述高压侧支撑板(3)与低压侧支撑板(8)分别与底座(19)连接，所述高压侧支撑板(3)与低压侧支撑板(8)分别与上盖(24)连接，所述底座(19)与所述上盖(24)相对平行设置，位于所述高压侧球形电极(4)与低压侧球形电极(5)之间设有位置相对应的至少一对扩束反光镜A(17)、扩束反光镜B(18) ,所述扩束反光镜A(17) 或扩束反光镜B(18)的一侧倾斜设置有反光镜(16)；

所述反光镜(16)发光位置相对应的一侧设有激光准直镜(13)，激光准直镜激光准直镜(13)通过准直镜固定法兰(14)与低压侧支撑板(8)连接，激光准直镜通过准直镜光纤接口(15)、高频激光光纤(20)与外围的高频激光发射器固定连接；

所述底座(19)上位于高压侧支撑板(3)与低压侧支撑板(8)之间相对应设有温度传感器(21)、湿度传感器(22)，所述上盖(24)上固定有吸湿器(25)、加热器(26)、冷凝器(27)；

所述高压侧支撑板(3)、低压侧支撑板(8)及底座(19)、上盖(24)分别为环氧树脂板，通过所述高压侧支撑板(3)、低压侧支撑板(8)及底座(19)、上盖(24)形成一个封闭的腔体。

2.根据权利要求1所述一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关，其特征在于，所述温度传感器(21)、湿度传感器(22)通过连接线与温湿度控制器(28)的一端固定连接，吸湿器(25)、加热器(26)、冷凝器(27)与温湿度控制器(28)的另一端固定连接，且吸湿器(25)、加热器(26)、冷凝器(27)延伸至腔体内。

3.根据权利要求1所述一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关，其特征在于，所述高压侧支撑板(3)、低压侧支撑板(8)分别与底座(19)、上盖(24)垂直连接，且位于高压侧支撑板(3)、低压侧支撑板(8)与所述上盖(24)连接处固定开有凹槽，凹槽内镶嵌有橡胶密封圈(23)抵住高压侧支撑板(3)与低压侧支撑板(8)。

4.根据权利要求1所述的一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关，其特征在于，所述高压侧连杆(1)与低压侧连杆(6)均为穿过高压侧支撑板(3)与低压侧支撑板(8)的黄铜杆，且黄铜杆上设有螺纹连接段。

5.根据权利要求1所述的一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关，其特征在于，所述固定件(2)为设置在高压侧支撑板两侧与高压侧连杆(1)上螺纹段螺纹连接的螺母。

6.根据权利要求1所述的一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关，其特征在于，所述低压侧内壁法兰盘(7)与低压侧外壁法兰盘(9)分别固定设置在低压侧支撑板(8)的两侧，低压侧连杆(6)的一端与低压侧球形电极(5)上开有的螺纹连接，低压侧连杆(6)由低压侧球形电极(5)至低压侧外壁法兰盘(9)之间的为光杆段，所述低压侧外壁法兰盘(9)端面上固定连接有呈圆柱状的低压侧接线端(10)，所述低压侧接线端(10)设置若干且均布于低压侧外壁法兰盘(9)上。

7.根据权利要求6所述的一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关，其特征在于，所述低压侧球形电极(5)一侧且远离低压侧球形电极(5)一端的低压侧连杆(6)延伸至低压侧外壁法兰盘(9)外一端固定设有螺纹段，且螺纹段套装有螺旋套筒(11)，位于螺纹段末端设有相配合的螺母套，螺母套的一段设有校正旋钮(12)。

8.根据权利要求7所述的一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关，其特征在于，所述螺旋套筒(11)的表面设有轴向刻度尺，在螺母套一侧的边缘设有沿螺母套端口的外圆均布周向刻度尺，螺旋套筒(11)上的轴向刻度尺与螺母套端口上的周向刻度配尺合使用，螺旋套筒(11)表面上的轴向刻度尺与螺母套端口上周向刻度配尺的标定视低压侧黄铜杆上的螺距而定。

9.根据权利要求1所述的一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关，其特征在于，所述反光镜(16)倾斜设置，且位于反光镜(16)的背面固定设有反光镜倾斜角度调节部件。

10.根据权利要求9所述的一种基于可控气体环境与激光诱导放电的高压快速开关，其特征在于，所述反光镜倾斜角度调节部件为调节凸轮，调节凸轮上设有转轴，转轴的一端设有调节旋钮，倾斜设置反光镜的背面抵靠在凸轮表面，倾斜设置反光镜背面的一边与支架交接。