一種產(chǎn)生快前沿高電壓單脈沖矩形波的電脈沖發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單脈沖矩形波發(fā)生裝置，特別是涉及一種產(chǎn)生前沿< 0.8ns、幅值15?50kV可調(diào)、寬度為1ns左右的高電壓單脈沖矩形波發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]單脈沖矩形波發(fā)生裝置用于產(chǎn)生具有一定寬度的單脈沖矩形波，由于發(fā)生裝置中開關(guān)及連接結(jié)構(gòu)等非理想因素的限制，實際輸出波形為具有一定前后沿的近似梯形波。在不與GB/T 9317-1988中方波定義相混淆的情況下，為與本領(lǐng)域通常稱呼相一致，在本發(fā)明中稱這種矩形波為方波。其發(fā)生裝置稱為方波發(fā)生器。
[0003]方波發(fā)生器在高電壓、脈沖功率技術(shù)和電磁脈沖效應(yīng)研宄等領(lǐng)域中有重要的用途，例如校驗測量系統(tǒng)、作為效應(yīng)實驗信號源等。隨著技術(shù)的發(fā)展，前沿為數(shù)納秒的脈沖在上述領(lǐng)域中經(jīng)常會遇到。在這種情況下，對于高電壓、大電流的測量而言，如果對分壓器、分流器、羅可夫斯基(Rogowski)線圈等測量系統(tǒng)進行方波響應(yīng)校驗，就要求方波脈沖信號不但有快的前沿，而且要有高的幅值。如果使用幅值較低的方波作為方波響應(yīng)實驗的信號源，經(jīng)測量系統(tǒng)衰減后的輸出信號就很微弱，易受電磁干擾的影響，不易給出正確的結(jié)果。此夕卜，電磁脈沖效應(yīng)研宄對快前沿、高幅值的脈沖信號源的需求越來越迫切，對方波發(fā)生器同樣提出了快前沿和高幅值的要求。因此，研制前沿< 1ns、幅值50kV左右的高電壓方波發(fā)生器是很必要和有實際意義的。
[0004]已經(jīng)公開發(fā)表的方波脈沖發(fā)生器的研宄有以下文獻:
[0005][I]毛志國，鄒曉兵，劉銳等.一種1kV方波電壓發(fā)生器[J].高電壓技術(shù).2007，33(10)41 ?44
[0006][2]劉銳，鄒曉兵，王新新.用于標定分壓器的高電壓毫微秒脈沖發(fā)生器[J].電工電能新技術(shù).200625 (02) 64?66
[0007][3]張琦，石立華，邵志學.50 Ω輸出的四形成線納秒級高電壓方波發(fā)生器設(shè)計[J].電波科學學報2011，26(5):938?943
[0008][4]賀元吉，張亞洲，李傳臚.一種高壓ns級脈沖形成電路.高電壓技術(shù)，2000，26(4): 13 ?15
[0009][5] S.Katsuki, K.Moreira, F.Dobbs et al.Bacterial decontaminat1nwith nanosecond pulsed electric fields.Power Modulator Symposium,2002and2002High-Voltage Workshop, July, 2002:648-651
[0010]文獻[1-4]采取同軸傳輸線配合氣體火花開關(guān)或真空開關(guān)產(chǎn)生方波脈沖，前沿最短做到2ns，幅值最高10kV。
[0011]文獻[5]使用固態(tài)三板傳輸線配場畸變開關(guān)產(chǎn)生方波脈沖，生成前沿2ns、幅值30kV的方波脈沖。
[0012]以上文獻中所使用的開關(guān)均為氣體開關(guān)，間隙電感較大，不易達到前沿0.8ns的指標。目前，滿足前沿小于2ns的方波發(fā)生器通常使用汞潤開關(guān)作為其中的閉合開關(guān)，雖然輸出方波的前沿很快，但方波的幅值通常只有幾百伏到2kV左右。目前了解到國內(nèi)外一些方波發(fā)生器的性能參數(shù)，這些方波發(fā)生器尚不能同時滿足幅值高和前沿快兩個方面的要求，或者技術(shù)過于復(fù)雜。
[0013]中國國家發(fā)明專利00113814.6(—種快前沿高電壓方波脈沖發(fā)生器)介紹了一種高電壓方波發(fā)生器，該發(fā)生器使用單個放電間隙薄膜介質(zhì)開關(guān)，絕緣薄膜一側(cè)的開關(guān)電極為杯蓋形，內(nèi)部安裝針狀金屬細桿，利用電磁鐵驅(qū)動撞擊薄膜進行觸發(fā)。絕緣薄膜另一側(cè)的開關(guān)電極采取套筒狀變直徑同軸結(jié)構(gòu)，與單根或多根并聯(lián)的工業(yè)標準同軸電纜相連，傳輸線與開關(guān)結(jié)構(gòu)相應(yīng)，采用單根或多根并聯(lián)的工業(yè)標準同軸電纜，布置為雙傳輸線形式，中間接阻抗為傳輸線阻抗2倍的負載。工作時給傳輸線加高電壓，驅(qū)動電磁鐵觸發(fā)薄膜開關(guān)使之快速閉合，在傳輸線中引起電磁波折、反射過程，在負載上形成方波脈沖。該方波脈沖由標準同軸電纜引出。對按該發(fā)明設(shè)計的原理樣機的測試結(jié)果表明，該發(fā)生器輸出方波脈沖的前沿可達I至2ns，電壓幅值可達12kV，波形規(guī)則。根據(jù)該專利技術(shù)內(nèi)容形成一篇文獻如下:
[0014][6]馬連英，曾正中，費國強，等.基于絕緣薄膜開關(guān)的快前沿高壓方波發(fā)生器[J].電工電能新技術(shù)，2001 (3):38-40
[0015]相關(guān)專利00113814.6，所存在的問題有:
[0016]a、輸出端為同軸型輸出，對部分應(yīng)用不方便，例如對于非同軸結(jié)構(gòu)的分壓器、分流器等，在同軸型輸出的方波發(fā)生器上標定并不方便，雖然可以采用轉(zhuǎn)換輸出結(jié)構(gòu)，但轉(zhuǎn)換中將帶來波形畸變，影響標定等應(yīng)用。
[0017]b、由于采用標準同軸電纜作為高電壓脈沖形成部件，為了配合同軸電纜而設(shè)計的同軸型薄膜開關(guān)的工作電壓偏低，難以滿足幅值在12kV以上的應(yīng)用需求。
[0018]C、薄膜開關(guān)橫向放置，容易磨損，對開關(guān)設(shè)計與加工精度的要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了可靠性。
[0019]專利201420058247 (—種基于薄膜開關(guān)的全自動方波發(fā)生器)是在專利00113814.6基礎(chǔ)上增加了自動換膜裝置，并未解決以上問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]針對現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明的目的是獲得一種前沿< 0.8ns、電壓幅值15?50kV可調(diào)的針對非同軸結(jié)構(gòu)應(yīng)用的方波發(fā)生器。本發(fā)明采用三板傳輸線結(jié)構(gòu)，解決了專利00113814.6在非同軸結(jié)構(gòu)應(yīng)用中波形畸變的問題；該結(jié)構(gòu)更方便非同軸結(jié)構(gòu)測量探頭的安裝測試，也容易將電壓提升至50kV。另外，本發(fā)明通過采用垂直放置薄膜開關(guān)的方式，減小了磨損，在設(shè)計與加工方面不需高要求也可達到足夠的定位精度，提高了可靠性。
[0021]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0022]一種產(chǎn)生快前沿高電壓單脈沖矩形波的電脈沖發(fā)生裝置，包括主機和薄膜開關(guān)，其特殊之處在于:所述主機包括主機外殼1、下板電極2、中板電極3、上板電極4、中板引出電極5、上板引出電極6、至少三個下板支撐絕緣子10、至少三個第一通用支撐絕緣子11、至少三個第二通用支撐絕緣子32、下脈沖輸出電極12、上脈沖輸出電極13，主機蓋板18和負載電阻15 ；
[0023]所述下板支撐絕緣子10固定在主機外殼I底部，所述下板電極2固定在下板支撐絕緣子10上，所述下脈沖輸出電極12穿過主機外殼I的側(cè)壁且與下板電極2固定連接，所述下脈沖輸出電極12與主機外殼I的側(cè)壁密封連接；
[0024]所述第一通用支撐絕緣子11固定在下板支撐絕緣子10上方，所述中板電極3固定在第一通用支撐絕緣子11上，所述中板引出電極5的一端與中板電極3固定連接，所述中板引出電極5的另一端穿過主機外殼I的側(cè)壁且與主機外殼I接觸處密封連接；
[0025]所述第二通用支撐絕緣子32固定在第一通用支撐絕緣子11上，所述上板電極4固定在第二通用支撐絕緣子32上，所述上脈沖輸出電極13穿過主機外殼I的側(cè)壁且與上板電極4固定連接，所述上脈沖輸出電極13與主機外殼I的側(cè)壁密封連接；所述上板引出電極6穿過主機外殼I的側(cè)壁且與上板電極4固定連接，所述上板引出電極6與主機外殼I的側(cè)壁密封連接；所述主機蓋板18位于主機殼體I上方；
[0026]所述負載電阻15固定在下脈沖輸出電極12和上脈沖輸出電極13之間，所述薄膜開關(guān)19固定在中板引出電極5和上板引出電極6之間。
[0027]上述薄膜開關(guān)19包括下電極20、上電極21、觸發(fā)針22、觸發(fā)針拉桿23、連接座24、觸發(fā)電磁鐵25、觸發(fā)針復(fù)位彈簧26、電磁鐵吸盤27、換膜電磁鐵28、換膜復(fù)位彈簧29、電磁鐵固定板30和絕緣薄膜31 ；
[0028]所述下電極20固定在中板引出電極5上，所述上電極21固定在上板引出電極6上，所述觸發(fā)針拉桿23和觸發(fā)針22固定連接，所述觸發(fā)針22位于上電極21內(nèi)，所述觸發(fā)針拉桿23的另一端穿過觸發(fā)電磁鐵25與觸發(fā)針復(fù)位彈簧26后同觸發(fā)針復(fù)位彈簧26另一端緊固。所述觸發(fā)電磁鐵25和上電極21固定連接，所述觸發(fā)電磁鐵25另一端和電磁鐵吸盤27緊固。所述連接座24固定在上板引出電極6上，所述觸發(fā)針拉桿23、觸發(fā)電磁鐵25、觸發(fā)針復(fù)位彈簧26和電磁鐵吸盤27均位于連接