CN208092088U - 一种同轴型传导干扰防护器件性能测试夹具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电磁脉冲注入技术领域，本实用新型是为了克服现有高空电磁脉冲测试夹具的不足，提供了一种同轴型传导干扰防护器件性能测试夹具，旨在实现防护器件在工作状态下进行脉冲注入测试。本实用新型将供电端口和注入端口设计为同轴型结构，相比以往双线结构引入的电感，理想情况下引入的电感量为零，极大减小了传输线引入的电感对脉冲注入信号产生畸变，波形前沿和脉宽畸变率均小于0.3dB，能够实现防护器件在正常工作环境下的脉冲注入测试。
Description
技术领域
本实用新型属于电磁脉冲注入技术领域，涉及一种传导干扰防护器件性能测试夹具，可应用于高空电磁脉冲(HEMP)效应试验。
背景技术
长期以来，高空核爆电磁脉冲及其工程防护技术一直受到各国的普遍关注，IEC(International Electro technical)的通讯委员会(TC-77)将其列为民用电子设备、电子系统和装置需要加以防护的高功率电磁环境。1996年出版的IEC61000-2-9与美国1999年8月发布的国家军用标准MIL-STD-461E都将HEMP波形峰值规定为前沿为2.5±0.5ns、半峰宽(FWHM)为23±5ns。1998年出版的IEC61000-2-10发布的标准将HEMP传导波形规定为前沿/脉宽为10/100ns，埋地电缆为25/500ns。
随着各国对高空电磁脉冲对各种电子电气设备造成损伤的重视，研究HEMP效应与防护技术成为了该领域的热点，也对HEMP试验平台、测量系统和测试夹具提出了更高的要求。现有参照国际标准IEC61000-4-24设计的测试夹具如图1所示，非保护端小室A5内设置有防护器件芯线A7和圆柱形防护器件隔板(固定在屏蔽隔板A1上)，在防护器件芯线A7与防护器件隔板之间接入防护器件A6，通过同轴接口A3直接注入脉冲信号，实现对防护器件A6的考核试验。
该夹具的缺点是仅能开展器件在实验室环境下的测试，无法开展器件在实际工作电压环境下的测试，若利用其开展高空电磁脉冲测试，对于如电源线或者其它带电型设备的气体放电管、压敏电阻等电压型防护器件的防护性能测试，测试结果与实际偏差较大。
实用新型内容
为了克服现有高空电磁脉冲测试夹具的不足，本实用新型提供了一种同轴型传导干扰防护器件性能测试夹具，旨在实现防护器件在工作状态下进行脉冲注入测试。
本实用新型的技术解决方案是：
一种同轴型传导干扰防护器件性能测试夹具，其特殊之处在于：包括采用良导体材料制成的外壳、设置在外壳内的耦合器、解耦器、待测防护器件固定桩和两个测量探头；
外壳为中空圆柱状封闭壳体，外壳的两个端面上分别设置有负载匹配端口和待测防护器件供电端口，外壳的侧壁上、垂直于其轴线方向处设置有脉冲注入端口；
负载匹配端口和待测防护器件供电端口通过第一传输导线相连；沿负载匹配端口指向待测防护器件供电端口的方向，在第一传输导线上依次设置有一个测量探头、隔离结构和解耦器；隔离结构包括屏蔽隔板和绝缘介质；屏蔽隔板为金属板，其上开设有第一中心通孔，所述第一中心通孔内设置有所述绝缘介质；所述绝缘介质的中心开设有第二中心通孔，绝缘介质和屏蔽隔板整体通过该第二中心通孔安装在第一传输导线上，屏蔽隔板的边缘与外壳内壁相连；
屏蔽隔板、负载匹配端口、待测防护器件供电端口和外壳四者同轴设置；
解耦器位于脉冲注入端口和待测防护器件供电端口之间；
沿外壳的径向，脉冲注入端口处设置有依次连接的第二传输导线、耦合器、第三传输导线；外壳内壁上与第三传输导线相应位置处设置有待测防护器件固定桩；第三传输导线与第一传输导线相交；
定义所述屏蔽隔板面对待测防护器件供电端口的端面为第一端面，在所述第一端面上设置有至少三个绝缘支架：至少一个绝缘支架与第二传输导线的下部相连，至少一个绝缘支架与第三传输导线的下部相连，至少一个绝缘支架与第三传输导线的上部相连，且保证耦合器与绝缘支架之间、待测防护器件与绝缘支架之间均具有间隙；
第三传输导线上也设置有一个测量探头，且该测量探头位于第一传输导线、待测防护器件固定桩、屏蔽隔板和解耦器之间。
进一步地，耦合器采用耦合电容，解耦器采用解耦磁环。
进一步地，耦合电容的电容值和解耦磁环的初始导磁率根据需要注入的脉冲确定。
进一步地，对于前沿/脉宽为10/100ns的高空电磁脉冲，耦合电容的电容值取3uF，解耦磁环的初始磁导率为1000的铁氧体磁环。
进一步地，测量探头采用2877型罗氏线圈，其3dB带宽为300Hz～200MHz，可测上升沿2ns的脉冲信号。
本实用新型的有益效果：
1.本实用新型将供电端口和注入端口设计为同轴型结构，相比以往双线结构引入的电感，理想情况下引入的电感量为零，极大减小了传输线引入的电感对脉冲注入信号产生畸变，波形前沿和脉宽畸变率均小于0.3dB，能够实现防护器件在正常工作环境下的脉冲注入测试。另外，同轴型结构还使得供电端口能够与注入端口形成端口匹配，减小了端口反射。
2.本实用新型耦合器采用耦合电容，对于脉冲源的脉冲呈现低阻抗，而对于工作供电电源呈现高阻抗；另外，解耦器采用磁导率高的解耦磁环，对于脉冲源的脉冲呈现高阻抗，而对于工作供电电源呈现低阻抗，这样就保证了脉冲注入的同时避免脉冲源与工作供电电源之间的互相干扰。
3.本实用新型设计测量探头时考虑到以下三点：一是测量探头的插入损耗越小，则对被测信号的扰动越小；二是测量探头应有足够的带宽和响应速度；三是防护后的信号应与防护前的信号进行空间电磁场屏蔽，避免二次干扰。因此，本实用新型测量探头采用2877型罗氏线圈，其3dB带宽为300Hz～200MHz，可测上升沿2ns的脉冲信号。
4.本实用新型将待测防护器件与待测防护器件供电端口用屏蔽隔板隔开，避免腔体内耦合造成二次干扰，能够更准确地评估待测防护器件的防护性能。
5.本实用新型采用同轴型结构，更利于解耦磁环以及测量探头的安装。
6.本实用新型能实现防护器件在正常工作状态下的脉冲注入测试，器件供电电源为0～380V(DC-1kHz)，支持脉冲注入波形参数为0～3kV(1kHz-100MHz)，上升沿tr＝10ns～1us，特征阻抗为50Ω。
7.本实用新型为标准的器件级脉冲注入测试夹具，便于各种器件之间的对比分析，适用于当前各类电磁脉冲信号(核电磁脉冲、雷电电磁脉冲、开关放电电磁脉冲等)测试。
附图说明
图1是IEC61000-4-24中推荐的测试夹具示意图；
图2是本实用新型脉冲注入测试夹具结构示意图；
图3是脉冲注入本实用新型测试夹具电路原理图(UT为待测防护器件)；
图4是脉冲注入本实用新型测试夹具的S参数，其中:
S12为待测防护器件供电端口11接匹配负载时，负载匹配端口10到待测防护器件端口11的正向传输系数；
S13为待测防护器件供电端口11接匹配负载时,脉冲注入端口9到待测防护器件端口11的正向传输系数；
S21为负载匹配端口10接匹配负载时，待测防护器件端口11到脉冲注入端口10的正向传输系数；
S23为负载匹配端口10接匹配负载时，脉冲注入端口9到负载匹配端口10的正向传输系数；
图5是脉冲注入本实用新型测试夹具端口阻抗，其中，Z1为待测防护器件供电端口11的特征阻抗、Z2为负载匹配端口10的特征阻抗、Z3为脉冲注入端口9的特征阻抗；
图6是双指数脉冲波注入本实用新型测试夹具的实际测量效果示意图；
图7是脉冲注入本实用新型测试夹具耦合去耦效果示意图；
附图标记说明：
A1-屏蔽隔板，A2-螺纹连接，A3-同轴接口，A4-保护端小室，A5-非保护端小室，A6-防护器件，A7-芯线，A8-防护器件芯线固定端，A9-防护器件隔板固定端。
1-解耦器，2-测量探头，3-耦合器，4-待测防护器件，5-绝缘支架，6-绝缘介质，7-屏蔽隔板，8-外壳，9-脉冲注入端口，10-负载匹配端口，11-待测防护器件供电端口，12-第一传输导线，13-第二传输导线，14-第三传输导线，15-待测防护器件固定桩。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型所提供的一种同轴型传导干扰防护器件性能测试夹具，包括采用良导体材料(具有较好的导电性)制成的外壳8、设置在外壳8内的耦合器3、解耦器1、测量探头2、待测防护器件固定桩15、屏蔽结构和绝缘支架5；
外壳8整体为中空圆柱状封闭结构，其两个端面上、位于外壳8轴线处分别设置有待测防护器件供电端口11和负载匹配端口10，其侧壁上设置有脉冲注入端口9，脉冲注入端口9的轴线与外壳8的轴线垂直；
待测防护器件供电端口11和负载匹配端口10通过第一传输导线相连；沿负载匹配端口10指向待测防护器件供电端口11的方向，在第一传输导线上依次设置有测量探头2、隔离结构和解耦器1；隔离结构包括屏蔽隔板7和绝缘介质6；屏蔽隔板7为完整电联通的金属板，其上开设有第一中心通孔，绝缘介质6设置在该第一中心通孔内；绝缘介质6的中心开设有第二中心通孔，绝缘介质6和屏蔽隔板7整体通过该第二中心通孔安装在第一传输导线上(即屏蔽隔板7与负载匹配端口10、待测防护器件供电端口11、外壳8四者同轴设置)，屏蔽隔板7的边缘与外壳8内壁相连；解耦器1位于脉冲注入端口9和待测防护器件供电端口11之间；
沿外壳8的径向，脉冲注入端口9依次通过第二传输导线、耦合器3、第三传输导线、待测防护器件4、待测防护器件固定桩15与外壳8的内壁相连；第三传输导线与第一传输导线相交；
定义屏蔽隔板7面对待测防护器件供电端口11的端面为第一端面，面对负载匹配端口10的端面为第二端面，在屏蔽隔板7的第一端面上，设置有至少三个绝缘支架5；至少一个绝缘支架5与第二传输导线的下部、第三传输导线的下部相连；至少一个绝缘支架5与第三传输导线的上部相连；耦合器3与绝缘支架5之间、待测防护器件4与绝缘支架5之间均具有间隙；
第三传输导线上也设置有测量探头2，且该测量探头2位于第一传输导线和待测防护器件4之间，同时也位于屏蔽隔板7与解耦器1之间；
上述两个测量探头2中，位于第三传输导线上的测量探头2用于测量待测防护器件的动态性能，位于第一传输导线上的测量探头2用于测量待测防护器件的防护效果。
为实现防护器件在正常工作电压下的防护性能测试，需要将脉冲耦合到防护器件上，同时避免脉冲源与供电电源之间的耦合，本实用新型的耦合器3采用耦合电容，解耦器1采用磁导率高的解耦磁环；耦合电容的电容值和解耦磁环的初始导磁率可根据具体需要注入的脉冲选择，对于本实用新型测试过程中注入的高空电磁脉冲，耦合电容一般取1uF左右，解耦磁环一般选择初始磁导率为1000左右的铁氧体磁环。在其他实施例中，解耦器1也可采用非圆柱结构的电感、线圈等；耦合器3也可采用定向耦合器。
脉冲注入本实用新型测试夹具的电路原理图如图3所示，Up为注入的脉冲信号，U0为被保护器件和待测防护器件的正常工作电压，#1测量探头用来测量待测防护器件的动态性能，#2测量探头用来测量待测防护器件的防护效果。
图4是脉冲注入本实用新型测试夹具的S参数，脉冲注入端口9到防护器件端口(即负载匹配端口10)的正向传输系数在10kHz-100MHz范围内趋于1，即脉冲能够完全注入到待测防护器件上，这是设计所期望的。
图5是脉冲注入本实用新型测试夹具端口阻抗，可以看出待测防护器件供电端口11、脉冲注入端口9和负载匹配端口10的特性阻抗均为50Ω(误差小于1％)。
图6是向脉冲注入端口9注入双指数脉冲波的测量波形，通过源开路输出电压、脉冲电流注入本实用新型测试夹具在负载(即被保护器件)上耦合的电压波形、常规接线在负载上的电压波形之间的相互比较，可以看出通过脉冲注入本实用新型测试夹具耦合的波形几乎与源开路输出电压波形一致，而常规接线由于线路回路电感等原因造成脉冲上升沿变缓且波形出现部分畸变。
图7是考核脉冲注入本实用新型测试夹具的解耦效果，可以看出通过解耦端测得的波形前沿变缓，且幅值在200V以下，对供电电源的影响大大减小。
Claims (5)
1.一种同轴型传导干扰防护器件性能测试夹具，其特征在于：包括采用良导体材料制成的外壳(8)、设置在外壳(8)内的耦合器(3)、解耦器(1)、待测防护器件固定桩(15)和两个测量探头(2)；
外壳(8)为中空圆柱状封闭壳体，外壳(8)的两个端面上分别设置有负载匹配端口(10)和待测防护器件供电端口(11)，外壳(8)的侧壁上、垂直于其轴线方向处设置有脉冲注入端口(9)；
负载匹配端口(10)和待测防护器件供电端口(11)通过第一传输导线(12)相连；沿负载匹配端口(10)指向待测防护器件供电端口(11)的方向，在第一传输导线(12)上依次设置有一个测量探头(2)、隔离结构和解耦器(1)；隔离结构包括屏蔽隔板(7)和绝缘介质(6)；屏蔽隔板(7)为金属板，其上开设有第一中心通孔，所述第一中心通孔内设置有所述绝缘介质(6)；所述绝缘介质(6)的中心开设有第二中心通孔，绝缘介质(6)和屏蔽隔板(7)整体通过所述第二中心通孔安装在第一传输导线(12)上，屏蔽隔板(7)的边缘与外壳(8)内壁相连；屏蔽隔板(7)、负载匹配端口(10)、待测防护器件供电端口(11)和外壳(8)四者同轴设置；
解耦器(1)位于脉冲注入端口(9)和待测防护器件供电端口(11)之间；
沿外壳(8)的径向，脉冲注入端口(9)处设置有依次连接的第二传输导线(13)、耦合器(3)、第三传输导线(14)；外壳(8)内壁上与第三传输导线(14)相应位置处设置有待测防护器件固定桩(15)；第三传输导线(14)与第一传输导线(12)相交；
定义所述屏蔽隔板(7)面对待测防护器件供电端口(11)的端面为第一端面，在所述第一端面上设置有至少三个绝缘支架(5)：至少一个绝缘支架(5)与第二传输导线(13)的下部相连，至少一个绝缘支架(5)与第三传输导线(14)的下部相连，至少一个绝缘支架(5)与第三传输导线(14)的上部相连，且保证耦合器(3)与绝缘支架(5)之间、待测防护器件(4)与绝缘支架(5)之间均具有间隙；
第三传输导线(14)上也设置有一个测量探头(2)，且该测量探头(2)位于第一传输导线(12)、待测防护器件固定桩(15)、屏蔽隔板(7)和解耦器(1)之间。
2.根据权利要求1所述的同轴型传导干扰防护器件性能测试夹具，其特征在于：耦合器(3)采用耦合电容，解耦器(1)采用解耦磁环。
3.根据权利要求2所述的同轴型传导干扰防护器件性能测试夹具，其特征在于：耦合电容的电容值和解耦磁环的初始导磁率根据需要注入的脉冲确定。
4.根据权利要求3所述的同轴型传导干扰防护器件性能测试夹具，其特征在于：对于前沿/脉宽为10/100ns的高空电磁脉冲，耦合电容的电容值取3uF，解耦磁环的初始磁导率为1000的铁氧体磁环。
5.根据权利要求1-4任一所述的同轴型传导干扰防护器件性能测试夹具，其特征在于：测量探头(2)采用2877型罗氏线圈，其3dB带宽为300Hz～200MHz，可测上升沿2ns的脉冲信号。
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Cited By (2)
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