CN111628412A - 一种基于激光诱导放电的快速高压开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光诱导放电的快速高压开关，包括高压侧球形电极，高压侧球形电极通过高压侧连杆、紧固件与高压侧支撑板连接，低压侧球形电极，低压侧球形电极通过低压侧连杆、低压侧内壁法兰盘、低压侧外壁法兰盘与低压侧支撑板连接，高压侧支撑板与低压侧支撑板分别与底座连接，在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第一扩束反光镜和第二扩束反光镜，在第一扩束反光镜或第二扩束反光镜的一侧倾斜设置有反光镜，与反光镜发光位置相对应的一侧设有激光准直镜，激光准直镜通过准直镜法兰与高压侧支撑板或低压侧支撑板连接，激光准直镜通过准直镜光缆接口、光缆与高频激光发射器连接。
Description
技术领域
本发明涉及高电压应用新技术高压开关技术领域，具体涉及一种基于激光诱导放电的快速高压开关。
背景技术
脉冲功率技术的原理是将很大的能量储存在电容、电感等储能元件中，然后通过快速开关将此能量在极短的时间内释放到负载上，以得到极高的功率。这就要求开关必须有极高的di/dt容量以及极短的导通时间。
目前脉冲功率技术中应用较多的开关类型主要有:气体火花开关、三电极开关、半导体开关等几大类。
气体火花开关和三电极开关的不足在于，必须提供一个上升快、幅值大的负触发脉冲，而且触发极加压时会造成电场畸变，触发电压的陡度、幅值、稳定度对开关时间的分散性有很大的影响，时间抖动相对较大。不宜对多通道开关进行同步触发。
半导体器件的开关特性主要受正常温度下电荷载流子的迁移速率和密度的限制，以晶闸管和IGBT为代表的可控器件，其导通只能先在门极附近形成局部导通区，然后经过几微妙到几十微妙的时间扩展到整个阴极从而导通，其导通时间相对较长。器件的di/dt容量限制了其承受电流上升率的能力。一般应用在脉冲功率较小的场合。
而在稍不均匀电场下，基于激光触发的快速开关具有几纳秒到几十纳秒的极短导通时间，具有灵活可调的di/dt容量，导通的触发形式不会畸变开关电极的电场。另外，气体开关的自恢复性特性使得其有更长的使用寿命，激光触发的极低时延特性可以实现多通道开关同步触发的作用。
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，所以气隙击穿的发展时间就会大大减少，从而实现快速导通仪的基于激光诱导放电的快速高压开关。
为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于激光诱导放电的快速高压开关，所述快速高压开关包括高压侧球形电极，高压侧球形电极通过高压侧连杆、紧固件与高压侧支撑板连接，在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，低压侧球形电极通过低压侧连杆、低压侧内壁法兰盘、低压侧外壁法兰盘与低压侧支撑板连接，高压侧支撑板与低压侧支撑板分别与底座连接，在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第一扩束反光镜和第二扩束反光镜，在第一扩束反光镜或第二扩束反光镜的一侧倾斜设置有反光镜，与反光镜发光位置相对应的一侧设有激光准直镜，激光准直镜通过准直镜法兰与高压侧支撑板或低压侧支撑板连接，激光准直镜通过准直镜光缆接口、光缆与高频激光发射器连接。
优选的技术方案是，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，黄铜杆上设有螺纹段。
进一步优选的技术方案是，所述高压侧球形电极一侧的紧固件为设置在高压侧支撑板两侧与黄铜杆上螺纹段螺纹连接的螺母，螺母的边缘设置为圆角。
进一步优选的技术方案还有，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，黄铜杆的一端与低压侧球形电极螺纹连接，黄铜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。
进一步优选的技术方案还有，所述低压侧球形电极一侧的黄铜杆，在位于低压侧外壁法兰盘一侧以外的黄铜杆段上为螺纹段，螺纹段套装有套管，以及与螺纹段螺纹配合的螺母套，螺母套的一段设有校正旋钮。
进一步优选的技术方案还有，在所述套管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，套管上的轴向刻度尺与螺母套端口上的周向刻度配尺合使用，套管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。
优选的技术方案还有，所述高压侧支撑板、低压侧支撑板及底座分别为环氧树脂板。
进一步优选的技术方案还有，所述高压侧支撑板、低压侧支撑板分别与底座垂直连接。
优选的技术方案还有，在所述倾斜设置反光镜的背面设有反光镜倾斜角度调节部件。
进一步优选的技术方案还有，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：基于激光诱导放电的快速高压开关具有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，所以气隙击穿的发展时间就会大大减少，从而实现快速导通的目。
附图说明
图1是本发明基于激光诱导放电的快速高压开关的结构示意图；
图2是图1的侧视图。
图中：1、高压侧球形电极；2、高压侧连杆；3、紧固件；4、高压侧支撑板；5、低压侧球形电极；6、低压侧连杆；7、低压侧内壁法兰盘；8、低压侧外壁法兰盘；9、低压侧支撑板；10、底座；11、第一扩束反光镜；12、第二扩束反光镜；13、反光镜；14、激光准直镜；15、准直镜法兰；16、准直镜光缆接口；17、光缆；18、高频激光发射器；19、套管；20、螺母套；21、校正旋钮；22、低压侧接线端。
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、2所示，本发明是一种基于激光诱导放电的快速高压开关，所述快速高压开关包括高压侧球形电极1，高压侧球形电极1通过高压侧连杆2、紧固件3与高压侧支撑板4连接，在高压侧球形电极1的一侧设有与高压侧球形电极1位置相对应且相隔设定距离的低压侧球形电极5，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、低压侧外壁法兰盘8与低压侧支撑板9连接，高压侧支撑板4与低压侧支撑板9分别与底座10连接，在高压侧球形电极1与低压侧球形电极5之间设有位置相对应的一对第一扩束反光镜11和第二扩束反光镜12，在第一扩束反光镜11或第二扩束反光镜12的一侧倾斜设置有反光镜13，与反光镜13发光位置相对应的一侧设有激光准直镜14，激光准直镜14通过准直镜法兰15与低压侧支撑板5连接，激光准直镜14通过准直镜光缆接口16、光缆17与高频激光发射器18连接。
本发明优选的实施方案是，所述高压侧连杆2与低压侧连杆6均为穿过高压侧支撑板4与低压侧支撑板9的黄铜杆，黄铜杆上设有螺纹段。
本发明进一步优选的实施方案是，所述高压侧球形电极1一侧的紧固件3为设置在高压侧支撑板4两侧与黄铜杆上螺纹段螺纹连接的螺母，螺母的边缘设置为圆角。
本发明进一步优选的实施方案还有，所述低压侧内壁法兰盘7与低压侧外壁法兰盘8分别固定设置在低压侧支撑板9的两侧，黄铜杆的一端与低压侧球形电极5螺纹连接，黄铜杆由低压侧球形电5极至低压侧外壁法兰盘8之间的为光杆段。
本发明进一步优选的实施方案还有，所述低压侧球形电极5一侧的黄铜杆，在位于低压侧外壁法兰盘8一侧以外的黄铜杆段上为螺纹段，螺纹段套装有套管19，以及与螺纹段螺纹配合的螺母套20，螺母套的一段设有校正旋钮21。
所述低压侧黄铜杆有两段外螺纹，低压球形电极5有与低压黄铜杆端部外螺纹相匹配的内螺纹，低压球形电极5与低压黄铜杆一同构成低压电极，低压侧内壁法兰盘7没有螺纹，低压侧内壁法兰盘7上的通孔内壁光滑，低压侧外壁法兰盘8凸缘部分通孔内有0.5mm螺距的内螺纹，低压侧内法兰盘7底座部分通孔内壁光滑，低压侧外法兰盘8一侧的套管19上标有刻度，带刻度的螺母套20通过内螺纹与黄铜杆连接在一起，刻度校正旋钮21与低压侧黄铜杆是一体结构。
本发明进一步优选的实施方案还有，在所述套管19的表面设有轴向刻度尺，在螺母套20一侧的边缘设有沿螺母套端口的外圆均布周向刻度尺，套管19上的轴向刻度尺与螺母套20端口上的周向刻度配尺合使用(如同千分尺)，套管19表面上的轴向刻度尺与螺母套20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。
本发明优选的实施方案还有，所述高压侧支撑板4、低压侧支撑板9及底座10分别为环氧树脂板。
本发明进一步优选的实施方案还有，所述高压侧支撑板4、低压侧支撑板9分别与底座10垂直连接。
本发明优选的实施方案还有，在所述倾斜设置反光镜13的背面设有反光镜倾斜角度调节部件(图中未视)。
本发明进一步优选的实施方案还有，所述反光镜13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。
所述的反光镜13通过固定件固定在环氧底座10上，调整反光镜13的角度，使得从激光准直镜14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第一扩束反光镜11和第二扩束反光镜12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，所以气隙击穿的发展时间就会大大减少，从而实现快速导通的目的。
图2是开关结构的侧视图，图中标注了低压侧外壁法兰盘8、低压侧接线端22、带刻度套管19、刻度校正旋钮21、准直镜光纤接口16的相对位置。所述的低压侧接线端22是可以和低压侧外壁法兰盘8结合的螺纹状结构。
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)
1.一种基于激光诱导放电的快速高压开关，其特征在于，所述快速高压开关包括高压侧球形电极，高压侧球形电极通过高压侧连杆、紧固件与高压侧支撑板连接，在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，低压侧球形电极通过低压侧连杆、低压侧内壁法兰盘、低压侧外壁法兰盘与低压侧支撑板连接，高压侧支撑板与低压侧支撑板分别与底座连接，在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第一扩束反光镜和第二扩束反光镜，在第一扩束反光镜或第二扩束反光镜的一侧倾斜设置有反光镜，与反光镜发光位置相对应的一侧设有激光准直镜，激光准直镜通过准直镜法兰与高压侧支撑板或低压侧支撑板连接，激光准直镜通过准直镜光缆接口、光缆与高频激光发射器连接。
2.根据权利要求1所述的基于激光诱导放电的快速高压开关，其特征在于，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，黄铜杆上设有螺纹段。
3.根据权利要求2所述的基于激光诱导放电的快速高压开关，其特征在于，所述高压侧球形电极一侧的紧固件为设置在高压侧支撑板两侧与黄铜杆上螺纹段螺纹连接的螺母，螺母的边缘设置为圆角。
4.根据权利要求3所述的基于激光诱导放电的快速高压开关，其特征在于，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，黄铜杆的一端与低压侧球形电极螺纹连接，黄铜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。
5.根据权利要求4所述的基于激光诱导放电的快速高压开关，其特征在于，所述低压侧球形电极一侧的黄铜杆，在位于低压侧外壁法兰盘一侧以外的黄铜杆段上为螺纹段，螺纹段套装有套管，以及与螺纹段螺纹配合的螺母套，螺母套的一段设有校正旋钮。
6.根据权利要求5所述的基于激光诱导放电的快速高压开关，其特征在于，在所述套管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，套管上的轴向刻度尺与螺母套端口上的周向刻度配尺合使用，套管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。
7.根据权利要求1所述的基于激光诱导放电的快速高压开关，其特征在于，所述高压侧支撑板、低压侧支撑板及底座分别为环氧树脂板。
8.根据权利要求7所述的基于激光诱导放电的快速高压开关，其特征在于，所述高压侧支撑板、低压侧支撑板分别与底座垂直连接。
9.根据权利要求1所述的基于激光诱导放电的快速高压开关，其特征在于，在所述倾斜设置反光镜的背面设有反光镜倾斜角度调节部件。
10.根据权利要求8所述的基于激光诱导放电的快速高压开关，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。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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