CN201935949U - 脉冲测量信号地电位隔离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种脉冲测量信号地电位隔离器。所述脉冲测量信号地电位隔离器的信号电缆缠绕在圆环形的铁氧体磁芯上；输入电缆连接器和输出电缆连接器分别连接在信号电缆的两端；信号电缆在铁氧体磁芯上的绕制方向一致。脉冲测量信号地电位隔离器在不畸变测量探头输出的纳秒量级脉冲信号的情况下，对脉冲功率装置测量探头的地线和测试设备的地线进行了隔离，消除了脉冲功率装置放电时地电位抬升对测试系统造成的影响，保护了测试设备。

Description

脉冲测量信号地电位隔离器

技术领域

本实用新型属于脉冲功率装置的脉冲高电压大电流测量领域，具体涉及一种脉冲测量信号地电位隔离器。

背景技术

脉冲功率装置的接地线存在接地电阻和电感，因此当脉冲功率装置放电时，会发生装置地电位抬升的情况。一些脉冲功率装置高电压运行时地电位的抬升可以达到10千伏量级。由于测量探头的地线（电缆外皮）通常与装置的地线连接在一起，当使用信号电缆传输脉冲功率装置的测量探头信号时，会在脉冲功率装置的地线和测试设备的地线之间形成寄生（感应）电流，并形成感应电动势，不仅影响测量结果的真实性，严重时还会抬升测试设备端的地电位，在测试设备内部形成电位差，造成“反击”而损坏测试设备。

目前公知的解决方法有两种。中国刊物名称为“冲击大电流技术”（清华大学电力系编）的文献介绍了单点接地和光纤传输隔离的方法。单点接地的方法指包括测试系统在内的整个脉冲功率装置单点接地，测试设备不另外连接测试地并进行电源隔离，以此消除寄生（感应）电流。但是当与测试设备相连的例如屏蔽室等设施的对地电容较大时，对于脉冲电路而言寄生电流仍然存在；而且对于大型的脉冲功率装置，不同测量探头的地电位也不同，在不同测量通道之间也会形成寄生电流。因此在一些实际情况下，该方法不能完全解决问题。光纤传输隔离的方法是使用电光组件将测量探头输出的电信号转换为光信号，再使用光纤传输，然后使用光电组件将光信号转换为电信号输入到测试设备。该隔离设备可以彻底切断测量探头与测量设备之间的电连接，实现测试地线和装置地线的完全隔离。但适合快脉冲信号的光电、电光组件设备较复杂，造价较高；并且由于电光、光电设备为有源装置，其信号电压通常为伏量级，因此在一些具有强电磁干扰环境的脉冲功率装置上应用时，信号干扰较为严重。

发明内容

为了消除脉冲功率装置放电时地电位抬升对测试系统造成的影响，本实用新型提供一种脉冲测量信号地电位隔离器。所述的隔离器对于脉冲功率装置测量探头输出的信号等效为传输电缆，不影响纳秒量级快测量信号的传输；对于脉冲功率装置放电时抬升的地电位，隔离器等效为一个较大的电感，可以实现测量信号地电位隔离。

本实用新型的脉冲测量信号地电位隔离器，特点是，所述的隔离器含有输入电缆连接器、信号电缆、输出电缆连接器和铁氧体磁芯。所述信号电缆缠绕在圆环形铁氧体磁芯上，输入电缆连接器和输出电缆连接器分别连接在信号电缆的两端。信号电缆在铁氧体磁芯上的绕制方向一致。按需要隔离的地电位幅值水平确定输入和输出端的绝缘距离。输入电缆连接器外接到测量探头，输出电缆连接器外接到测试设备。由于测量探头输出的差模信号在信号电缆的芯线与皮线上电流方向相反，因此芯线与皮线的电感相互抵消。对于测量探头输出的信号，该隔离器等效为传输线。其频率特性与相同长度的信号电缆一致，不影响纳秒量级的快信号传输。而对于芯线与皮线上电流方向相同的共模信号，电感为芯线与皮线的电感之和。对于一定脉宽和前沿的脉冲功率装置地电位信号，选择对应频率范围的铁氧体磁芯和适当的电缆缠绕匝数，使该隔离器的感抗远大于脉冲功率装置的接地感抗，可以抑制脉冲功率装置的地线和测试设备的地线之间形成寄生（感应）电流，实现地电位隔离。

本实用新型的脉冲测量信号地电位隔离器在不畸变测量探头输出的纳秒量级脉冲信号的情况下，对脉冲功率装置测量探头的地线和测试设备地线进行了隔离，消除了脉冲功率装置放电时地电位抬升对测试系统造成的影响，保护了测试设备。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

图2是本实用新型应用电路原理图。

图中，1.输入电缆连接器    2.信号电缆     3.输出电缆连接器     4.铁氧体磁芯     11.电容器组     12.开关     13.负载     14.等效电感     21.分压器高压臂     22.分压器低压臂     31.分压器接地电阻     32.分压器接地电感     33.示波器接地电阻     34.示波器接地电感     41.测量探头输出电缆     42.隔离器     43.示波器输入电缆     51.匹配电阻     52.示波器测试通道。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型脉冲测量信号地电位隔离器。

实施例

图1为本实用新型实施例的结构示意图，图1中，本实用新型脉冲测量信号地电位隔离器含有输入电缆连接器1、信号电缆2、输出电缆连接器3和铁氧体磁芯4。其连接关系是，所述的信号电缆2缠绕在圆环形的铁氧体磁芯4上；输入电缆连接器1和输出电缆连接器3分别连接在信号电缆2的两端；信号电缆2在铁氧体磁芯4上的绕制方向一致；输入电缆连接器1外接到测量探头，输出电缆连接器3外接到测试设备。

信号电缆2绕制的要求是，方向保持一致，同时起始匝（与输入电缆连接器1连接的第一匝电缆）和结束匝（与输出电缆连接器3连接的最后一匝电缆）需要根据被隔离的地电位幅值大小设置合适的绝缘距离。本实施例中按照被隔离的地电位为10千伏考虑，绝缘距离设置为两厘米。铁氧体磁芯4的要求为，当铁氧体磁芯4上缠绕线圈为几十匝时，其形成的电感约为数十毫亨。因此铁氧体磁芯4的相对磁感应强度应当达到10³量级，直径应为100毫米量级。输入电缆连接器1连接到测量探头（脉冲高压分压器）的输出电缆；输出电缆连接器3连接到测试设备（示波器）的输入电缆。

图2是本实用新型应用电路原理图。图2中，所述隔离器42的输入电缆连接器1连接到测量探头输出电缆41，隔离器42的输出电缆连接器3连接到示波器输入电缆43。

图2中，本实用新型应用电路的具体工作方式如下，所述隔离器42的左侧电路为脉冲功率装置和脉冲高压分压器等效电路，隔离器42的右侧电路为测试设备等效电路。

电容器组11、开关12、负载13和等效电感14串联，构成一个使用电容器放电的脉冲功率装置。分压器高压臂21的一端连接在负载13的高压端；分压器高压臂21的另一端与分压器低压臂22的一端连接。由于实际的接地线路中等效存在接地电阻和接地电感，因此在附图2中的分压器低压臂22的另一端和脉冲功率装置地线之间连接了串联的分压器接地电阻31和分压器接地电感32。测量探头输出电缆41的一端连接到分压器高压臂21和分压器低压臂22的连接点，用以传输脉冲高压分压器的输出信号，另一端连接隔离器42。

示波器输入电缆43一端连接隔离器42，另一端与匹配电阻51连接，示波器测试通道52与匹配电阻51并联，记录脉冲高压分压器的输出信号。示波器接地电阻33和示波器接地电感34串联连接在示波器和测试地线之间。

当分压器接地电阻31约为0.5欧姆，分压器接地电感32约为1微亨，以及电容器组11充电100千伏后放电时，测量探头输出电缆41的皮线上产生约千伏量级的对地脉冲电压。地电位隔离器42等效为一个数10毫亨的大电感，对于微秒量级的对地脉冲电压，其等效感抗可以达到10千欧量级，阻止测量探头输出电缆41皮线上的对地脉冲电压对示波器输入电缆43的皮线形成寄生电流，使示波器输入电缆43的皮线对地电位基本不变，从而实现了测量探头输出电缆41和示波器输入电缆43之间的地电位隔离。由于脉冲高压分压器的输出信号在测量探头输出电缆41的芯线和皮线上电流方向相反，地电位隔离器42的上下两个电感相互抵消，因此对于脉冲高压分压器输出信号等效为传输线。其频率特性与相同长度的信号电缆一致，不影响纳秒量级的快信号传输。在本实施例中，使用的铁氧体磁芯4外径为Φ112毫米，内径为Φ74毫米，厚度为20毫米。信号电缆2的型号为SYV-50-2，在铁氧体磁芯4上绕制了80匝。测量电缆皮线电感约为60毫亨。通过人为增大分压器接地电阻31和分压器接地电感32的数值，可以设定测量探头输出电缆41的皮线对地脉冲电压约为10千伏，实测示波器输入电缆43的对地脉冲电压仅为100毫伏量级。示波器在没有采用任何其它电源隔离措施的情况下实现了安全运行，并正确测量到了脉冲高压分压器的输出信号。

Claims (2)

1.一种脉冲测量信号地电位隔离器，其特征是，所述的隔离器含有输入电缆连接器（1）、信号电缆（2）、输出电缆连接器（3）和铁氧体磁芯（4）；其连接关系是，所述的信号电缆（2）缠绕在圆环形的铁氧体磁芯（4）上；输入电缆连接器（1）和输出电缆连接器（3）分别连接在信号电缆（2）的两端；信号电缆（2）在铁氧体磁芯（4）上的绕制方向一致；输入电缆连接器（1）外接测量探头，输出电缆连接器（3）外接测试设备。

2.根据权利要求1所述的脉冲测量信号地电位隔离器，其特征是，所述的信号电缆（2）的起始匝和结束匝的绝缘距离为2厘米～3厘米。

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