本发明专利技术公开了一种纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置及分压方法，装置采用二级分压，一级分压采用水阻分压，二级分压采用笼型电阻分压；一级水阻分压部分包括高压测试端、有机玻璃柱、CuSO4溶液和金属针；一级水阻分压部分通过金属针与二级电阻分压部分相连；高压测试端至金属针顶部之间的阻值代表一级高压臂水阻，金属针顶部与分压器外壳顶部的阻值代表一级低压臂水阻；二级电阻分压部分包括二级高压臂电阻单元、二级低压臂电阻单元和电路板组件。本发明专利技术分压时，将一级高压臂水阻与一级低压臂水阻串联，将二级电阻分压部分与一级低压臂水阻并联，得出高压测试端与分压输出端的电压总分压比。本发明专利技术减弱了杂散参数对脉冲响应的干扰，适用于纳秒级快前沿高压脉冲测量。适用于纳秒级快前沿高压脉冲测量。适用于纳秒级快前沿高压脉冲测量。
【技术实现步骤摘要】
一种纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置及分压方法
[0001]本专利技术涉及分压装置及分压方法，尤其涉及一种纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置及分压方法。
技术介绍
[0002]电磁脉冲按能量传输方式分为辐射型和传导型。辐射型是采用不同形式的电场和磁场传感器测量，而传导型是采用电压和电流探头测量。对于纳秒级快前沿上升时间脉冲的测量，所选用的测量设备需要具有较好的宽频带响应特性。
[0003]当快前沿电磁脉冲幅值较高时，将使用传感器或分压器进行测量，但纳秒级高压测量设备的技术实现本身是一个难点。目前标定使用的阶跃波脉冲源电压等级为50kV，普遍采用水阻分压装置进行测量。而对于目前普遍采用的水阻分压装置结构，杂散电感等参数影响传感器的脉冲响应时间。因此对于纳秒级脉冲电压的测量，可采用金属氧化膜电阻和水阻相结合的结构。
[0004]由于目前没有对快前沿、高电压电磁脉冲进行精确测量的装置和方法，导致很难满足测试和校准需要。
技术实现思路
[0005]专利技术目的：针对现有技术中存在的采用分压装置时，杂散电感参数影响传感器的响应时间，以及目前的测试设备难以满足测试和校准需要，本专利技术提供一种纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置及分压方法，通过具体的结构和分压方法降低了杂散参数对脉冲响应时间的影响。
[0006]技术方案：本专利技术纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置包括一级水阻分压部分和二级电阻分压部分；
[0007]一级水阻分压部分包括高压测试端、有机玻璃柱、CuSO4溶液和金属针；一级水阻分压部分通过金属针与二级电阻分压部分相连；有机玻璃柱内填充有CuSO4溶液；金属针位于绝缘体内；
[0008]高压测试端至金属针顶部之间的CuSO4溶液的阻值代表一级高压臂水阻R1，金属针顶部与分压器外壳顶部之间的CuSO4溶液的阻值代表一级低压臂水阻R2；
[0009]二级电阻分压部分包括二级高压臂电阻单元R3、二级低压臂电阻单元R4和电路板组件；二级高压臂电阻单元R3和二级低压臂电阻单元R4通过电路板组件连接。
[0010]二级高压臂电阻单元R3包括多个并联的二级高压臂电阻R5，二级低压臂电阻单元R4包括多个并联的二级低压臂电阻R6。
[0011]二级高压臂电阻R5和二级低压臂电阻R6为金属膜电阻。
[0012]多个二级高压臂电阻R5呈笼形排列组成二级高压臂电阻单元R3。
[0013]多个二级低压臂电阻R6呈笼形排列组成二级低压臂电阻单元R4。
[0014]高压测试端为铜质高压测试端。
[0015]电路板组件包括第一电路板、第二电路板和第三电路板，二级高压臂电阻R5和二级低压臂电阻R6通过第二电路板连接。
[0016]分压器外壳包括分压器外壳帽和分压器外壳体。
[0017]本专利技术纳秒级快前沿高压水阻分压方法包括以下步骤：
[0018](1)将纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置分为一级水阻分压部分和二级电阻分压部分；
[0019](2)一级水阻分压部分由一级高压臂水阻R1与一级低压臂水阻R2串联构成；具体为，将高压测试端至金属针顶部之间的CuSO4溶液的阻值定为一级高压臂水阻R1，金属针顶部与分压器外壳顶部之间的CuSO4溶液的阻值定为一级低压臂水阻R2；
[0020](3)将多个并联的二级高压臂电阻R5以笼形结构并联形成二级高压臂电阻单元R3，将二级低压臂电阻R6以笼形结构并联形成二级低压臂电阻单元R4；
[0021](4)将二级高压臂电阻单元R3和二级低压臂电阻单元R4串联组成二级电阻分压部分；将二级电阻分压部分与一级低压臂水阻R2并联；
[0022](5)将一级低压臂水阻R2的分压输出端由金属针连接到二级高压臂电阻单元R3上，将二级低压臂电阻单元R4的分压输出连接到分压输出端；则二级电阻分压部分的分压比K2为：
[0023][0024]R3和R4串联后的电阻与一级低压臂水阻R2并联后的阻值为：
[0025][0026]则纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置的一级水阻分压比K1为：
[0027][0028]纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置中高压测试端的待测高压U1与分压输出端的电压U3之间的总分压比K为：
[0029][0030]即分压输出端的电压U3为高压测试端的待测高压U1的1/K倍。
[0031]一级水阻分压部分对地分布电容CⅠ分
为：
[0032][0033]其中，l1为一级高压臂水阻R1的长度，a1为R1的半径。
[0034]则由公式t＝0.24(R
高
+R
低
)C
分
ꢀꢀ
(2)
[0035]得出所述纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置的一级水阻分压部分的脉冲响应上升时间为
[0036]tⅠr
＝0.24(R1+R2)CⅠ分
ꢀꢀ
(9)
[0037]其中，R1+R2≤1kΩ。
[0038]纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置的n支R5并联后的对地分布电容CⅡ分
为
[0039][0040]其中，a2为R5的半径，l2为R5的长度。
[0041]则由公式t＝0.24(R
高
+R
低
)C
分
ꢀꢀ
(2)
[0042]得出纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置中二级电阻分压部分的脉冲响应上升时间为
[0043]tⅡr
＝0.24(R3+R4)CⅡ分
ꢀꢀ
(12)
[0044]其中，R3+R4≤1kΩ。
[0045]由公式(9)和公式(12)得出纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置总的脉冲响应上升时间为
[0046][0047]有益效果：与现有技术相比，本专利技术纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置及分压方法具有以下优点：
[0048](1)该高压水阻分压装置的结构形式，减弱了杂散参数对脉冲响应的干扰，且与理论分压比误差小，适用于不高于100kV快前沿脉冲电压的测量。
[0049](2)与传统的分压装置相比，本专利技术采用了二级分压结构，其中一级分压部分采用水阻进行分压；二级分压部分采用笼型电阻分布结构进行分压。
[0050](3)R3和R4采用笼形电阻排列结构，降低了电感和减小磁感应。
附图说明
[0051]图1为本专利技术纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置整体结构示意图；
[0052]图2为电路板组件结构俯视图；
[0053]图3为电阻分压装置的等效电路原理图；
[0054]图4为本专利技术纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置原理图；
[0055]图5为本专利技术纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置校准示意图；
[0056]图6为本专利技术纳秒级快前沿高压水阻分压校准波形图；其中，图6(a)为波形整体图；图6(b)为波形局部图；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置，其特征在于：所述纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置包括一级水阻分压部分、二级电阻分压部分；所述一级水阻分压部分包括高压测试端(4)、有机玻璃柱(2)、CuSO4溶液(3)和金属针(5)；所述一级水阻分压部分通过金属针(5)与二级电阻分压部分相连；所述有机玻璃柱(2)内填充有CuSO4溶液(3)；所述金属针(5)位于绝缘体(8)内；所述高压测试端(4)至金属针(5)顶部之间的CuSO4溶液的阻值代表一级高压臂水阻R1，所述金属针(5)顶部与分压器外壳(1)顶部之间的CuSO4溶液的阻值代表一级低压臂水阻R2；所述二级电阻分压部分包括二级高压臂电阻单元R3、二级低压臂电阻单元R4和电路板组件(6)；所述二级高压臂电阻单元R3和二级低压臂电阻单元R4通过电路板组件(6)连接。2.根据权利要求1所述的纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置，其特征在于：所述二级高压臂电阻单元R3包括多个并联的二级高压臂电阻R5，所述二级低压臂电阻单元R4包括多个并联的二级低压臂电阻R6。3.根据权利要求2所述的纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置，其特征在于：所述二级高压臂电阻R5和二级低压臂电阻R6为金属膜电阻。4.根据权利要求2所述的纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置，其特征在于：所述多个二级高压臂电阻R5呈笼形排列组成二级高压臂电阻单元R3。5.根据权利要求2所述的纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置，其特征在于：所述多个二级低压臂电阻R6呈笼形排列组成二级低压臂电阻单元R4。6.根据权利要求1所述的纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置，其特征在于：所述高压测试端(4)为铜质高压测试端。7.根据权利要求2所述的纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置，其特征在于：所述电路板组件(6)包括第一电路板(6a)、第二电路板(6b)和第三电路板(6c)，所述二级高压臂电阻R5和二级低压臂电阻R6通过第二电路板(6b)连接。8.根据权利要求1所述的纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置，其特征在于：所述分压器外壳(1)包括分压器外壳帽(1a)和分压器外壳体(1b)。9.根据权利要求1所述的纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置，其特征在于：所述绝缘体(8)位于所述分压器外壳(1)内。10.一种纳秒级快前沿高压水阻分压方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的纳秒级快前沿高压的二级分压测量装置进行分压，所述分压方法包括以下步骤：(1)将纳秒级快前沿高压的二级分...
【专利技术属性】
技术研发人员：马如坡，王群，印杰，王振力，
申请(专利权)人：江苏警官学院，
类型：发明
国别省市：
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