一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法及系统技术方案

本申请实施例示出一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法及系统。可以拍摄不同延时情况下的开关特性，更为直观地记录了等离子体图像，便于分析不同时刻时开关的触发过程。对特定延时的光学诊断可以用来推测和记录开关触通的时刻，用以推断开关的抖动和延时特性，与电信号数据形成互补，能更全面地分析开关的工作特性和工作状态。在针对故障开关时可以分析故障开关的故障工作状态，推测其故障区域以及故障原因。

【技术实现步骤摘要】
一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法及系统
本专利技术涉及光学诊断等离子体
，特别是一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法及系统。
技术介绍
开关技术是脉冲功率技术的关键技术之一，直接决定着脉冲功率系统性能的好坏。目前常见的有气体火花开关、真空开关、磁开关、固态开关等均广泛运用于脉冲功率技术。以较为常见的三电极开关为例，其具有工作可控、闭合时间段、抖动和延时都很小等优点，在国内外得到了广泛的研究和运用。其一般在受到一个触通信号后能接通电路，人们往往关心其工作系数、可开断的最高电压、抖动延时及稳定性。现在常用的检测触发开光工作特性的方法是测量开关的触发电压信号和触通电流信号，并计算两者的时间差来计算单次的延时，通过多次实验得到的大量延时数据来判断开关的工作特性和稳定性。然而三电极触发开关仍然存在着一些弊端。对于故障的开关往往需要拆卸后，才能进行观察和诊断，无法实时了解开关工作时的情况，在极端条件下甚至无法对故障开关进行有效诊断，且诊断手段过于单一，特定情况下电信号会受到较大干扰，导致无法准确读出波形的上升沿与下降沿，无法计算出可靠的延时时间，不利于做出准确判断。电触发的方式也有可能在触发器或触发电缆发生故障时无法顺利进行，或者导致漏电危险，受触发电压限制其工作系数往往较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法及系统，以解现有技术示出的方案存在的技术问题。本申请实施例示出一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法，所述记录和诊断开关击穿的方法包括：通过纳秒激光器发射激光，引导所述激光进入光纤；所述激光经过所述光纤后，触通激光触发开关；当所述激光触发开关触通时，等离子体产生的光通过光学观察窗口传播；拍摄所述等离子体的图像；搭建气路，控制所述气路的运行，记录所述气路运行时的气压数据；搭建电路，控制所述电路的运行，记录所述电路运行时的触发电压，电极电压，触发波形的电信号数据；根据所述气压数据以及所述电信号数据，推测所述激光触发开关的工作稳定性，工作状态，工作特性。可选择的，所述引导所述激光进入光纤的步骤包括：通过激光耦合透镜使所述激光的焦点略前置于所述光纤的入口，使得所述激光完整地进入光纤。可选择的，所述激光经过所述光纤后，触通激光触发开关的步骤包括：选择多个合适焦距的凸透镜设置合适的距离，将所述光纤的光纤头固定于所述激光触发开关的激光触发通道的顶端，所述激光经过所述光纤后，通过所述激光触发通道，再通过多个设置为合适距离的凸透镜，聚焦击中所述激光触发开关的高压电极上，形成触通。可选择的，所述聚焦击中所述激光触发开关的高压电极上，形成触通的步骤包括：所述激光通过所述激光触发通道的多个凸透镜后，被聚焦至高压电极表面，产生等离子体，所述等离子体触通激光触发开关。可选择的，所述拍摄所述等离子体的图像包括：通过皮秒激光器，反射镜，扩束镜，以及，分光镜搭建干涉光路；所述皮秒激光器发出的激光通过两个凸透镜和光学衰减片，到达电荷耦合器件相机，拍摄干涉光路；通过分光镜搭建等离子体拍摄光路；通过增强电荷耦合器件相机拍摄等离子体图像。本申请实施例示出一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法，所述记录和诊断开关击穿的方法包括：触通电触发开关；当所述电触发开关触通时，等离子体产生的光通过光学观察窗口传播；拍摄所述等离子体的图像；搭建气路，控制所述气路的运行，记录所述气路运行时的气压数据；搭建电路，控制所述电路的运行，记录所述电路运行时的触发电压，电极电压，触发波形的电信号数据；根据所述气压数据以及所述电信号数据，推测所述电触发开关的工作稳定性，工作状态，工作特性。可选择的，所述触通电触发开关的步骤包括：通过数字延迟触发器施加触发电压，所述施加电压触通电触发开关。本申请实施例示出一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的系统，所述通过光学方法记录和诊断开关击穿的系统包括：光学触发系统，激光触发开关，光学记录系统，电气控制记录系统，光学图像和电信号诊断系统；其中，所述光学触发系统包括：纳秒激光器，激光耦合透镜，光纤；所述激光触发开关包括：第一凸透镜，绝缘筒，低压电极，高压电极，光学观察窗口，激光触发通道，开关间隙距离调节螺丝，带孔电极，压环，垫环，靶电极；所述光学记录系统包括：皮秒激光器，第一反射镜，第二反射镜，第三反射镜，扩束镜，第一分光镜，第二分光镜，第三分光镜，增强电荷耦合器件相机，第二凸透镜，光学衰减片，电荷耦合器件相机；所述电气控制记录系统包括：气瓶，气管，气阀，计算机可控气系统，高压直流电源，高压电缆，计算机可控电系统，数字延迟触发器，示波器，计算机；所述光学触发系统用于通过纳秒激光器发射激光，引导所述激光进入光纤；所述激光触发开关用于所述激光经过所述光纤后，触通激光触发开关；当所述激光触发开关触通时，等离子体产生的光通过光学观察窗口传播；所述光学记录系统用于拍摄所述等离子体的图像；所述电气控制记录系统用于搭建气路，控制所述气路的运行，记录所述气路运行时的气压数据；搭建电路，控制所述电路的运行，记录所述电路运行时的触发电压，电极电压，触发波形的电信号数据；所述光学图像和电信号诊断系统用于根据所述气压数据以及所述电信号数据，推测所述激光触发开关的工作稳定性，工作状态，工作特性。本申请实施例示出一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的系统，所述通过光学方法记录和诊断开关击穿的系统包括：电触发开关，光学记录系统，电气控制记录系统，光学图像和电信号诊断系统；其中，所述电触发开关包括：绝缘筒，触发电极，高压电极，光学观察窗口；所述光学记录系统包括：皮秒激光器，反射镜，扩束镜，分光镜，增强电荷耦合器件相机，凸透镜，光学衰减片，电荷耦合器件相机；所述电气控制记录系统包括：气瓶，气管，气阀，计算机可控气系统，高压直流电源，高压电缆，计算机可控电系统，数字延迟触发器，示波器，计算机；所述电触发开关用于触通电触发开关；当所述电触发开关触通时，等离子体产生的光通过光学观察窗口传播；所述光学记录系统用于拍摄所述等离子体的图像；所述电气控制记录系统用于搭建气路，控制所述气路的运行，记录所述气路运行时的气压数据；搭建电路，控制所述电路的运行，记录所述电路运行时的触发电压，电极电压，触发波形的电信号数据；所述光学图像和电信号诊断系统用于根据所述气压数据以及所述电信号数据，推测所述电触发开关的工作稳定性，工作状态，工作特性。本申请实施例示出一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法及系统。可以拍摄不同延时情况下的开关特性，更为直观地记录了等离子体图像，便于分析不同时刻时开关的触发过程。对特定延时的光学诊断可以用来推测和记录开关触通的时刻，用以推断开关的抖动和延时特性，与电信号数据形成互补，能更全面地分析开关的工作特性和工作状态。在针对故障开关时可以分析故障开关的故障工作状态，推测其故障区域以及故障原因。本专利技术示出了一种激光触发开关的工作模式：通过纳秒激光器发射激光，通过激光耦合透镜使激光的焦点略前置于光纤的入口，引导激光进入光纤。激光经过光纤后，通过激光触发通道，再通过多个设置为合适距离的凸透镜，聚焦击中激光触发开关的高压电极上，产生等离子体，等离子体触通激光触发开关。本申请示出的激光触发开关替代了传统的电触发方式。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法，其特征在于，所述记录和诊断开关击穿的方法包括：通过纳秒激光器发射激光，引导所述激光进入光纤；所述激光经过所述光纤后，触通激光触发开关；当所述激光触发开关触通时，等离子体产生的光通过光学观察窗口传播；拍摄所述等离子体的图像；搭建气路，控制所述气路的运行，记录所述气路运行时的气压数据；搭建电路，控制所述电路的运行，记录所述电路运行时的触发电压，电极电压，触发波形的电信号数据；根据所述气压数据以及所述电信号数据，推测所述激光触发开关的工作稳定性，工作状态，工作特性。

【技术特征摘要】
1.一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法，其特征在于，所述记录和诊断开关击穿的方法包括：通过纳秒激光器发射激光，引导所述激光进入光纤；所述激光经过所述光纤后，触通激光触发开关；当所述激光触发开关触通时，等离子体产生的光通过光学观察窗口传播；拍摄所述等离子体的图像；搭建气路，控制所述气路的运行，记录所述气路运行时的气压数据；搭建电路，控制所述电路的运行，记录所述电路运行时的触发电压，电极电压，触发波形的电信号数据；根据所述气压数据以及所述电信号数据，推测所述激光触发开关的工作稳定性，工作状态，工作特性。2.根据权利要求1所述的通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法，其特征在于，所述引导所述激光进入光纤的步骤包括：通过激光耦合透镜使所述激光的焦点略前置于所述光纤的入口，使得所述激光完整地进入光纤。3.根据权利要求2所述的通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法，其特征在于，所述激光经过所述光纤后，触通激光触发开关的步骤包括：选择多个合适焦距的凸透镜设置合适的距离，将所述光纤的光纤头固定于所述激光触发开关的激光触发通道的顶端，所述激光经过所述光纤后，通过所述激光触发通道，再通过多个设置为合适距离的凸透镜，聚焦击中所述激光触发开关的高压电极上，形成触通。4.根据权利要求3所述的通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法，其特征在于，所述聚焦击中所述激光触发开关的高压电极上，形成触通的步骤包括：所述激光通过所述激光触发通道的多个凸透镜后，被聚焦至高压电极表面，产生等离子体，所述等离子体触通激光触发开关。5.根据权利要求4所述的通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法，其特征在于，所述拍摄所述等离子体的图像包括：通过皮秒激光器，反射镜，扩束镜，以及，分光镜搭建干涉光路；所述皮秒激光器发出的激光通过两个凸透镜和光学衰减片，到达电荷耦合器件相机，拍摄干涉光路；通过分光镜搭建等离子体拍摄光路；通过增强电荷耦合器件相机拍摄等离子体图像。6.一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法，其特征在于，所述记录和诊断开关击穿的方法包括：触通电触发开关；当所述电触发开关触通时，等离子体产生的光通过光学观察窗口传播；拍摄所述等离子体的图像；搭建气路，控制所述气路的运行，记录所述气路运行时的气压数据；搭建电路，控制所述电路的运行，记录所述电路运行时的触发电压，电极电压，触发波形的电信号数据；根据所述气压数据以及所述电信号数据，推测所述电触发开关的工作稳定性，工作状态，工作特性。7.根据权利要求6所述的通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法，其特征在于，所述触通电触发开关的步骤包括：通过数字延迟触发器施加触发电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓云坤，李佶龙，王科，彭晶，马仪，赵虎，李兴文，张博雅，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南,53