CN217486403U - 一种快前沿高压脉冲产生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种脉冲产生装置，具体涉及一种快前沿高压脉冲产生装置，其目的是解决现有快前沿高压脉冲产生装置存在结构复杂、脉宽调节不方便的技术问题。该装置包括上位机、光电通讯组件、第二气源B、控制机，以及脉宽可调的快前沿高压脉冲源；所述控制机包括控制机柜，以及设置于控制机柜内部的PLC模块、气路开关、高压电源、第一气源A、接地保护模块和自带开关的电池模块；电池模块的开关设置在控制机柜的控制面板上，电池模块的输出端分别接气路开关、高压电源、第一气源A和接地保护模块的电源端；PLC模块分别与气路开关、高压电源、第一气源A、接地保护模块和电池模块相互通信；上位机的输出端通过所述光电通讯组件接PLC模块的控制端。

Description

一种快前沿高压脉冲产生装置

技术领域

本实用新型涉及一种脉冲产生装置，具体涉及一种快前沿高压脉冲产生装置。

背景技术

快前沿高压脉冲可用于直接驱动负载，也可作为输出更高电压脉冲功率系统的触发器，在新兴技术产业(环境保护、辐射消毒、辐射刻蚀)和高新技术产品(强脉冲激光、高功率微波、电磁脉冲产品、核电磁脉冲环境产生)等方面发挥着日益重要的作用。

为了获得纳秒前沿的高压脉冲，现有技术主要采用Marx发生器和电容直接放电方式。利用Marx发生器产生快前沿高压脉冲时，需要外加陡化开关，结构复杂；采用电容放电方式虽然也能产生快前沿高压脉冲，但是现有设计结构复杂，脉宽调节不方便。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有快前沿高压脉冲产生装置存在结构复杂、脉宽调节不方便的技术问题，提供一种快前沿高压脉冲产生装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术解决方案如下：

一种快前沿高压脉冲产生装置，其特殊之处在于：

包括上位机、光电通讯组件、第二气源B、控制机，以及脉宽可调的快前沿高压脉冲源；第二气源B为绝缘气体的气源；

所述控制机包括控制机柜，以及设置于控制机柜内部的PLC模块、气路开关、高压电源、第一气源A、接地保护模块和自带开关的电池模块；所述电池模块的开关设置在控制机柜的控制面板上，电池模块的输出端分别接气路开关、高压电源、第一气源A和接地保护模块的电源端；PLC模块分别与气路开关、高压电源、第一气源A、接地保护模块和电池模块相互通信；

所述上位机的输出端通过所述光电通讯组件接PLC模块的控制端。

进一步地，所述脉宽可调的快前沿高压脉冲源包括金属外筒、输出绝缘筒、金属盖板、输出单元、电容单元、支撑绝缘件、输入单元、气缸单元和气嘴；

所述金属外筒的两端敞口且均设有法兰；所述输出绝缘筒的一端敞口，另一端设有底板和法兰；金属外筒同轴套设在输出绝缘筒的外部，且一端与输出绝缘筒法兰连接；所述金属盖板与金属外筒的另一端螺栓连接，从而在输出绝缘筒内形成一个绝缘腔室；

所述输出单元包括依次螺纹连接的输出金属电极、输出转接金属电极和可伸缩金属电连接件；输出金属电极侧壁上设有第一凸缘；

所述电容单元包括依次螺纹连接的储能电容地电极金属盘、储能电容和储能电容高压电极金属盘；

所述输出金属电极的端部伸出输出绝缘筒的底板，并通过第一凸缘限位；所述可伸缩金属电连接件的端部与储能电容地电极金属盘的底面相接触；所述支撑绝缘件两端分别螺纹连接储能电容高压电极金属盘与金属盖板；

所述输出转接金属电极与储能电容均有多个，一个输出转接金属电极与一个储能电容组成一个组合，各个组合总长度均相同，每次安装时选取一个组合；

所述气缸单元包括缸体和作为缸杆的金属电极，以及气缸固定件；所述缸体通过所述气缸固定件固定在金属盖板外表面，缸体通过气管接所述第一气源A，金属电极穿过金属盖板进入绝缘腔室内，并指向储能电容高压电极金属盘；

所述气嘴设置于金属盖板上，气嘴通过气管接所述气路开关；

所述输入单元包括充电引入绝缘管、连接电极和充电限流电阻；所述充电引入绝缘管的一端伸入所述绝缘腔室内，伸入部分的侧壁上设有用于轴向限位的第二凸缘，伸入部分的端部设置连接电极，连接电极与储能电容高压电极金属盘通过螺栓连接；充电引入绝缘管内安装有充电限流电阻，充电限流电阻的一端接充电线，充电线伸出充电引入绝缘管外接所述高压电源，充电限流电阻的另一端与连接电极电连接。

进一步地，所述高压电源采用正极性或负极性的高压直流电源。

进一步地，所述上位机采用触摸屏一体机。

进一步地，还包括用于容纳上位机的机柜。

进一步地，所述上位机内安装有用于全自动和手动控制运行的控制软件。

进一步地，所述第一气源A采用空气气泵。

本实用新型相比现有技术具有的有益效果：

1、本实用新型提供的快前沿高压脉冲产生装置，通过远程方式光控脉宽可调的快前沿高压脉冲源的运行，在负载上产生脉宽可调的高压脉冲，附属设备少，结构简单。脉冲源采用电容直接放电的方式可以产生纳秒前沿高压脉冲，且产生的高压脉冲前沿可小于2ns，通过调节储能电容大小实现输出脉冲的脉宽可调。该装置主要包括上位机、光电通讯组件、控制机、第二气源、脉宽可调的快前沿高压脉冲源。操作人员在上位机上，通过光电通讯组件，远程控制控制机和气源给脉冲源充电和充放气，实现脉冲源对负载的输出。

2、通过电容直接放电、同轴筒体、气体绝缘、气缸控制放电间隙距离等技术设计得到本实用新型的快前沿高压脉冲产生装置，其中采用的脉宽可调的快前沿高压脉冲源，通过第一气源A控制金属电极的位置，从而控制金属电极与储能电容高压电极金属盘的距离，金属电极与储能电容高压电极金属盘之间的间隙就是放电间隙，当距离足够小时，放电间隙导通，储能电容高压电极金属盘通过金属电极与金属盖板短接，从而在负载上产生一个与储能电容充电电压极性相反的快前沿高压脉冲。采用电容直接放电的方式可以产生纳秒前沿高压脉冲，附属设备少，结构简单，在特定负载上产生的高压脉冲前沿可小于2ns，通过气缸单元的缸体控制金属电极的位置，使得储能电容高压端对地放电，从而在负载上产生一个与充电电压极性相反的高压脉冲。输出转接金属电极与储能电容均有多个，一个输出转接金属电极与一个储能电容组成一个组合，各个组合总长度均相同，每次安装时选取一个组合，使得储能电容更换方便，进而使得脉宽调节方法简单可行。

3、本实用新型提供的快前沿高压脉冲产生装置，采用气缸控制开关电极(金属电极)与储能电容高压电极金属盘的距离作为放电间隙，简化了安装结构、有效减小放电回路电感。

4、本实用新型提供的快前沿高压脉冲产生装置，储能电容的容量可定制，与输出转接电极以及可伸缩金属电连接件长度配合，实现脉宽可调，该方法简单可行。

5、本实用新型提供的快前沿高压脉冲产生装置，用PLC模块作为控制下位机，触摸屏一体机作为上位机，中间用光纤连接，实现光电隔离。

6、本实用新型提供的快前沿高压脉冲产生装置，控制机采用电池模块供电，隔离市电。

附图说明

图1为本实用新型快前沿高压脉冲产生装置的结构示意图；

图2为本实用新型快前沿高压脉冲产生装置中脉宽可调的快前沿高压脉冲源、第一气源A、第二气源B、高压电源和负载的结构示意图；

图3为本实用新型快前沿高压脉冲产生装置的控制流程图；

附图标记说明：

1-金属外筒、2-输出绝缘筒、3-输出金属电极、4-输出转接金属电极、5-可伸缩金属电连接件、6-储能电容、7-储能电容地电极金属盘、8-储能电容高压电极金属盘、9-支撑绝缘件、10-充电引入绝缘管、11-金属盖板、12-缸体、13-气缸固定件、14-金属电极、15-气嘴、16-绝缘腔室、17-高压电源、18-负载、19-第一气源A、20-第二气源B、21-充电限流电阻、22-连接电极；

23-上位机、24-光电通讯组件、25-脉宽可调的快前沿高压脉冲源、26-控制机柜、27-PLC模块、28-气路开关、29-接地保护模块、30-电池模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地说明。

一种快前沿高压脉冲产生装置，如图1和图2所示，包括上位机23、光电通讯组件24、第二气源B 20、控制机，以及脉宽可调的快前沿高压脉冲源25；第二气源B 20为六氟化硫或干燥空气等绝缘气体气源；所述控制机包括控制机柜26，以及设置于控制机柜26内部的PLC模块27、气路开关28、高压电源17、第一气源A 19、接地保护模块29和自带开关的电池模块30；所述电池模块30的开关设置在控制机柜26的控制面板上，电池模块30的输出端分别接气路开关28、高压电源17、第一气源A 19和接地保护模块29的电源端；PLC模块27分别与气路开关28、高压电源17、第一气源A 19、接地保护模块29和电池模块30相互通信；接地保护模块29，可实时切断高压，确保人员和设备的安全；所述第一气源A 19采用空气气泵。所述上位机23的输出端通过所述光电通讯组件24和光纤接PLC模块27的控制端，PLC模块27作为一种控制模块，用于配合上位机23实现脉冲源运行的自动化。电池模块30可维持控制机持续工作8小时以上。

如图2所示，所述脉宽可调的快前沿高压脉冲源25包括金属外筒1、输出绝缘筒2、金属盖板11、输出单元、电容单元、支撑绝缘件9、输入单元、气缸单元和气嘴15；所述金属外筒1的两端敞口且均设有法兰；所述输出绝缘筒2的一端敞口，另一端设有底板和法兰；金属外筒1同轴套设在输出绝缘筒2的外部，且一端与输出绝缘筒2法兰连接；所述金属盖板11与金属外筒1的另一端螺栓连接，从而在输出绝缘筒2内形成一个绝缘腔室16；所述输出单元包括依次螺纹连接的输出金属电极3、输出转接金属电极4和可伸缩金属电连接件5；输出金属电极3侧壁上设有第一凸缘；所述电容单元包括依次螺纹连接的储能电容地电极金属盘7、储能电容6(采用陶瓷电容)和储能电容高压电极金属盘8；所述输出金属电极3的端部伸出输出绝缘筒2的底板，并通过第一凸缘限位；所述可伸缩金属电连接件5为内置弹簧的伸缩件，其伸缩端内侧与内置弹簧连接，外端部与储能电容地电极金属盘7的底面相接触；所述支撑绝缘件9两端分别螺纹连接储能电容高压电极金属盘8与金属盖板11；所述输出转接金属电极4与储能电容6均有多个，一个输出转接金属电极4与一个储能电容6组成一个组合，各个组合总长度均相同，每次安装时选取一个组合；所述气缸单元包括缸体12和作为缸杆的金属电极14，以及气缸固定件13；所述缸体12通过所述气缸固定件13固定在金属盖板11外表面，缸体12通过气管接所述第一气源A 19，金属电极14穿过金属盖板11进入绝缘腔室16内，并指向储能电容高压电极金属盘8；所述气嘴15设置于金属盖板11上，气嘴15通过气管接所述气路开关；所述输入单元包括充电引入绝缘管10、连接电极22和充电限流电阻21；所述充电引入绝缘管10的一端伸入所述绝缘腔室16内，伸入部分的侧壁上设有用于轴向限位的第二凸缘，伸入部分的端部设置连接电极22，连接电极22与储能电容高压电极金属盘8通过螺栓连接；充电引入绝缘管10内安装有充电限流电阻21，充电限流电阻21的一端接充电线，充电线伸出充电引入绝缘管外，充电限流电阻21的另一端与连接电极22电连接。所述输入单元包括充电引入绝缘管10(采用不锈钢或铝等高分子绝缘材料制成)、连接电极22和充电限流电阻21(阻值为5kΩ)；所述充电引入绝缘管10的一端伸入所述绝缘腔室16内，伸入部分的侧壁上设有用于轴向限位的第二凸缘，伸入部分的端部与储能电容高压电极金属盘8经连接电极22通过螺栓连接；充电引入绝缘管10内安装有充电限流电阻21，充电限流电阻21的一端接充电线，充电线伸出充电引入绝缘管10外接所述高压电源17，充电限流电阻21的另一端与连接电极22电连接。

所述高压电源17采用正极性或负极性的高压直流电源，用于为脉宽可调的快前沿高压脉冲源25充电至预设电压；所述上位机23采用触摸屏一体机，无需鼠标、键盘等外设部件即可实现操作，可将其嵌入标准机柜或其他容器内，方便集成。所述上位机23内安装有专门的控制软件，可控制脉冲源工作流程全自动运行，也可手动控制各个流程。所述控制软件采用组态软件编程而成，界面简明美观，操作方便。

工作原理：

1、如图2所示，将负载18的一端与输出金属电极3相连，另一端与金属外筒1相连；

2、如图1-图3所示，打开电池模块30的开关，电池模块30给控制机供电；打开上位机23与光电通讯组件24的电源，打开上位机23的控制软件，在控制界面上点击通讯测试，显示通讯正常；

3、设置腔体控制的预置气压至设定值，设置预置充电电压至设定值；

4、点击总启动，PLC模块27对绝缘腔室16实际气压与预置气压进行比较，气压不足或偏高时，自动充气或放气，绝缘腔室16实际气压达到预置气压时，高压电源17通过充电线给脉宽可调的快前沿高压脉冲源25充电，实时采集实际充电电压，当实际充电电压与预置电压相同时，充电完成，空气气泵对气缸单元缸体12的顶出气腔充气、推回气腔排气，通过气缸单元控制金属电极顶出，而后高压电源17断电，空气气泵对气缸单元缸体12的推回气腔充气、顶出气腔排气，金属电极推回，至此脉冲源单次工作流程完毕，过程中如果发生任何突发情形，需要中止，只需点击总停止。

绝缘腔室16充气也可手动控制，高压电源17升压和停止升压，以及气缸单元动作都可分别单独操作。

本实用新型的创新之处在于上述快前沿高压脉冲产生装置，及其脉宽可调的快前沿高压脉冲源25的产品结构设计，对于本领域技术人员而言，根据上述产品结构设计，可以知晓工作原理中描述的控制流程。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所保护技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种快前沿高压脉冲产生装置，其特征在于：

包括上位机(23)、光电通讯组件(24)、第二气源B(20)、控制机，以及脉宽可调的快前沿高压脉冲源(25)；第二气源B(20)为绝缘气体的气源；

所述控制机包括控制机柜(26)，以及设置于控制机柜(26)内部的PLC模块(27)、气路开关(28)、高压电源(17)、第一气源A(19)、接地保护模块(29)和自带开关的电池模块(30)；所述电池模块(30)的开关设置在控制机柜(26)的控制面板上，电池模块(30)的输出端分别接气路开关(28)、高压电源(17)、第一气源A(19)和接地保护模块(29)的电源端；PLC模块(27)分别与气路开关(28)、高压电源(17)、第一气源A(19)、接地保护模块(29)和电池模块(30)相互通信；

所述上位机(23)的输出端通过所述光电通讯组件(24)接PLC模块(27)的控制端。

2.根据权利要求1所述的快前沿高压脉冲产生装置，其特征在于：

包括金属外筒(1)、输出绝缘筒(2)、金属盖板(11)、输出单元、电容单元、支撑绝缘件(9)、输入单元、气缸单元和气嘴(15)；

所述金属外筒(1)的两端敞口且均设有法兰；所述输出绝缘筒(2)的一端敞口，另一端设有底板和法兰；金属外筒(1)同轴套设在输出绝缘筒(2)的外部，且一端与输出绝缘筒(2)法兰连接；所述金属盖板(11)与金属外筒(1)的另一端螺栓连接，从而在输出绝缘筒(2)内形成一个绝缘腔室(16)；

所述输出单元包括依次螺纹连接的输出金属电极(3)、输出转接金属电极(4)和可伸缩金属电连接件(5)；输出金属电极(3)侧壁上设有第一凸缘；

所述电容单元包括依次螺纹连接的储能电容地电极金属盘(7)、储能电容(6)和储能电容高压电极金属盘(8)；

所述输出金属电极(3)的端部伸出输出绝缘筒(2)的底板，并通过第一凸缘限位；所述可伸缩金属电连接件(5)的端部与储能电容地电极金属盘(7)的底面相接触；所述支撑绝缘件(9)两端分别螺纹连接储能电容高压电极金属盘(8)与金属盖板(11)；

所述输出转接金属电极(4)与储能电容(6)均有多个，一个输出转接金属电极(4)与一个储能电容(6)组成一个组合，各个组合总长度均相同，每次安装时选取一个组合；

所述气缸单元包括缸体(12)和作为缸杆的金属电极(14)，以及气缸固定件(13)；所述缸体(12)通过所述气缸固定件(13)固定在金属盖板(11)外表面，缸体(12)通过气管接所述第一气源A(19)，金属电极(14)穿过金属盖板(11)进入绝缘腔室(16)内，并指向储能电容高压电极金属盘(8)；

所述气嘴(15)设置于金属盖板(11)上，气嘴(15)通过气管接所述气路开关；

所述输入单元包括充电引入绝缘管(10)、连接电极(22)和充电限流电阻(21)；所述充电引入绝缘管(10)的一端伸入所述绝缘腔室(16)内，伸入部分的侧壁上设有用于轴向限位的第二凸缘，伸入部分的端部设置连接电极(22)，连接电极(22)与储能电容高压电极金属盘(8)通过螺栓连接；充电引入绝缘管(10)内安装有充电限流电阻(21)，充电限流电阻(21)的一端接充电线，充电线伸出充电引入绝缘管外接所述高压电源(17)，充电限流电阻(21)的另一端与连接电极(22)电连接。

3.根据权利要求1或2所述的快前沿高压脉冲产生装置，其特征在于：

所述高压电源(17)采用正极性或负极性的高压直流电源。

4.根据权利要求3所述的快前沿高压脉冲产生装置，其特征在于：

所述上位机(23)采用触摸屏一体机。

5.根据权利要求4所述的快前沿高压脉冲产生装置，其特征在于：

还包括用于容纳上位机(23)的机柜。

6.根据权利要求5所述的快前沿高压脉冲产生装置，其特征在于：

所述上位机(23)内安装有用于全自动和手动控制运行的控制软件。

7.根据权利要求6所述的快前沿高压脉冲产生装置，其特征在于：

所述第一气源A(19)采用空气气泵。

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