基于脉冲电流源用于快脉冲测量探头的标定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于脉冲电流源用于快脉冲测量探头的标定装置及方法，对脉冲测量探头的灵敏度和频率响应进行定标，该装置对脉冲功率装置的稳定和安全运行具有非常重要的意义。该标定装置包括依次连接的初级脉冲源、脉冲形成线、脉冲形成主开关、脉冲传输线、标定腔室和匹配负载；匹配负载包括高压电阻、低压电阻以及由内向外同轴依次设置的匹配负载内环、匹配负载中间环、匹配负载外环；高压电阻设置在匹配负载内环、匹配负载中间环之间，且分别与匹配负载内环、匹配负载中间环电连接，低压电阻设置在匹配负载中间环、匹配负载外环之间，且分别与匹配负载中间环、匹配负载外环电连接，匹配负载外环接地，匹配负载内环与脉冲传输线电连接。

【技术实现步骤摘要】
基于脉冲电流源用于快脉冲测量探头的标定装置及方法
本专利技术涉及脉冲功率
，具体涉及一种基于脉冲电流源用于快脉冲测量探头的标定装置及方法。
技术介绍
利用脉冲功率装置产生强流脉冲电子束、脉冲硬X和γ射线等模拟不同空间环境下的辐射环境，是辐射效应研究的基本手段之一。在脉冲功率装置中，装置上的各种测量探头是用于监测分析装置是否安全和稳定运行的关键部件，如果这些测量探头的测量结果欠准确，或者不可靠，将极大地掩盖装置可能出现的故障，甚至引起装置运行失败，造成辐射环境难以达到研究要求。脉冲电流测量探头是脉冲功率装置中最常用的测量探头之一，普遍采用的是Rogowski线圈和小电阻分流器等。对脉冲电流测量探头进行标定具有非常重要的意义，标定主要从两个方面进行考虑，其一为幅值标定，其二为响应标定。幅值标定主要对探头的灵敏度进行标定，即给出探头测量到的电流大小与待测电流大小的比值；响应标定主要对探头的频率特性进行标定，即考核探头的高频响应和低频响应能力。目前，由于缺乏不确定度可溯源性的脉冲电流标定平台，众多脉冲功率装置中的脉冲电流测量探头都不能给出可信度较高的测量结果及其不确定度。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于脉冲电流源用于快脉冲测量探头的标定装置及方法，对脉冲测量探头的灵敏度和频率响应进行标定，该装置对脉冲功率装置的稳定和安全运行具有非常重要的意义。本专利技术的技术方案是：一种基于脉冲电流源用于快脉冲测量探头的标定装置，包括依次连接的初级脉冲源、脉冲形成线、脉冲形成主开关、脉冲传输线、标定腔室和匹配负载；所述匹配负载包括多个高压电阻、多个低压电阻以及由内向外同轴依次设置的匹配负载内环、匹配负载中间环、匹配负载外环；多个高压电阻设置在匹配负载内环、匹配负载中间环之间，且分别与匹配负载内环、匹配负载中间环电连接，多个低压电阻设置在匹配负载中间环、匹配负载外环之间，且分别与匹配负载中间环、匹配负载外环电连接，所述匹配负载外环接地，所述匹配负载内环与脉冲传输线电连接。进一步地，所述脉冲形成线包括脉冲形成线内筒、脉冲形成线外筒、密封连接件和密封板；所述脉冲形成线外筒同轴设置在脉冲形成线内筒的外部，且其筒壁上设置有进液口、出液口和放气口；所述脉冲形成线内筒的筒壁上设置通孔；所述密封连接件设置在脉冲形成线内筒的两侧，用于与初级脉冲源、脉冲形成主开关电连接；所述密封板设置在脉冲形成线内筒、脉冲形成线外筒的两侧，将脉冲形成线外筒密封；所述脉冲传输线与脉冲形成线结构相同，所述脉冲传输线的密封连接件与脉冲形成主开关、标定腔室电连接。进一步地，所述脉冲形成主开关包括绝缘外壳、开关上电极和开关下电极，所述绝缘外壳为套筒状结构，所述开关上电极为平球头电极，所述开关下电极为圆球头电极，所述开关上电极和开关下电极分别设置在绝缘外壳的两端。进一步地，所述开关上电极的电极边缘倒角为R2.5mm，所述开关下电极的球头半径为7.5mm，所述开关上电极和开关下电极之间的间隙为1～7mm，且材质为黄铜，所述绝缘外壳的材料为有机玻璃，绝缘外壳内的工作气体介质为氮气。进一步地，所述初级脉冲源由脉冲电容器、气体火花开关和充电电感串联组成，充电电感为螺线管结构。进一步地，所述匹配负载内环、匹配负载中间环和匹配负载外环的截面为正多边形，所述匹配负载内环的一端设有底盖，底盖中心设有连接通孔。进一步地，所述匹配负载还包括电缆接头，所述电缆接头绝缘设置在匹配负载外环或匹配负载内环上，并通过导线与匹配负载中间环电连接，或电缆接头直接与匹配负载中间环电连接。进一步地，所述标定腔室包括标定腔室外筒和标定腔室内筒，所述标定腔室外筒套装在标定腔室内筒外侧，所述标定腔室外筒设置在脉冲传输线和匹配负载外环之间，且通过法兰连接，所述标定腔室内筒设置在脉冲传输线和匹配负载内环之间，且通过压接方式实现电连接。进一步地，所述标定腔室的特征阻抗为98Ω，电气长度为0.1ns；所述脉冲形成线的特征阻抗为5Ω，电气长度为100ns；所述脉冲传输线的特征阻抗为5Ω，电气长度为100ns。进一步地，所述匹配负载包括十个高压电阻和十个低压电阻，十个高压电阻圆周均布且径向固定在匹配负载内环和负载中间环之间；十个低压电阻圆周均布且径向固定在匹配负载中间环和匹配负载外环之间，高压电阻的阻值为50欧姆，低压电阻的阻值为0.5欧姆。同时，本专利技术还提供一种采用上述基于脉冲电流源用于快脉冲测量探头的标定装置的标定方法，包括以下步骤：1)将待测线圈安装在标定腔室中；2)对初级脉冲源进行直流充电，当充电电压达到设定值后，初级脉冲源输出微秒量级的脉冲电压；3)将初级脉冲源输出的脉冲电压加载在脉冲形成线上，并通过脉冲形成线对脉冲形成主开关进行脉冲充电，当达到脉冲形成主开关的自击穿电压后，脉冲形成主开关导通，并产生一个脉冲方波电流；4)步骤3)得到的脉冲方波电流通过脉冲传输线传输至标定腔室和匹配负载上，匹配负载上得到该脉冲方波电流标定波形，待测线圈得到对脉冲方波电流的响应波形；5)利用匹配负载上得到的脉冲方波电流标定波形，对待测线圈得到的脉冲方波电流响应波形进行灵敏度标定和不确定度传递分析，获得待测线圈的响应参数。本专利技术与现有技术相比，具有以下技术效果：1.本专利技术基于同轴线脉冲成形原理，提供一种用于快脉冲测量探头的标定装置，利用该标定装置产生不确定度可溯源性的参考电流，对常见的脉冲电流测量探头进行标定，即能够对探头的灵敏度和频率响应进行定标，又能够同时给出其不确定度，对脉冲功率装置的稳定和安全运行具有非常重要的意义。2.相比于其它的脉冲电流测量探头标定装置，本专利技术标定装置能够减小电流测量探头标定结果的外推范围，提高标定数据的信噪比，有利于开展脉冲大电流测量探头标定技术研究。3.本专利技术该标定装置采用模块化设计思想，即将该标定装置中的每个组成单元都设计为独立的模块，将各个模块进行组装即可完成标定平台的整体安装，而且能够具有针对性的对某个单元模块进行维修和维护。4.本专利技术匹配负载采用了同轴辐射状结构，降低了匹配负载的结构电感，匹配负载中的高压电阻和低压电阻又构成一个电阻分压器，可以测量脉冲同轴线内筒的脉冲方波电压波形，而低压电阻还构成一个小电阻分流器，可以测量通过脉冲同轴线的脉冲方波电流波形；辐射状的结构也方便了和脉冲同轴线的内筒与外筒连接。5.本专利技术的初级脉冲源由脉冲电容器、气体火花开关和充电电感串联组成，实现了向脉冲形成线的脉冲充电，进一步地实现了在较低的充电电压下得到更高幅值的脉冲方波。6.本专利技术中的脉冲形成主开关为短间隙高气压开关，其降低了开关的结构电感，实现了在匹配负载上获得更快前沿的脉冲方波。7.本专利技术的匹配负载由十个电阻支路组成，每一个支路由高压电阻和低压电阻组成，高压电阻的阻值为50欧姆，低压电阻的阻值为0.5欧姆，有效降低了匹配负载的结构电感。附图说明图1为本专利技术标定装置结构示意图；图2为本专利技术脉冲形成主开关的结构示意图；图3为本专利技术脉冲形成线的结构示意图；图4为本专利技术同轴辐射状匹配负载的结构示意图；图5为本专利技术标定腔室和匹配负载连接的结构示意图；图6为本专利技术纳秒级脉冲方波电流源中的脉冲方波波形图；图7为本专利技术匹配负载中电阻分压器工作原理示意图。附图标记：1-初级脉冲源，2-脉冲形成线，3-脉冲形成主开关，4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脉冲电流源用于快脉冲测量探头的标定装置，其特征在于：包括依次连接的初级脉冲源(1)、脉冲形成线(2)、脉冲形成主开关(3)、脉冲传输线(4)、标定腔室(5)和匹配负载(6)；所述匹配负载(6)包括多个高压电阻(64)、多个低压电阻(65)以及由内向外同轴依次设置的匹配负载内环(61)、匹配负载中间环(62)、匹配负载外环(63)；多个高压电阻(64)设置在匹配负载内环(61)、匹配负载中间环(62)之间，且分别与匹配负载内环(61)、匹配负载中间环(62)电连接，多个低压电阻(65)设置在匹配负载中间环(62)、匹配负载外环(63)之间，且分别与匹配负载中间环(62)、匹配负载外环(63)电连接，所述匹配负载外环(63)接地，所述匹配负载内环(61)与脉冲传输线(4)电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲电流源用于快脉冲测量探头的标定装置，其特征在于：包括依次连接的初级脉冲源(1)、脉冲形成线(2)、脉冲形成主开关(3)、脉冲传输线(4)、标定腔室(5)和匹配负载(6)；所述匹配负载(6)包括多个高压电阻(64)、多个低压电阻(65)以及由内向外同轴依次设置的匹配负载内环(61)、匹配负载中间环(62)、匹配负载外环(63)；多个高压电阻(64)设置在匹配负载内环(61)、匹配负载中间环(62)之间，且分别与匹配负载内环(61)、匹配负载中间环(62)电连接，多个低压电阻(65)设置在匹配负载中间环(62)、匹配负载外环(63)之间，且分别与匹配负载中间环(62)、匹配负载外环(63)电连接，所述匹配负载外环(63)接地，所述匹配负载内环(61)与脉冲传输线(4)电连接。2.根据权利要求1所述的基于脉冲电流源用于快脉冲测量探头的标定装置，其特征在于：所述脉冲形成线(2)包括脉冲形成线内筒(21)、脉冲形成线外筒(22)、密封连接件(23)和密封板(24)；所述脉冲形成线外筒(22)同轴设置在脉冲形成线内筒(21)的外部，且其筒壁上设置有进液口(25)、出液口(26)和放气口(27)；所述脉冲形成线内筒(21)的筒壁上设置通孔(28)；所述密封连接件(23)设置在脉冲形成线内筒(21)的两侧，用于与初级脉冲源(1)、脉冲形成主开关(3)电连接；所述密封板(24)设置在脉冲形成线内筒(21)、脉冲形成线外筒(22)的两侧，将脉冲形成线外筒(22)密封；所述脉冲传输线(4)与脉冲形成线(2)结构相同，所述脉冲传输线(4)的密封连接件与脉冲形成主开关(3)、标定腔室(5)电连接。3.根据权利要求1所述的基于脉冲电流源用于快脉冲测量探头的标定装置，其特征在于：所述脉冲形成主开关(3)包括绝缘外壳(31)、开关上电极(32)和开关下电极(33)，所述绝缘外壳(31)为套筒状结构，所述开关上电极(32)为平球头电极，所述开关下电极(33)为圆球头电极，所述开关上电极(32)和开关下电极(33)分别设置在绝缘外壳(31)的两端。4.根据权利要求3所述的基于脉冲电流源用于快脉冲测量探头的标定装置，其特征在于：所述开关上电极(32)的电极边缘倒角为R2.5mm，所述开关下电极(33)的球头半径为7.5mm，所述开关上电极(32)和开关下电极(33)之间的间隙为1～7mm，且材质为黄铜，所述绝缘外壳(31)的材料为有机玻璃，绝缘外壳(31)内的工作气体介质为氮气。5.根据权利要求1所述的基于脉冲电流源用于快脉冲测量探头的标定装置，其特征在于：所述初级脉冲源(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚伟博，张永民，丛培天，徐启福，黄种亮，呼义翔，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61