專利名稱：脈沖測(cè)量信號(hào)地電位隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于脈沖功率裝置的脈沖高電壓大電流測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種脈沖測(cè)量信號(hào)地電位隔離器。
背景技術(shù)：
脈沖功率裝置的接地線存在接地電阻和電感，因此當(dāng)脈沖功率裝置放電時(shí)，會(huì)發(fā)生裝置地電位抬升的情況。一些脈沖功率裝置高電壓運(yùn)行時(shí)地電位的抬升可以達(dá)到10千伏量級(jí)。由于測(cè)量探頭的地線(電纜外皮)通常與裝置的地線連接在一起，當(dāng)使用信號(hào)電纜傳輸脈沖功率裝置的測(cè)量探頭信號(hào)時(shí)，會(huì)在脈沖功率裝置的地線和測(cè)試設(shè)備的地線之間形成寄生(感應(yīng))電流，并形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不僅影響測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)抬升測(cè)試設(shè)備端的地電位，在測(cè)試設(shè)備內(nèi)部形成電位差，造成“反擊”而損壞測(cè)試設(shè)備。目前公知的解決方法有兩種。中國(guó)刊物名稱為“沖擊大電流技術(shù)”(清華大學(xué)電力系編)的文獻(xiàn)介紹了單點(diǎn)接地和光纖傳輸隔離的方法。單點(diǎn)接地的方法指包括測(cè)試系統(tǒng)在內(nèi)的整個(gè)脈沖功率裝置單點(diǎn)接地，測(cè)試設(shè)備不另外連接測(cè)試地并進(jìn)行電源隔離，以此消除寄生(感應(yīng))電流。但是當(dāng)與測(cè)試設(shè)備相連的例如屏蔽室等設(shè)施的對(duì)地電容較大時(shí)，對(duì)于脈沖電路而言寄生電流仍然存在；而且對(duì)于大型的脈沖功率裝置，不同測(cè)量探頭的地電位也不同，在不同測(cè)量通道之間也會(huì)形成寄生電流。因此在一些實(shí)際情況下，該方法不能完全解決問(wèn)題。光纖傳輸隔離的方法是使用電光組件將測(cè)量探頭輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，再使用光纖傳輸，然后使用光電組件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入到測(cè)試設(shè)備。該隔離設(shè)備可以徹底切斷測(cè)量探頭與測(cè)量設(shè)備之間的電連接，實(shí)現(xiàn)測(cè)試地線和裝置地線的完全隔離。但適合快脈沖信號(hào)的光電、電光組件設(shè)備較復(fù)雜，造價(jià)較高；并且由于電光、光電設(shè)備為有源裝置，其信號(hào)電壓通常為伏量級(jí)，因此在一些具有強(qiáng)電磁干擾環(huán)境的脈沖功率裝置上應(yīng)用時(shí)，信號(hào)干擾較為嚴(yán)重。
發(fā)明內(nèi)容為了消除脈沖功率裝置放電時(shí)地電位抬升對(duì)測(cè)試系統(tǒng)造成的影響，本實(shí)用新型提供一種脈沖測(cè)量信號(hào)地電位隔離器。所述的隔離器對(duì)于脈沖功率裝置測(cè)量探頭輸出的信號(hào)等效為傳輸電纜，不影響納秒量級(jí)快測(cè)量信號(hào)的傳輸；對(duì)于脈沖功率裝置放電時(shí)抬升的地電位，隔離器等效為一個(gè)較大的電感，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量信號(hào)地電位隔離。本實(shí)用新型的脈沖測(cè)量信號(hào)地電位隔離器，特點(diǎn)是，所述的隔離器含有輸入電纜連接器、信號(hào)電纜、輸出電纜連接器和鐵氧體磁芯。所述信號(hào)電纜纏繞在圓環(huán)形鐵氧體磁芯上，輸入電纜連接器和輸出電纜連接器分別連接在信號(hào)電纜的兩端。信號(hào)電纜在鐵氧體磁芯上的繞制方向一致。按需要隔離的地電位幅值水平確定輸入和輸出端的絕緣距離。輸入電纜連接器外接到測(cè)量探頭，輸出電纜連接器外接到測(cè)試設(shè)備。由于測(cè)量探頭輸出的差模信號(hào)在信號(hào)電纜的芯線與皮線上電流方向相反，因此芯線與皮線的電感相互抵消。對(duì)于測(cè)量探頭輸出的信號(hào)，該隔離器等效為傳輸線。其頻率特性與相同長(zhǎng)度的信號(hào)電纜一致，不影響納秒量級(jí)的快信號(hào)傳輸。而對(duì)于芯線與皮線上電流方向相同的共模信號(hào)，電感為芯線與皮線的電感之和。對(duì)于一定脈寬和前沿的脈沖功率裝置地電位信號(hào)，選擇對(duì)應(yīng)頻率范圍的鐵氧體磁芯和適當(dāng)?shù)碾娎|纏繞匝數(shù)，使該隔離器的感抗遠(yuǎn)大于脈沖功率裝置的接地感抗， 可以抑制脈沖功率裝置的地線和測(cè)試設(shè)備的地線之間形成寄生(感應(yīng))電流，實(shí)現(xiàn)地電位隔
1 O本實(shí)用新型的脈沖測(cè)量信號(hào)地電位隔離器在不畸變測(cè)量探頭輸出的納秒量級(jí)脈沖信號(hào)的情況下，對(duì)脈沖功率裝置測(cè)量探頭的地線和測(cè)試設(shè)備地線進(jìn)行了隔離，消除了脈沖功率裝置放電時(shí)地電位抬升對(duì)測(cè)試系統(tǒng)造成的影響，保護(hù)了測(cè)試設(shè)備。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型應(yīng)用電路原理圖。圖中，1.輸入電纜連接器 2.信號(hào)電纜 3.輸出電纜連接器
4.鐵氧體磁芯11.電容器組12.開(kāi)關(guān)13.負(fù)載14.等效電感
21.分壓器高壓臂 22.分壓器低壓臂 31.分壓器接地電阻 32.分壓器接地電感 33.示波器接地電阻 34.示波器接地電感 41.測(cè)量探頭輸出電纜 42.隔離器 43.示波器輸入電纜 51.匹配電阻 52.示波器測(cè)試通道。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型脈沖測(cè)量信號(hào)地電位隔離器。 實(shí)施例圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1中，本實(shí)用新型脈沖測(cè)量信號(hào)地電位隔離器含有輸入電纜連接器1、信號(hào)電纜2、輸出電纜連接器3和鐵氧體磁芯4。其連接關(guān)系是，所述的信號(hào)電纜2纏繞在圓環(huán)形的鐵氧體磁芯4上；輸入電纜連接器1和輸出電纜連接器3分別連接在信號(hào)電纜2的兩端；信號(hào)電纜2在鐵氧體磁芯4上的繞制方向一致；輸入電纜連接器1外接到測(cè)量探頭，輸出電纜連接器3外接到測(cè)試設(shè)備。信號(hào)電纜2繞制的要求是，方向保持一致，同時(shí)起始匝(與輸入電纜連接器1連接的第一匝電纜)和結(jié)束匝(與輸出電纜連接器3連接的最后一匝電纜)需要根據(jù)被隔離的地電位幅值大小設(shè)置合適的絕緣距離。本實(shí)施例中按照被隔離的地電位為10千伏考慮，絕緣距離設(shè)置為兩厘米。鐵氧體磁芯4的要求為，當(dāng)鐵氧體磁芯4上纏繞線圈為幾十匝時(shí)，其形成的電感約為數(shù)十毫亨。因此鐵氧體磁芯4的相對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)達(dá)到IO3量級(jí)，直徑應(yīng)為100毫米量級(jí)。輸入電纜連接器1連接到測(cè)量探頭(脈沖高壓分壓器)的輸出電纜；輸出電纜連接器3連接到測(cè)試設(shè)備(示波器)的輸入電纜。圖2是本實(shí)用新型應(yīng)用電路原理圖。圖2中，所述隔離器42的輸入電纜連接器1 連接到測(cè)量探頭輸出電纜41，隔離器42的輸出電纜連接器3連接到示波器輸入電纜43。圖2中，本實(shí)用新型應(yīng)用電路的具體工作方式如下，所述隔離器42的左側(cè)電路為脈沖功率裝置和脈沖高壓分壓器等效電路，隔離器42的右側(cè)電路為測(cè)試設(shè)備等效電路。電容器組11、開(kāi)關(guān)12、負(fù)載13和等效電感14串聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)使用電容器放電的脈沖功率裝置。分壓器高壓臂21的一端連接在負(fù)載13的高壓端；分壓器高壓臂21的另一端與分壓器低壓臂22的一端連接。由于實(shí)際的接地線路中等效存在接地電阻和接地電感， 因此在附圖2中的分壓器低壓臂22的另一端和脈沖功率裝置地線之間連接了串聯(lián)的分壓器接地電阻31和分壓器接地電感32。測(cè)量探頭輸出電纜41的一端連接到分壓器高壓臂 21和分壓器低壓臂22的連接點(diǎn)，用以傳輸脈沖高壓分壓器的輸出信號(hào)，另一端連接隔離器 42。示波器輸入電纜43 —端連接隔離器42，另一端與匹配電阻51連接，示波器測(cè)試通道52與匹配電阻51并聯(lián)，記錄脈沖高壓分壓器的輸出信號(hào)。示波器接地電阻33和示波器接地電感34串聯(lián)連接在示波器和測(cè)試地線之間。當(dāng)分壓器接地電阻31約為0. 5歐姆，分壓器接地電感32約為1微亨，以及電容器組11充電100千伏后放電時(shí)，測(cè)量探頭輸出電纜41的皮線上產(chǎn)生約千伏量級(jí)的對(duì)地脈沖電壓。地電位隔離器42等效為一個(gè)數(shù)10毫亨的大電感，對(duì)于微秒量級(jí)的對(duì)地脈沖電壓，其等效感抗可以達(dá)到10千歐量級(jí)，阻止測(cè)量探頭輸出電纜41皮線上的對(duì)地脈沖電壓對(duì)示波器輸入電纜43的皮線形成寄生電流，使示波器輸入電纜43的皮線對(duì)地電位基本不變，從而實(shí)現(xiàn)了測(cè)量探頭輸出電纜41和示波器輸入電纜43之間的地電位隔離。由于脈沖高壓分壓器的輸出信號(hào)在測(cè)量探頭輸出電纜41的芯線和皮線上電流方向相反，地電位隔離器42的上下兩個(gè)電感相互抵消，因此對(duì)于脈沖高壓分壓器輸出信號(hào)等效為傳輸線。其頻率特性與相同長(zhǎng)度的信號(hào)電纜一致，不影響納秒量級(jí)的快信號(hào)傳輸。在本實(shí)施例中，使用的鐵氧體磁芯4外徑為Φ 112毫米，內(nèi)徑為Φ 74毫米，厚度為20毫米。信號(hào)電纜2的型號(hào)為SYV-50-2， 在鐵氧體磁芯4上繞制了 80匝。測(cè)量電纜皮線電感約為60毫亨。通過(guò)人為增大分壓器接地電阻31和分壓器接地電感32的數(shù)值，可以設(shè)定測(cè)量探頭輸出電纜41的皮線對(duì)地脈沖電壓約為10千伏，實(shí)測(cè)示波器輸入電纜43的對(duì)地脈沖電壓僅為100毫伏量級(jí)。示波器在沒(méi)有采用任何其它電源隔離措施的情況下實(shí)現(xiàn)了安全運(yùn)行，并正確測(cè)量到了脈沖高壓分壓器的輸出信號(hào)。
權(quán)利要求1.一種脈沖測(cè)量信號(hào)地電位隔離器，其特征是，所述的隔離器含有輸入電纜連接器(1)、信號(hào)電纜(2)、輸出電纜連接器(3)和鐵氧體磁芯(4);其連接關(guān)系是，所述的信號(hào)電纜(2)纏繞在圓環(huán)形的鐵氧體磁芯(4)上；輸入電纜連接器(1)和輸出電纜連接器(3)分別連接在信號(hào)電纜(2)的兩端；信號(hào)電纜(2)在鐵氧體磁芯(4)上的繞制方向一致；輸入電纜連接器(1)外接測(cè)量探頭，輸出電纜連接器(3 )外接測(cè)試設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖測(cè)量信號(hào)地電位隔離器，其特征是，所述的信號(hào)電纜(2) 的起始匝和結(jié)束匝的絕緣距離為2厘米 3厘米。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種脈沖測(cè)量信號(hào)地電位隔離器。所述脈沖測(cè)量信號(hào)地電位隔離器的信號(hào)電纜纏繞在圓環(huán)形的鐵氧體磁芯上；輸入電纜連接器和輸出電纜連接器分別連接在信號(hào)電纜的兩端；信號(hào)電纜在鐵氧體磁芯上的繞制方向一致。脈沖測(cè)量信號(hào)地電位隔離器在不畸變測(cè)量探頭輸出的納秒量級(jí)脈沖信號(hào)的情況下，對(duì)脈沖功率裝置測(cè)量探頭的地線和測(cè)試設(shè)備的地線進(jìn)行了隔離，消除了脈沖功率裝置放電時(shí)地電位抬升對(duì)測(cè)試系統(tǒng)造成的影響，保護(hù)了測(cè)試設(shè)備。
文檔編號(hào)G01R15/14GK201935949SQ20102068216
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者豐樹(shù)平, 付佳斌, 衛(wèi)兵, 卿燕玲, 楊禮兵, 郝理想 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所