CN113543398B - 一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置及方法，该装置采用预电离和主放电均为高压晶闸管开关组件的双固态放电开关，避免出现开关自激，提升高功率脉冲氙灯光源的可靠性和使用寿命，并采用先预电离‑后主放电的工作模式，首先对预电离电流进行检测判断，判断预电离正常情况下，FPGA进行主放电触发，然后对主放电电流进行检测判断，判断主放电实际输出电流正常情况下，FPGA输出起爆信号，作为起爆设备的同步触发，在预电离或主放电输出电流不正常情况下，FPGA均不会输出起爆信号，实现对脉冲氙灯光源的工作状态的自动检测、故障判断和实验中止等功能，提高脉冲氙灯光源的工作稳定性和可靠性，为大型爆轰实验的顺利实施提供重要的技术支撑。

Description

一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置及方法

技术领域

本发明涉及脉冲氙灯光源技术领域，具体涉及一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置及方法。

背景技术

脉冲氙灯光源作为爆轰实验中高速摄影诊断研究的背景照明手段，具有高亮度、高效率和长寿命等优点。在大型爆轰实验中，脉冲氙灯光源的工作稳定性和可靠性至关重要。在某些大型爆轰实验中，根据物理需求和实验布局，需要采用工作电压几十千伏特、放电电流几十千安培的高功率脉冲氙灯光源，为前照明类型的高速摄影诊断提供光强极高的背景照明。对于上述高电压和大电流技术指标的高功率脉冲氙灯光源来说，传统的采用单只开关（如高压真空开关、伪火花开关或引燃管等电弧放电类型的放电开关），形成的电弧放电在使用过程中容易出现触发电极和主电极烧蚀的情况，在重复使用或长期储存过程中，容易出现“自激”现象。上述问题的存在大大降低了高功率脉冲氙灯光源的工作稳定性和可靠性。同时，当脉冲氙灯光源出现无法正常工作的情况时，现有的脉冲氙灯光源缺乏对实际工作状态的及时反馈和判断，不利于脉冲氙灯光源稳定可靠地工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的脉冲氙灯光源采用电弧类型放电开关容易出现自激现象，以及缺乏对实际工作状态的及时反馈和判断，不利于脉冲氙灯光源稳定可靠地工作，因此，本发明提供一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置及方法，采用预电离和主放电均为高压晶闸管开关组件的双固态放电开关，避免出现开关自激等情况，并采用先预电离-后主放电的工作模式，首先对预电离电流进行检测判断，判断预电离正常（即预电离电源门限比较电路输出有光状态的光纤信号）情况下，FPGA进行主放电触发，然后对主放电电流进行检测判断，判断主放电实际输出电流正常情况下（即主放电电源门限比较电路输出有光状态的光纤信号），FPGA输出起爆信号，作为起爆设备的同步触发。在预电离或主放电输出电流不正常情况下，FPGA均不会输出起爆信号，可实现对脉冲氙灯光源的工作状态进行自动检测、故障判断以及实验中止等功能，能够有效提高脉冲氙灯光源的工作稳定性和可靠。

本发明通过下述技术方案实现：

一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置，包括脉冲氙灯控制器、基于高压晶闸管开关的放电电源主机、脉冲氙灯负载和电流传感器；其中，所述脉冲氙灯控制器包括FPGA判断控制模块，所述基于高压晶闸管开关的放电电源主机包括预电离电源、主放电电源、门限比较电路和光纤信号反馈模块；

所述预电离电源和主放电电源的放电电流通过电流传感器转换为电压信号并发送给所述门限比较电路；

所述门限比较电路，用于基于电压门限值对转换后的电压信号进行判断，并将判断结果发送给光纤信号反馈模块；

所述光纤信号反馈模块，用于根据判断结果生成反馈信号反馈至FPGA判断控制模块；

所述FPGA判断控制模块，用于根据所述光纤信号反馈模块形成的反馈信号确定高功率脉冲氙灯光源的工作状态，并根据所述脉冲氙灯光源的工作状态确定是否输出起爆信号触发起爆设备工作。

进一步地，所述预电离电源中包括一个由多片高压晶闸管串联的开关组件，所述主放电电源中包括一个由多片高压晶闸管串联的开关组件。

进一步地，所述预电离电源中的每一片高压晶闸管和所述主放电电源中的每一高压晶闸管均并联一个MΩ量级的电阻，用于对串联的每片晶闸管均压。

进一步地，所述提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置还包括PLC控制模块，所述预电离电源还包括预电离充电控制电路；

所述预电离充电控制电路，用于根据PLC控制模块发送的控制指令，对所述预电离充电控制电路中的高压充电电源进行实验所需电压的设置；或者，对所述预电离充电控制电路中的高压分压器进行电压取样并反馈至脉冲氙灯控制器。

进一步地，所述预电离电源设计为RLC欠阻尼方式；具体为多片高压晶闸管串联的开关组件、电感和电容依次串联。

进一步地，所述提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置还包括PLC控制模块，所述主放电电源还包括主放电充电控制电路和充泄放开关控制电路；

所述主放电充电控制电路，用于根据PLC控制模块发送的控制指令，对所述主放电充电控制电路中的高压充电电源进行实验所需电压的设置；或者，对所述主放电充电控制电路中的高压分压器进行电压取样并反馈至脉冲氙灯控制器；

所述充泄放开关控制电路，用于泄放预电离电源和主放电电源中的电容储能。

进一步地，所述开关组件包括上盖板、上端连接块、锯齿状刻槽的绝缘块、金属电极、单片高压晶闸管开关、金属螺杆、第一垫柱、第二垫柱、绝缘套管、下端连接块、蝶形簧片、下盖板、侧面安装底板、支撑柱和均压片；

相邻单片高压晶闸管开关通过均压片连接，每一所述均压片的中心位置设置有第一垫柱，顶层的单片高压晶闸管开关的顶部和底层的单片高压晶闸管开关的底部设置有锯齿状刻槽的绝缘块；顶层的单片高压晶闸管开关与对应的锯齿状刻槽的绝缘块之间设置均压片，均压片预设位置设置有金属电极；底层的单片高压晶闸管开关与对应的锯齿状刻槽的绝缘块之间设置均压片，均压片预设位置设置有金属电极；设置在顶部的锯齿状刻槽的绝缘块上设置有上端连接块，设置在底部的锯齿状刻槽的绝缘块上设置有下端连接块，下端连接块为圆柱形，所述下端连接块远离下盖板的一端设有凸缘，所述凸缘与下端连接块之间设置有蝶形簧片；通过金属螺杆对所述上盖板和下盖板拉紧固定。

进一步地，所述门限比较电路包括预电离电源门限比较电路和主放电电源门限比较电路；

其中，所述预电离电源门限比较电路，用于将预电离电源的放电电流经电流传感器转换后的电压信号与预设第一电压门限值进行比较；当转换后的电压信号幅值低于所述预设第一电压门限值，则输出无光状态的光纤信号；当转换后的电压信号幅值不低于所述预设第一电压门限值，则经电/光转换电路对所述电压信号进行电光转换，输出有光状态的光纤信号；

所述主放电电源门限比较电路，用于将主放电电源的放电电流经电流传感器转换后的电压信号与预设第二电压门限值进行比较；当转换后的电压信号幅值低于所述预设第二电压门限值，则输出无光状态的光纤信号；当转换后的电压信号幅值不低于所述预设第二电压门限值，则经电/光转换电路对所述电压信号进行电光转换，输出有光状态的光纤信号。

一种基于上述提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置的方法，包括：

预电离电源和所述主放电电源的放电电流通过电流传感器转换为电压信号并发送给门限比较电路；

在接收到电压信号后，门限比较电路基于电压门限值对转换后的电压信号进行判断，若所述转换后的电压信号幅值低于所述电压门限值，则输出无光状态的光纤信号并通过光纤信号反馈模块反馈至FPGA判断控制模块；若所述转换后的电压信号幅值不低于所述电压门限值，则输出有光状态的光纤信号并通过光纤信号反馈模块反馈至FPGA判断控制模块，以确定所述光纤信号反馈模块的反馈信号是否为有光状态，若为有光状态，则所述高功率脉冲氙灯光源为正常工作状态，反之，则为异常工作状态；

当所述高功率脉冲氙灯光源为正常工作状态，则所述FPGA判断控制模块输出起爆信号，并通过起爆设备同步触发模块触发起爆设备工作；当所述高功率脉冲氙灯光源为异常工作状态，则所述FPGA判断控制模块不输出起爆信号，并自动进入故障处理程序，将预电离电源和主电源中的电容储存的能量泄放至安全电压值。

进一步地，所述FPGA判断控制模块确定所述光纤信号反馈模块的反馈信号是否为有光状态，包括：

所述FPGA判断控制模块以所述预电离电源中的高压晶闸管和主放电电源中的高压晶闸管的触发信号作为时间比较基点，在时间比较基点后的预设时间内，判断预电离电流检测光纤和主放电电流检测光纤的反馈信号是否为有光状态。

本发明提供了一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置及方法，采用预电离和主放电均为高压晶闸管开关组件的双固态放电开关，避免出现开关自激等情况，提升高功率脉冲氙灯光源的可靠性和使用寿命，并采用先预电离-后主放电的工作模式，首先对预电离电流进行检测判断，判断预电离正常（即预电离电源门限比较电路输出有光状态的光纤信号）情况下，FPGA进行主放电触发，然后对主放电电流进行检测判断，判断主放电实际输出电流正常情况下（即主放电电源门限比较电路输出有光状态的光纤信号），FPGA输出起爆信号，作为起爆设备的同步触发。在预电离或主放电输出电流不正常情况下，FPGA均不会输出起爆信号，可实现对脉冲氙灯光源的工作状态进行自动检测、故障判断以及实验中止等功能，能够有效提高脉冲氙灯光源的工作稳定性和可靠性，高功率脉冲氙灯光源采用的多级晶闸管固态开关串联替代传统的高压真空开关、伪火花开关和引燃管等电弧类型放电开关，能够有效提高工作寿命，且不会出现开关自激等情况，有效提升高功率脉冲氙灯光源的可靠性和使用寿命，为大型爆轰实验的顺利实施提供重要的技术支撑。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置的原理图。

图2（a）为本发明一实施例中预电离电源门限比较电路的原理图。

图2（b）为本发明一实施例中主放电电源门限比较电路的原理图。

图3（a）为本发明一实施例中开关组件的主视图。

图3（b）为本发明一实施例中开关组件的左视图。

图3（c）为本发明一实施例中开关组件的俯视图。

图4为本发明一实施例中高功率脉冲氙灯光源的电路拓扑示意图。

图5为本发明一实施例中高功率脉冲氙灯光源的实验输出电流波形。

图6为本发明一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的方法的流程图。

附图标记：

1-六角螺母；2-上盖板；3-上端连接块；4-锯齿状刻槽的绝缘块；5-金属电极；6-单片高压晶闸管开关；7-金属螺杆；8-第一垫柱；9-第二垫柱；10-绝缘套管；11-下端连接块；12-蝶形簧片；13-下盖板；14-规格M8*20的内六角圆柱头螺钉；15-规格M10*25的内六角圆柱头螺钉；16-侧面安装底板；17-规格M6*20的十字槽盘头螺钉；18-支撑柱；19-规格M4*16的十字槽盘头螺钉；20-均压片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置，包括脉冲氙灯控制器、基于高压晶闸管开关的放电电源主机、脉冲氙灯负载和电流传感器；其中，脉冲氙灯控制器包括FPGA判断控制模块，基于高压晶闸管开关的放电电源主机包括预电离电源、主放电电源、门限比较电路和光纤信号反馈模块。

预电离电源和主放电电源的放电电流通过电流传感器转换为电压信号并发送给门限比较电路。门限比较电路，用于基于电压门限值对转换后的电压信号进行判断，并将判断结果发送给光纤信号反馈模块；光纤信号反馈模块，用于根据判断结果生成反馈信号反馈至FPGA判断控制模块；FPGA判断控制模块，用于根据光纤信号反馈模块形成的反馈信号确定高功率脉冲氙灯光源的工作状态，并根据脉冲氙灯光源的工作状态确定是否输出起爆信号触发起爆设备工作。

具体地，门限比较电路基于电压门限值对转换后的电压信号进行判断，若转换后的电压信号幅值低于电压门限值，则输出无光状态的光纤信号并通过光纤信号反馈模块反馈至FPGA判断控制模块；若转换后的电压信号幅值不低于电压门限值，则输出有光状态的光纤信号并通过光纤信号反馈模块反馈至FPGA判断控制模块。FPGA判断控制模块确定光纤信号反馈模块的反馈信号是否为有光状态，若为有光状态，则高功率脉冲氙灯光源为正常工作状态，反之，则为异常工作状态。当高功率脉冲氙灯光源为正常工作状态，则FPGA判断控制模块输出起爆信号，并通过起爆设备同步触发模块触发起爆设备工作；当高功率脉冲氙灯光源为异常工作状态，则FPGA判断控制模块不输出起爆信号，并自动进入故障处理程序，将预电离电源和主电源中的电容储存的能量泄放至安全电压值。

本实施例中的门限比较电路包括图2（a）所示的预电离电源门限比较电路和图2（b）所示的主放电电源门限比较电路。

其中，预电离电源门限比较电路，用于将预电离电源的放电电流经电流传感器转换后的电压信号与预设第一电压门限值进行比较；当转换后的电压信号幅值低于预设第一电压门限值，则输出无光状态的光纤信号；当转换后的电压信号幅值不低于预设第一电压门限值，则经电/光转换电路对电压信号进行电光转换，输出有光状态的光纤信号。

主放电电源门限比较电路，用于将主放电电源的放电电流经电流传感器转换后的电压信号与预设第二电压门限值进行比较；当转换后的电压信号幅值低于预设第二电压门限值，则输出无光状态的光纤信号；当转换后的电压信号幅值不低于预设第二电压门限值，则经电/光转换电路对电压信号进行电光转换，输出有光状态的光纤信号。

上述提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置，采用预电离和主放电均为高压晶闸管开关组件的双固态放电开关技术路线，并采用先预电离-后主放电的工作模式。首先对预电离电流进行检测判断，判断预电离正常（即预电离电源门限比较电路输出有光状态的光纤信号）情况下，FPGA进行主放电触发，然后对主放电电流进行检测判断，判断主放电实际输出电流正常情况下（即主放电电源门限比较电路输出有光状态的光纤信号），FPGA输出起爆信号，作为起爆设备的同步触发。在预电离或主放电输出电流不正常情况下，FPGA均不会输出起爆信号，实现自动刹车并中止后续实验的功能，同时具备触发状态和均压状态的检测功能，能够向上位机反馈工作状态是否正常，具有低扰动、触发隔离和状态可检等优点。

进一步地，由于晶闸管属于半导体开关，其导通工作原理是通过电荷注入触发和载流子扩散形成电流通道，不存在传统电弧类型高压放电开关的真空或低气压工作状态，可以有效避免传统高压放电开关和高压绕丝预电离触发存在的氙灯自激问题。

因此，本实施例中的预电离电源和主放电电源中设置的开关组件均为一个由多片高压晶闸管串联的开关组件。基于上述多级串联的高压晶闸管固态开关组件，高功率脉冲氙灯光源采用预电离和主放电均为高压晶闸管固态开关组件的双放电开关技术路线，其电路拓扑如图4所示

FPGA判断控制模块以预电离电源中的高压晶闸管和主放电电源中的高压晶闸管的触发信号作为时间比较基点（一般为几十μs），在时间比较基点后的预设时间内，判断预电离电流检测光纤和主放电电流检测光纤的反馈信号是否为有光状态。

具体地，开关组件中高压晶闸管的串联级数根据开关组件的实际工作电压和单片高压晶闸管的耐压确定，具体计算公式为：

Vz=η*N*Vd，

其中，Vz为开关组件的实际工作电压，N为串联级数，Vd为单片高压晶闸管的耐压，η为工作系数，一般取0.4~0.8。

通过串联高压晶闸管，可实现高功率脉冲氙灯光源的触发。如选用七只耐压6.5kV的晶闸管串联组成，最高可耐受45.5 kV的正反向电压。该晶闸管的电流平方积参数高达10 MA²s，能够承受最高100kA的工作大电流。

进一步地，当预电离电源中的高压晶闸管被击穿，则高压脉冲回路反馈给远程控制终端，远程控制终端停止供电并显示预电离电源不均压，且显示对应预电离高压晶闸管为击穿状态，并自动进入故障处理程序，将预电离电源和主电源中的电容储存的能量泄放至安全电压值。

进一步地，预电离电源中的每一片高压晶闸管和主放电电源中的每一高压晶闸管均并联一个MΩ量级的电阻，用于对串联的每片晶闸管均压，实现电压的静态分配，避免单个开关过压击穿。本实施例为了能够有效关断开关，预电离电源设计为RLC欠阻尼方式，具体如图3所示，为多片高压晶闸管串联的开关组件、电感和电容依次串联。通过较低的反向电流注入，有效关断预电离回路的晶闸管开关，然后，主放电回路晶闸管开关触发导通，将能量传输至氙灯负载。

进一步地，预电离电源还包括预电离充电控制电路，该预电离充电控制电路，用于根据PLC控制模块发送的控制指令，对预电离充电控制电路中的高压充电电源进行实验所需电压的设置；或者，对预电离充电控制电路中的高压分压器进行电压取样并反馈至脉冲氙灯控制器。

进一步地，主放电电源还包括主放电充电控制电路和充泄放开关控制电路；主放电充电控制电路用于根据PLC控制模块发送的控制指令，对主放电充电控制电路中的高压充电电源进行实验所需电压的设置；或者，对主放电充电控制电路中的高压分压器进行电压取样并反馈至脉冲氙灯控制器；充泄放开关控制电路，用于泄放预电离电源和主放电电源中的电容储能。

进一步地，如图3所示，开关组件包括上盖板2、上端连接块3、锯齿状刻槽的绝缘块4、金属电极5、单片高压晶闸管开关6、金属螺杆7、第一垫柱8、第二垫柱9、绝缘套管10、下端连接块11、蝶形簧片12、下盖板13、侧面安装底板16、支撑柱18和均压片20。

相邻单片高压晶闸管开关6通过均压片20连接，每一均压片20的中心位置设置有第一垫柱8，顶层的单片高压晶闸管开关6的顶部和底层的单片高压晶闸管开关6的底部设置有锯齿状刻槽的绝缘块4。顶层的单片高压晶闸管开关6与对应的锯齿状刻槽的绝缘块4之间设置均压片20，均压片20预设位置设置有金属电极5。底层的单片高压晶闸管开关6与对应的锯齿状刻槽的绝缘块4之间设置均压片20，均压片20预设位置设置有金属电极5。设置在顶部的锯齿状刻槽的绝缘块4上设置有上端连接块3，设置在底部的锯齿状刻槽的绝缘块4上设置有下端连接块11，下端连接块11为圆柱形，下端连接块11远离下盖板13的一端设有凸缘，凸缘与下端连接块11之间设置有蝶形簧片12。通过金属螺杆7对上盖板2和下盖板13拉紧固定。

具体地，1为规格为M12的六角螺母，用于固定高压晶闸管开关组件。2为组件的上盖板。3为组件上端的连接块。4为带有锯齿状刻槽的绝缘块，用于隔离高电压。5为金属电极，用于引出高压大电流输出。6为单片高压晶闸管开关，可通过多级压接实现串联。7为金属螺杆，用于上盖板和下盖板的拉紧固定。8和9为垫柱，用于不同高压晶闸管压接时的定位。10为绝缘套管，用于金属螺杆的绝缘。11为组件下端的连接块。12为蝶形簧片，具有一定的弹性。13为组件的下盖板。14为规格M8*20的内六角圆柱头螺钉，用于固定整个开关组件。15为规格M10*25的内六角圆柱头螺钉，用于固定输出电缆。16为侧面安装底板，用于安装组件均压电路板。17为规格M6*20的十字槽盘头螺钉，用于固定侧面安装底板。18为支撑柱，用于安装组件触发电路板。19为规格M4*16的十字槽盘头螺钉，用于固定电路板。20为均压片，用于不同高压晶闸管之间的压接和触发信号引入。

本实施例中的高功率脉冲氙灯光源的实验输出电流波形如图5所示，在工作电压20kV条件下，实现了约25kA的大电流放电。通过大量重复性的实验考核，高压晶闸管开关组件均稳定可靠工作，有效解决了传统高功率脉冲氙灯光源存在的开关难以触发、工作寿命受限和开关自激等问题，有效提升了高功率脉冲氙灯光源的可靠性和使用寿命。本发明提供的上述高功率脉冲氙灯光源装置适用于要求光强极高的前照明高速摄影等应用场景。

实施例2

如图6所示，本发明提供一种基于上述提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置的方法，具体包括如下步骤：

S10：预电离电源和主放电电源的放电电流通过电流传感器转换为电压信号并发送给门限比较电路。

S20：在接收到电压信号后，门限比较电路基于电压门限值对转换后的电压信号进行判断，若转换后的电压信号幅值低于电压门限值，则输出无光状态的光纤信号并通过光纤信号反馈模块反馈至FPGA判断控制模块；若转换后的电压信号幅值不低于电压门限值，则输出有光状态的光纤信号并通过光纤信号反馈模块反馈至FPGA判断控制模块，以确定光纤信号反馈模块的反馈信号是否为有光状态，若为有光状态，则高功率脉冲氙灯光源为正常工作状态，反之，则为异常工作状态。

具体地，门限比较电路包括预电离电源门限比较电路和主放电电源门限比较电路。其中，预电离电源门限比较电路，用于将预电离电源的放电电流经电流传感器转换后的电压信号与预设第一电压门限值进行比较；当转换后的电压信号幅值低于预设第一电压门限值，则输出无光状态的光纤信号；当转换后的电压信号幅值不低于预设第一电压门限值，则经电/光转换电路对电压信号进行电光转换，输出有光状态的光纤信号；主放电电源门限比较电路，用于将主放电电源的放电电流经电流传感器转换后的电压信号与预设第二电压门限值进行比较；当转换后的电压信号幅值低于预设第二电压门限值，则输出无光状态的光纤信号；当转换后的电压信号幅值不低于预设第二电压门限值，则经电/光转换电路对电压信号进行电光转换，输出有光状态的光纤信号。

FPGA判断控制模块以预电离电源中的高压晶闸管和主放电电源中的高压晶闸管的触发信号作为时间比较基点，在时间比较基点后的预设时间内，判断预电离电流检测光纤和主放电电流检测光纤的反馈信号是否为有光状态。

S30：当高功率脉冲氙灯光源为正常工作状态，则FPGA判断控制模块输出起爆信号，并通过起爆设备同步触发模块触发起爆设备工作；当高功率脉冲氙灯光源为异常工作状态，则FPGA判断控制模块不输出起爆信号，并自动进入故障处理程序，将预电离电源和主电源中的电容储存的能量泄放至安全电压值。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置，其特征在于，包括脉冲氙灯控制器、基于高压晶闸管开关的放电电源主机、脉冲氙灯负载和电流传感器；其中，所述脉冲氙灯控制器包括FPGA判断控制模块，所述基于高压晶闸管开关的放电电源主机包括预电离电源、主放电电源、门限比较电路和光纤信号反馈模块；

所述预电离电源和主放电电源的放电电流通过电流传感器转换为电压信号并发送给所述门限比较电路；

所述门限比较电路，用于基于电压门限值对转换后的电压信号进行判断，并将判断结果发送给光纤信号反馈模块；

所述光纤信号反馈模块，用于根据判断结果生成反馈信号反馈至FPGA判断控制模块；

所述FPGA判断控制模块，用于根据所述光纤信号反馈模块形成的反馈信号确定高功率脉冲氙灯光源的工作状态，并根据所述脉冲氙灯光源的工作状态确定是否输出起爆信号触发起爆设备工作；

其中，所述预电离电源中包括一个由多片高压晶闸管串联的开关组件，所述主放电电源中包括一个由多片高压晶闸管串联的开关组件；所述开关组件包括上盖板(2)、上端连接块(3)、锯齿状刻槽的绝缘块(4)、金属电极(5)、单片高压晶闸管开关(6)、金属螺杆(7)、第一垫柱(8)、第二垫柱(9)、绝缘套管(10)、下端连接块(11)、蝶形簧片(12)、下盖板(13)、侧面安装底板(16)、支撑柱(18)和均压片(20)；

相邻单片高压晶闸管开关(6)通过均压片(20)连接，每一所述均压片(20)的中心位置设置有第一垫柱(8)，顶层的单片高压晶闸管开关(6)的顶部和底层的单片高压晶闸管开关(6)的底部设置有锯齿状刻槽的绝缘块(4)；顶层的单片高压晶闸管开关(6)与对应的锯齿状刻槽的绝缘块(4)之间设置均压片(20)，均压片(20)预设位置设置有金属电极(5)；底层的单片高压晶闸管开关(6)与对应的锯齿状刻槽的绝缘块(4)之间设置均压片(20)，均压片(20)预设位置设置有金属电极(5)；设置在顶部的锯齿状刻槽的绝缘块(4)上设置有上端连接块(3)，设置在底部的锯齿状刻槽的绝缘块(4)上设置有下端连接块(11)，下端连接块(11)为圆柱形，所述下端连接块(11)远离下盖板(13)的一端设有凸缘，所述凸缘与下端连接块(11)之间设置有蝶形簧片(12)；通过金属螺杆(7)对所述上盖板(2)和下盖板(13)拉紧固定。

2.根据权利要求1所述的一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置，其特征在于，所述预电离电源中的每一片高压晶闸管和所述主放电电源中的每一高压晶闸管均并联一个MΩ量级的电阻，用于对串联的每片晶闸管均压。

3.根据权利要求1所述的一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置，其特征在于，所述提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置还包括PLC控制模块，所述预电离电源还包括预电离充电控制电路；

所述预电离充电控制电路，用于根据PLC控制模块发送的控制指令，对所述预电离充电控制电路中的高压充电电源进行实验所需电压的设置；或者，对所述预电离充电控制电路中的高压分压器进行电压取样并反馈至脉冲氙灯控制器。

4.根据权利要求1所述的一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置，其特征在于，所述预电离电源设计为RLC欠阻尼方式；具体为多片高压晶闸管串联的开关组件、电感和电容依次串联。

5.根据权利要求1所述的一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置，其特征在于，所述提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置还包括PLC控制模块，所述主放电电源还包括主放电充电控制电路和充泄放开关控制电路；

所述主放电充电控制电路，用于根据PLC控制模块发送的控制指令，对所述主放电充电控制电路中的高压充电电源进行实验所需电压的设置；或者，对所述主放电充电控制电路中的高压分压器进行电压取样并反馈至脉冲氙灯控制器；

所述充泄放开关控制电路，用于泄放预电离电源和主放电电源中的电容储能。

6.根据权利要求1所述的一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置，其特征在于，所述门限比较电路包括预电离电源门限比较电路和主放电电源门限比较电路；

其中，所述预电离电源门限比较电路，用于将预电离电源的放电电流经电流传感器转换后的电压信号与预设第一电压门限值进行比较；当转换后的电压信号幅值低于所述预设第一电压门限值，则输出无光状态的光纤信号；当转换后的电压信号幅值不低于所述预设第一电压门限值，则经电/光转换电路对所述电压信号进行电光转换，输出有光状态的光纤信号；

所述主放电电源门限比较电路，用于将主放电电源的放电电流经电流传感器转换后的电压信号与预设第二电压门限值进行比较；当转换后的电压信号幅值低于所述预设第二电压门限值，则输出无光状态的光纤信号；当转换后的电压信号幅值不低于所述预设第二电压门限值，则经电/光转换电路对所述电压信号进行电光转换，输出有光状态的光纤信号。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述的提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的装置的方法，其特征在于，包括：

预电离电源和所述主放电电源的放电电流通过电流传感器转换为电压信号并发送给门限比较电路；

在接收到电压信号后，门限比较电路基于电压门限值对转换后的电压信号进行判断，若所述转换后的电压信号幅值低于所述电压门限值，则输出无光状态的光纤信号并通过光纤信号反馈模块反馈至FPGA判断控制模块；若所述转换后的电压信号幅值不低于所述电压门限值，则输出有光状态的光纤信号并通过光纤信号反馈模块反馈至FPGA判断控制模块，以确定所述光纤信号反馈模块的反馈信号是否为有光状态，若为有光状态，则所述高功率脉冲氙灯光源为正常工作状态，反之，则为异常工作状态；

当所述高功率脉冲氙灯光源为正常工作状态，则所述FPGA判断控制模块输出起爆信号，并通过起爆设备同步触发模块触发起爆设备工作；当所述高功率脉冲氙灯光源为异常工作状态，则所述FPGA判断控制模块不输出起爆信号，并自动进入故障处理程序，将预电离电源和主电源中的电容储存的能量泄放至安全电压值。

8.根据权利要求7所述的一种提升高功率脉冲氙灯光源可靠性的方法，其特征在于，所述FPGA判断控制模块确定所述光纤信号反馈模块的反馈信号是否为有光状态，包括：

所述FPGA判断控制模块以所述预电离电源中的高压晶闸管和主放电电源中的高压晶闸管的触发信号作为时间比较基点，在时间比较基点后的预设时间内，判断预电离电流检测光纤和主放电电流检测光纤的反馈信号是否为有光状态。

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