一种D-dot传感器的制作方法技术

本发明专利技术涉及一种脉冲电压传感器制作方法，具体涉及一种D

A method of making D-dot sensor

【技术实现步骤摘要】
一种D
‑
dot传感器的制作方法


[0001]本专利技术涉及一种脉冲电压传感器的制作方法，具体涉及一种D
‑
dot传感器的制作方法，应用于前沿时间在ns至百ns量级，幅值在MV级的电压脉冲D
‑
dot传感器设计。

技术介绍

[0002]在脉冲功率装置中，针对MV级电压脉冲测量，通常采用电容耦合传感器。通过合理设置电容耦合传感器的电路参数，其输出信号可以是待测电压脉冲的微分波形，即微分型电容耦合传感器(又称D
‑
dot传感器)。所获得的微分信号经过数值积分或RC积分回路可将微分信号复原。若采用数值积分，测量系统的硬件组成非常简洁，仅由D
‑
dot传感器自身和测量电缆组成；测量系统的响应特性基本取决于D
‑
dot传感器的几何结构和介质材料，因此D
‑
dot传感器设计方法的核心是明确电容耦合D
‑
dot传感器结构参数与响应特性的数值关系。
[0003]目前D
‑
dot传感器在脉冲功率装置中已获得广泛应用。圣地亚实验室的PBFA
‑
Z(Particle Beam Fusion Accelerator)装置即采用该D
‑
dot传感器对双板传输线电压和绝缘堆栈电压进行测量。中国工程物理研究院也采用D
‑
dot传感器对初级试验平台中脉冲电压进行了测量。尽管上述研究工作成功将D
‑
dot传感器应用在脉冲功率装置中，但是依然缺乏准确完善的设计方法。
[0004]针对D
‑
dot传感器的物理设计方法，应该是从设计指标出发，明确D
‑
dot传感器的响应能力要求，进而给出D
‑
dot传感器的电路参数和结构参数的要求。目前关于D
‑
dot传感器的设计工作存在以下问题：
[0005]1、D
‑
dot传感器电路模型过度简化，不能完整反映微分型电容耦合D
‑
dot传感器的响应能力。典型的D
‑
dot传感器电路模型如图1所示，图中V1(t)为被测脉冲电压，V2(t)为D
‑
dot传感器的输出电压，C1为D
‑
dot传感器与高压电极的电容，C2为D
‑
dot传感器对地电容，R为负载电阻或者是信号电缆阻抗；其对应的回路方程为：
[0006][0007]该模型未考虑回路电感的影响，并且(A)式的求解，只是在1/(ωC2)>>R的条件下，给出了V1和V2的近似关系为：
[0008][0009](B)式仅刻画了D
‑
dot传感器的理想工作状态，不能描述D
‑
dot传感器实际的传递函数。
[0010]2、未能明确阐述D
‑
dot传感器的电路参数和结构参数的关系。设计工作对D
‑
dot传感器的响应特性是否满足要求缺少预判，只能依赖实验确定。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是针对现有D
‑
dot传感器的电路模型过度简化，不能完整反映D
‑
dot传感器的响应能力，且未能明确阐述D
‑
dot传感器的电路参数与结构参数关系的技术问题，而提供一种D
‑
dot传感器的制作方法，建立了D
‑
dot传感器设计指标与结构参数的数值关系。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0013]本专利技术一种D
‑
dot传感器的制作方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0014]步骤1：确定目标D
‑
dot传感器的结构参数，所述结构参数包括步骤1中所述的结构参数包括D1、D2、D3、D4、d和l，其中D1为D
‑
dot传感器接收电极的直径，D2为电缆引出同轴结构外径，D3为电缆引出同轴结构内径，D4为D
‑
dot传感器的地电极内径，l为D
‑
dot传感器的地电极与接收电极的间距，d为高压电极与地电极的间距；
[0015]步骤2：依据待测信号，确定D
‑
dot传感器的设计指标，所述设计指标包括前沿响应特性参数K及幅值刻度k；
[0016]步骤3：建立D
‑
dot传感器的设计指标与其电路参数之间的数值关系，所述电路参数包括D
‑
dot传感器接收电极与高压电极的电容C1，D
‑
dot传感器接收电极与地电极的电容C2，接收电极与地电极形成回路的电感L；
[0017]步骤4：建立D
‑
dot传感器的电路参数与其结构参数之间的数值关系，获得结构参数；
[0018]步骤5：依据步骤4获得的结构参数制作目标D
‑
dot传感器。
[0019]进一步地，步骤2具体为：
[0020]2.1)定义待测信号为u1(t)，其前沿时间为t
r
，待测信号幅值为U1；
[0021]2.2)定义D
‑
dot传感器的输出信号为u2(t)，输出信号幅值为U2；
[0022]2.3)定义D
‑
dot传感器输出信号的积分信号为u3(t)，其前沿时间为t
ro
，积分信号幅值为U3；
[0023]2.4)定义D
‑
dot传感器的前沿响应特性参数K＝t
r
/t
ro
,使得u3(t)与u1(t)的波形一致，K∈(0.99，1.0)；
[0024]2.5)定义D
‑
dot传感器的幅值刻度
[0025]进一步地，步骤3具体为：
[0026]3.1)当u1(t)为阶跃信号时，u3(t)的阶跃响应函数为H(t)：
[0027][0028][0029][0030][0031]式中，C1是D
‑
dot传感器接收电极与高压电极的电容，C2是D
‑
dot传感器接收电极与地电极的电容，L是接收电极与地电极形成回路的电感，Z为信号电缆阻抗，k1、k2、A1、A2均为H(t)的计算常数；
[0032]3.2)依据步骤3.1)，在阶跃响应函数H(t)不产生过冲和震荡时，给出关于电路参数C2、L和Z的约束关系为
[0033]L≤Z2C2/4；
[0034]3.3)根据步骤3.1)和步骤3.2)可知，当L＝Z2C2/4时，则阶跃响应函数H(t)的前沿时间t
rD
＝1.68ZC2；
[0035]3.4)根据步骤2.1)、2.3)和3.3)，得出t
r
、t...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种D
‑
dot传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定目标D
‑
dot传感器的结构参数，所述结构参数包括步骤1中所述的结构参数包括D1、D2、D3、D4、d和l，其中D1为D
‑
dot传感器接收电极(1)的直径，D2为电缆引出同轴结构外径，D3为电缆引出同轴结构内径，D4为D
‑
dot传感器的地电极(3)内径，l为D
‑
dot传感器的地电极(3)与接收电极(1)的间距，d为高压电极(4)与地电极(3)的间距；步骤2：依据待测信号，确定D
‑
dot传感器的设计指标，所述设计指标包括前沿响应特性参数K及幅值刻度k；步骤3：建立D
‑
dot传感器的设计指标与其电路参数之间的数值关系，所述电路参数包括D
‑
dot传感器接收电极(1)与高压电极(4)的电容C1，D
‑
dot传感器接收电极(1)与地电极(3)的电容C2，接收电极(1)与地电极(3)形成回路的电感L；步骤4：建立D
‑
dot传感器的电路参数与其结构参数之间的数值关系，获得结构参数；步骤5：依据步骤4获得的结构参数制作目标D
‑
dot传感器。2.根据权利要求1所述一种D
‑
dot传感器的制作方法，其特征在于，步骤2具体为：2.1)定义待测信号为u1(t)，其前沿时间为t
r
，待测信号幅值为U1；2.2)定义D
‑
dot传感器的输出信号为u2(t)，输出信号幅值为U2；2.3)定义D
‑
dot传感器输出信号的积分信号为u3(t)，其前沿时间为t
ro
，积分信号幅值为U3；2.4)定义D
‑
dot传感器的前沿响应特性参数K＝t
r
/t
ro
,使得u3(t)与u1(t)的波形一致，K∈(0.99，1.0)；2.5)定义D
‑
dot传感器的幅值刻度3.根据权利要求1或2所述一种D
‑
dot传感器的制作方法，其特征在于，步骤3具体为：3.1)当u1(t)为阶跃信号时，u3(t)的阶跃响应函数为H(t)：(t)的阶跃响应函数为H(t)：(t)的阶跃响应函数为H(t)：(t)的阶跃响应函数为H(t)：式中，C1是D
‑
dot传感器接收电极(1)与高压电极(4)的电容，C2是D
‑
dot传感器接收电极(1)与地电极(3)的电容，L是接收电极(1)与地电极(3)形成回路的电感，Z为信号电缆阻抗，k1、k2、A1、A2均为H(t)的计算常数；3.2)依据步骤3.1)，在阶跃响应函数H(t)不产生过冲和震荡时，给出关于电路参数C2、L和Z的约束关系为L≤Z2C2/4；
3.3)根据步骤3.1)和步骤3.2)可知，当L＝Z2C2/4时，则阶跃响应函数H(t)的前沿时间t
rD
＝1.68ZC2；3.4)根据步骤2.1)、2.3)和3.3)，得出t
r
、t
ro

【专利技术属性】
技术研发人员：罗维熙，呼义翔，尹佳辉，张信军，杨实，张天洋，孙江，丛培天，陈伟，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：