[發(fā)明專利]一種獨(dú)立式微分-積分高壓探頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310721620.X
• 申請(qǐng)日: 2013-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN103743926A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆克平;鄧官壘;劉振;黃逸凡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R1/00
• 分類號(hào): G01R1/00
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種獨(dú)立式微分-積分高壓探頭。

背景技術(shù)

脈沖功率技術(shù)是將能量在空間和時(shí)間上進(jìn)行壓縮，在極短的時(shí)間內(nèi)釋放大量的能量，以產(chǎn)生特定的物理或化學(xué)效應(yīng)。其中對(duì)于高壓電脈沖信號(hào)的測(cè)量診斷，是非常重要的一環(huán)，其對(duì)于脈沖系統(tǒng)的輸出特性、運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)等有重要意義。

高壓探頭實(shí)質(zhì)上是一個(gè)信號(hào)衰減器，對(duì)輸入的高壓信號(hào)進(jìn)行衰減，使衰減后的信號(hào)處于示波器的耐受電壓范圍內(nèi)。當(dāng)衰減器對(duì)于各個(gè)頻段的衰減比一致，那么衰減后的信號(hào)波形乘以衰減比，即可準(zhǔn)確還原輸入的高壓信號(hào)。評(píng)價(jià)高壓探頭性能的標(biāo)準(zhǔn)，就是能否在被測(cè)量的頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)一致的信號(hào)衰減比。

常用的高壓探頭有電阻分壓器、電容分壓器、微分-積分系統(tǒng)。顧名思義，微分-積分系統(tǒng)包含兩個(gè)部分，微分單元（亦有稱為D-dot）是通過電容耦合高壓信號(hào)到傳輸線，采集得到的信號(hào)是對(duì)高壓信號(hào)進(jìn)行微分之后的低壓信號(hào)，經(jīng)過傳輸線傳至示波器前，經(jīng)過積分器對(duì)微分信號(hào)還原，即可得到經(jīng)過衰減而波形與高壓信號(hào)一致的信號(hào)。

微分單元因?yàn)槭峭ㄟ^電容耦合所測(cè)信號(hào)，其高頻響應(yīng)佳。一般微分單元采用探測(cè)電極同所測(cè)的高壓電極耦合的電容作為采樣電容，因此微分單元一般是集成在脈沖系統(tǒng)內(nèi)的。但同時(shí)某些場(chǎng)合更希望采用脫離系統(tǒng)的獨(dú)立形式的電壓探頭，其應(yīng)用更為靈活。這種獨(dú)立形式的電壓探頭，一般采用電阻分壓、電容分壓聯(lián)合的形式，利用電阻分壓采集直流和低頻信號(hào)，利用電容采集高頻信號(hào)。市場(chǎng)上現(xiàn)有的可以對(duì)ns/μs高壓脈沖進(jìn)行測(cè)量的獨(dú)立式探頭主要有Tektronix公司的P6015A高壓探頭（直流20kV，脈沖40kV），Northstar公司的PVM-5高壓探頭（最高直流60kV，脈沖100kV）；其中PVM-5是市場(chǎng)上量程最大的獨(dú)立式電壓探頭，但對(duì)于所測(cè)量的電壓幅值在100kV以上的應(yīng)用環(huán)境，其耐壓等級(jí)仍不夠高存在局限。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種獨(dú)立式微分-積分高壓探頭，其耐壓等級(jí)能達(dá)到200kV以上，且結(jié)構(gòu)緊湊體積小。

一種獨(dú)立式微分-積分高壓探頭，包括通過同軸電纜相連的高壓微分器和低壓積分器；所述的高壓微分器用于對(duì)高壓信號(hào)進(jìn)行微分，并將得到的微分信號(hào)通過同軸電纜傳輸給低壓積分器；所述的低壓積分器用于對(duì)微分信號(hào)進(jìn)行積分還原得到與高壓信號(hào)等比的低壓信號(hào)，供示波器讀取。

所述的高壓微分器為同軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其包括屏蔽支架、一杯狀的采樣電極和一棒狀的高壓電極；所述的采樣電極設(shè)于屏蔽支架內(nèi)，所述的高壓電極一端與外部電壓源的高壓端相連，另一端插入采樣電極的杯體內(nèi)且通過絕緣子與采樣電極隔離；采樣電極與同軸電纜一端的內(nèi)層導(dǎo)體相連，屏蔽支架與外部電壓源的低壓端以及同軸電纜一端的外層導(dǎo)體相連；

所述的低壓積分器也為同軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其包括殼體以及安裝于殼體內(nèi)的積分電容、積分電阻和阻抗匹配器；所述的積分電容采用軸對(duì)稱的穿心電容，其穿心導(dǎo)體的一端與外部示波器BNC（刺刀螺母連接器）接口的插針相連，另一端與積分電阻的一端相連，穿心電容的接地極與殼體相連接；所述的阻抗匹配器由n個(gè)匹配電阻構(gòu)成，n個(gè)匹配電阻并聯(lián)后一端與殼體相連，另一端與積分電阻的另一端相連并接同軸電纜另一端的內(nèi)層導(dǎo)體；所述的殼體與同軸電纜另一端的外層導(dǎo)體和外部示波器BNC接口的插殼相連；n為大于0的自然數(shù)。

所述的采樣電極杯體底部表面為球狀且通過絕緣體與屏蔽支架固定支撐。

所述的高壓電極整體被包裹于絕緣子中，其兩端表面為球狀且與電壓源相連的一端出頭。

優(yōu)選地，所述的絕緣子露出采樣電極杯體外的部分為多層凸盤狀結(jié)構(gòu)；能夠避免沿面放電。

優(yōu)選地，所述的屏蔽支架上布置有屏蔽網(wǎng)；能夠避免外部的電磁耦合干擾。

優(yōu)選地，所述的n個(gè)匹配電阻環(huán)繞綁定于積分電阻四周；能夠減小回路電感，獲得良好的高頻響應(yīng)。

所述的n個(gè)匹配電阻并聯(lián)后的阻值與同軸電纜的阻抗相匹配。

所述的屏蔽支架底部設(shè)有與同軸電纜配合的BNC接頭，該BNC接頭的插針一端與采樣電極相連，另一端與同軸電纜一端的內(nèi)層導(dǎo)體相連，該BNC接頭的插殼與屏蔽支架和同軸電纜一端的外層導(dǎo)體相連接。

所述的殼體一端設(shè)有與同軸電纜配合的BNC接頭，該BNC接頭的插針一端與積分電阻的另一端相連，插針另一端與同軸電纜另一端的內(nèi)層導(dǎo)體相連，該BNC接頭的插殼與殼體和同軸電纜另一端的外層導(dǎo)體相連接。