CN113552402B - 一种测量耦合电流的装置 - Google Patents

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Abstract

一种测量耦合电流的装置，包括：X射线源1、真空腔体2、信号传输系统3和示波器4；其中，X射线源1的出光口与真空腔体2连接，连接的交界面从出光口到真空腔体2方向依次设置有用于屏蔽入射电磁波的第一材料板2‑1和用于吸收电子束的第二材料板2‑2，第一材料板2‑1与真空腔体2的内壁连接；X射线源1向真空腔体2内入射X射线1‑1，X射线1‑1的入射方向与真空腔体2内的待测量耦合电流的试验线缆5所在的平面垂直，试验线缆5通过腔壁上的接口与腔外的信号传输系统3连接；示波器4采集通过信号传输系统3输出的用于耦合电流分析的线缆电流。本发明实施例通过屏蔽电磁波和吸收电子束的结构设计，提升了试验线缆5耦合电流测试的准确性。

Description

一种测量耦合电流的装置
技术领域
本文涉及但不限于电磁脉冲技术，尤指一种测量耦合电流的装置。
背景技术
核爆炸、激光惯性约束聚变等过程会产生瞬态电离辐射，即X射线；当X射线照射到设备线缆上时，会与线缆的金属芯线和金属屏蔽层相互作用产生光电子，并沉积在介质层中，在线缆金属芯线产生耦合电流，此效应称为线缆系统电磁脉冲，耦合电流可能对线缆连接的设备造成噪声干扰，甚至烧毁击穿。随着激光惯性约束聚变等大型科学装置能量越来越高，所产生的瞬态电离辐射越来越强，线缆系统电磁脉冲所造成的影响越来越不容忽视。准确预测线缆系统电磁脉冲的强度，并构建相对完善的线缆系统电磁脉冲数据库，对于设备的正常运行有重要意义。
为了准确测量线缆系统电磁脉冲，需要准确测量不同线缆在不同X射线照射下的耦合电流；测量耦合电流需要X射线源，目前X射线源多采用电子打靶，在产生X射线的同时会产生电子束和电磁辐射，电子束和电磁辐射均可在线缆上产生耦合电流，并且X射线作用在腔体上会产生腔体系统电磁脉冲，这些都会干扰耦合电流的测量结果。
如何提升测量不同线缆在不同X射线照射下的耦合电流的准确性，成为一个有待解决的问题。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施例提供一种测量耦合电流的装置，能够提升试验线缆5耦合电流测量的准确性。
本发明实施例还提供一种测量耦合电流的装置，包括：X射线源（1）、真空腔体（2）、信号传输系统（3）和示波器（4）；其中，
X射线源（1）的出光口与真空腔体（2）连接，连接的交界面从出光口到真空腔体（2）方向依次设置有用于屏蔽入射电磁波的第一材料板（2-1）和用于吸收电子束的第二材料板（2-2），第一材料板（2-1）与真空腔体（2）的内壁连接；
真空腔体（2）的内壁设置有用于吸收电子束的第三材料层（2-3）；
X射线源（1）向真空腔体（2）内入射X射线（1-1），X射线（1-1）的入射方向与放置在真空腔体（2）内的待测量耦合电流的试验线缆（5）所在的平面垂直，试验线缆（5）通过真空腔体（2）的腔壁上的接口与腔外的信号传输系统（3）连接；
信号传输系统（3）与示波器（4）连接，示波器（4）采集通过信号传输系统（3）输出的用于耦合电流分析的线缆电流。
在一种示例性实例中，所述X射线源（1）包括：
连续X射线源CXR或脉冲X射线源FXR。
在一种示例性实例中，所述X射线（1-1）的能量位于1千电子伏特keV至1兆电子伏特MeV之间。
在一种示例性实例中，所述第一材料板（2-1）包括：原子序数小于第一预设数值且厚度为第一预设厚度的金属板。
在一种示例性实例中，所述第二材料板（2-2）包括：原子序数小于第二预设数值且厚度为第二预设厚度的材料板；
其中，所述第二预设厚度为毫米量级。
在一种示例性实例中，所述试验线缆（5）上按照预设分布黏贴有预设数量的用于辐射剂量测量的剂量片（6）。
在一种示例性实例中，所述信号传输系统（3）包括：
光电传输系统或多层屏蔽线缆传输系统；
其中，所述多层屏蔽线缆传输系统包括：包含双层屏蔽线或三层屏蔽线的传输系统。
在一种示例性实例中，所述试验线缆（5）通过真空腔体（2）的腔壁上的法兰（2-4）接至所述信号传输系统（3）。
在一种示例性实例中，所述法兰（2-4）外接用于复合屏蔽的法拉第筒（2-5）。
在一种示例性实例中，所述试验线缆（5）的第一端通过第一电缆接头（5-1）连接所述示波器（4），第二端通过第二电缆接头（5-2）采取悬空或端接预设的匹配阻抗。
在一种示例性实例中：
所述试验线缆（5）连接的电压信号为0-18吉赫兹时，所述第一电缆接头（5-1）和第二电缆接头（5-2）为 SMA接头；
所述试验线缆（5）连接的电压信号为0-4吉赫兹时，所述第一电缆接头（5-1）和第二电缆接头（5-2）为同轴电缆卡环形接口BNC接头。
在一种示例性实例中，所述第二端通过第二电缆接头（5-2）采取悬空时，第二端芯线通过屏蔽层隔绝，所述芯线和所述屏蔽层之间填充绝缘介质，所述第二端的外层包裹铜箔，所述铜箔和所述屏蔽层连接。
在一种示例性实例中，所述真空腔体（2）的腔内还设置有加工导轨（2-6）和推拉架（2-7），用于装卸试验电缆和电磁场探头。
本申请技术方案包括：X射线源1、真空腔体2、信号传输系统3和示波器4；其中，X射线源1的出光口与真空腔体2连接，连接的交界面从出光口到真空腔体2方向依次设置有用于屏蔽入射电磁波的第一材料板2-1和用于吸收电子束的第二材料板2-2，第一材料板2-1与真空腔体2的内壁连接；真空腔体2的内壁设置有用于吸收电子束的第三材料层2-3；X射线源1向真空腔体2内入射X射线1-1，X射线1-1的入射方向与放置在真空腔体2内的待测量耦合电流的试验线缆5所在的平面垂直，试验线缆5通过真空腔体2的腔壁上的接口与腔外的信号传输系统3连接；信号传输系统3与示波器4连接，示波器4采集通过信号传输系统3输出的用于耦合电流分析的线缆电流。本发明实施例通过屏蔽电磁波和吸收电子束的结构设计，提升了试验线缆5耦合电流测试的准确性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例测量耦合电流的装置的结构框图；
图2为本发明实施例灌铅金属管的示意图；
图3为本发明实施例真空腔体的示意图。
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，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1为本发明实施例测量耦合电流的装置的结构框图，如图1所示，包括：X射线源1、真空腔体2、信号传输系统3和示波器4；其中，
X射线源1的出光口与真空腔体2连，连接的交界面从出光口到真空腔体2方向依次设置有用于屏蔽入射电磁波的第一材料板2-1和用于吸收电子束的第二材料板2-2，第一材料板2-1与真空腔体2的内壁连接；
真空腔体2的内壁设置有用于吸收电子束的第三材料层2-3；
X射线源1向真空腔体2内入射X射线1-1，X射线1-1的入射方向与放置在真空腔体2内的待测量耦合电流的两根以上试验线缆5所组成的平面垂直，试验线缆5通过真空腔体2的腔壁上的接口与腔外的信号传输系统3连接；
信号传输系统3与示波器4连接，示波器4采集通过信号传输系统3输出的用于耦合电流分析的线缆电流。
需要说明的是，本发明实施例X射线源1的出光口与真空腔体2的连接为物理连接，交界面为物理连接的衔接面；第一材料板连接内壁时，第一材料板与内壁紧挨着。
本申请技术方案包括：X射线源1、真空腔体2、信号传输系统3和示波器4；其中，X射线源1的出光口与真空腔体2连接，连接的交界面设置有与真空腔体2的内壁连接的用于屏蔽入射电磁波的第一材料板2-1，第一材料板2-1与真空腔体2之间设置有用于吸收电子束的第二材料板2-2；真空腔体2的内壁设置有用于吸收电子束的第三材料层2-3；X射线源1向真空腔体2内入射X射线1-1，X射线1-1的入射方向与放置在真空腔体2内的待测量耦合电流的试验线缆5所在的平面垂直，试验线缆5通过真空腔体2的腔壁上的接口与腔外的信号传输系统3连接；信号传输系统3与示波器4连接，示波器4采集通过信号传输系统3输出的用于耦合电流分析的线缆电流。本发明实施例第一材料板2-1在屏蔽入射电磁波的同时，可以尽可能减少对X射线的衰减；本发明实施例真空腔体2为金属，受X射线照射将产生光电子，通过第三材料层2-3可以减小因X射线照射而从真空腔壁向腔内发射的电子数，减小了激励的腔体系统电磁脉冲。线缆电流通过腔壁上的接口传至腔外的信号传输系统3，为减小X射线与电磁辐射在传输系统上造成的耦合。本发明实施例通过屏蔽电磁波和吸收电子束的结构设计，提升了试验线缆5耦合电流测试的准确性。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的X射线源1包括：
连续X射线源（CXR）或脉冲X射线源（FXR）。
本发明实施例采用FXR作为X射线源1，获得的射线剂量高，得到信号信噪比高，但存在瞬态脉冲不确定性高，易受外界干扰；采用CXR 作为X射线源1，优点为输出稳定，可在大时间尺度观察，抵消瞬态不确定性，但其射线剂量低，对测量设备精度有较高要求。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的X射线1-1的能量位于1千电子伏特（keV）至1兆电子伏特（MeV）之间。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一材料板2-1包括：原子序数小于第一预设数值且厚度为第一预设厚度的金属板。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一预设数值可以由本领域技术人员根据屏蔽入射电磁波的需求分析确定；第一预设厚度根据实际X射线能量与电场频率，第一预设厚度可以是1~3毫米。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第二材料板2-2包括：原子序数小于第二预设数值且厚度为第二预设厚度的材料板；
其中，所述第二预设厚度为毫米量级。
在一种示例性实例中，第二材料板2-2可以是聚氯乙烯（PVC）板。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的试验线缆5上按照预设分布黏贴有预设数量的用于辐射剂量测量的剂量片6。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的剂量片6包括热释光剂量片6，一条试验线缆5上根据长度均匀贴不少于2个剂量片6，辐射剂量的测量值可以是黏贴的剂量片6测量值的平均值。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的信号传输系统3包括：
光电传输系统或多层屏蔽线缆传输系统；其中，多层屏蔽线缆传输系统包括：包含双层屏蔽线或三层屏蔽线的传输系统。
如果使用无屏蔽措施的传输线连接试验线缆5和示波器4，则会带来很大的噪声，对信号造成很大干扰；本发明实施例为减小X射线与电磁辐射在信号传输系统3上造成的干扰耦合，通过光电传输系统或多层屏蔽线缆传输系统可以实现信号屏蔽；本发明实施例使用光电传输系统，将电信号转化为光信号用光纤传输，可以提高抗干扰水平；使用多层屏蔽线缆传输系统时，多层屏蔽线缆传输系统可以包括双层或三层屏蔽线的传输系统，通过双层或三层屏蔽线可以减小电磁耦合。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的试验线缆5通过真空腔体2的腔壁上的法兰2-4接至信号传输系统3。
本发明实施例试验线缆5通过真空腔体2的腔壁上的法兰2-4接至信号传输系统3，法兰2-4上包含电缆接口和光纤接口等真空插件，可以减小X射线与电磁辐射在信号传输系统3上造成的干扰耦合。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的法兰2-4外接用于复合屏蔽的法拉第筒2-5。
在一种示例性实例中，本发明实施例可以以灌铅金属管作为法拉第筒2-5；在一种示例性实例中，本发明实施例灌铅金属管可以是：内金属层2-5-1和外金属层2-5-2各不少于3毫米厚，内部铅层不少于5毫米厚的金属管；图2为本发明实施例灌铅金属管的示意图，如图2所示，灌铅金属管2-5的中间可以穿三层屏蔽电缆和光纤，减小照射到传输线上的X射线剂量和电磁脉冲。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的试验线缆5的第一端通过第一电缆接头5-1连接示波器4，第二端通过第二电缆接头5-2采取悬空或端接预设的匹配阻抗。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的试验线缆5连接的电压信号为0-18吉赫兹时，第一电缆接头5-1和第二电缆接头5-2为超小型版本a （SMA，SMA是Sub-Miniature-A的简称，SMA接头的全称为SMA反级性公头，是内部有螺纹的、里面触点是针的天线接头（无线设备一端是外部有螺纹里面触点是管））接头；
试验线缆5连接的电压信号为0-4吉赫兹时，第一电缆接头5-1和第二电缆接头5-2为同轴电缆卡环形接口（BNC，一种同轴电缆连接器）接头。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第二端通过第二电缆接头5-2采取悬空时，第二端芯线通过屏蔽层隔绝，芯线和所述屏蔽层之间填充绝缘介质，第二端的外层包裹铜箔，所述铜箔和所述屏蔽层连接。本发明实施例通过上述处理，进行了电磁屏蔽。
在一种示例性实例中，本发明实施例第二端通过第二电缆接头5-2端接预设的匹配阻抗时，可采用具有匹配阻抗的电缆接头实现匹配阻抗的端接，也可以在第二端口的芯线与屏蔽层之间焊接匹配电阻。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的真空腔体2的腔内还设置有加工导轨2-6和推拉架2-7，用于装卸试验电缆和电磁场探头。
图3为本发明实施例真空腔体的示意图，如图3所示，真空腔体2的腔内还设置有加工导轨2-6和推拉架2-7，在一种示例性实例中，本发明实施例推拉架上前端加工带卡槽的塑料圆盘，可以放置试验线缆5，中间可以放置磁场微分B-dot和电场微分D-dot电磁场传感器以及光电转换器等。
在一种示例性实例中，本发明实施例推拉架上后端加工固定支架可放置金属材料。
在一种示例性实例中，本发明实施例制备真空腔体2的材料可以是铝。
在一种示例性实例中，本发明实施例试验线缆5的长度可以为几十厘米，可以根据X射线源1的光斑大小、真空腔体2大小以及测量需求调整。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质或非暂时性介质和通信介质或暂时性介质。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于 RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘DVD或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (13)

1.一种测量耦合电流的装置，包括：X射线源（1）、真空腔体（2）、信号传输系统（3）和示波器（4）；其中，
X射线源（1）的出光口与真空腔体（2）连接，连接的交界面从出光口到真空腔体（2）方向依次设置有用于屏蔽入射电磁波的第一材料板（2-1）和用于吸收电子束的第二材料板（2-2），第一材料板（2-1）与真空腔体（2）的内壁连接；
真空腔体（2）的内壁设置有用于吸收电子束的第三材料层（2-3）；
X射线源（1）向真空腔体（2）内入射X射线（1-1），X射线（1-1）的入射方向与放置在真空腔体（2）内的待测量耦合电流的试验线缆（5）所在的平面垂直，试验线缆（5）通过真空腔体（2）的腔壁上的接口与腔外的信号传输系统（3）连接；
信号传输系统（3）与示波器（4）连接，示波器（4）采集通过信号传输系统（3）输出的用于耦合电流分析的线缆电流。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述X射线源（1）包括：
连续X射线源CXR或脉冲X射线源FXR。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述X射线（1-1）的能量位于1千电子伏特keV至1兆电子伏特MeV之间。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一材料板（2-1）包括：原子序数小于第一预设数值且厚度为第一预设厚度的金属板。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二材料板（2-2）包括：原子序数小于第二预设数值且厚度为第二预设厚度的材料板；
其中，所述第二预设厚度为毫米量级。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验线缆（5）上按照预设分布黏贴有预设数量的用于辐射剂量测量的剂量片（6）。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号传输系统（3）包括：
光电传输系统或多层屏蔽线缆传输系统；
其中，所述多层屏蔽线缆传输系统包括：包含双层屏蔽线或三层屏蔽线的传输系统。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验线缆（5）通过真空腔体（2）的腔壁上的法兰（2-4）接至所述信号传输系统（3）。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述法兰（2-4）外接用于复合屏蔽的法拉第筒（2-5）。
10.根据权利要求1~9任一项所述的装置，其特征在于，所述试验线缆（5）的第一端通过第一电缆接头（5-1）连接所述示波器（4），第二端通过第二电缆接头（5-2）采取悬空或端接预设的匹配阻抗。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：
所述试验线缆（5）连接的电压信号为0-18吉赫兹时，所述第一电缆接头（5-1）和第二电缆接头（5-2）为SMA接头；
所述试验线缆（5）连接的电压信号为0-4吉赫兹时，所述第一电缆接头（5-1）和第二电缆接头（5-2）为同轴电缆卡环形接口BNC接头。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二端通过第二电缆接头（5-2）采取悬空时，第二端芯线通过屏蔽层隔绝，所述芯线和所述屏蔽层之间填充绝缘介质，所述第二端的外层包裹铜箔，所述铜箔和所述屏蔽层连接。
13.根据权利要求1~9任一项所述的装置，其特征在于，所述真空腔体（2）的腔内还设置有加工导轨（2-6）和推拉架（2-7），用于装卸试验电缆和电磁场探头。
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