[發明專利]一種小間隙放電時延測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201510086930.8
• 申請日: 2015-02-17
• 公開（公告）號: CN104698352B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 萬發雨;周蓓;曹慧霞;馮超超;安蘇生
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司32206
• 代理人: 顧進,葉涓涓

技術領域

本發明屬于靜電放電技術領域，涉及一種放電時延測量裝置，尤其是涉及一種小間隙放電時延測量裝置。

背景技術

靜電放電(Electrostatic Discharge)是指具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉移。靜電的來源是多方面的，如人體、塑料制品、有關的儀器設備以及電子元器件本身。靜電放電對電氣電子設備的危害是非常嚴重的，會造成設備性能下降或出現故障。靜電放電領域，電壓在幾千伏甚至幾百伏的低電壓放電經常發生。大部分情況下的靜電放電會將電流注入接地部分。然而航空航天、工業生產以及消費類電子產品中存在大量的間隙，間隙的一端接信號線，另一端接地,中間為空氣，最常見的如PCB間隙。當帶電體觸碰電子產品時會產生一次放電，間隙兩端會積累電荷從而產生電壓差，就有可能帶來二次放電。放電的時延會導致間隙兩端的電壓差遠超過擊穿電壓從而導致更大的放電的峰值電流和較小的上升時間。由于二次放電發生在電子系統內部，很可能導致設備發生故障甚至損毀(比如引起集成電路的死鎖)。因此研究放電的時延非常有必要，因而需要對時延進行測量。

放電時延(如圖1電壓從V_o上升到V_p所需時間)只有幾納秒至幾毫秒，時延的精確測量是非常困難的。然而間隙兩端的電壓難以測量，故通過檢測兩次放電電流的時間差來對放電時延進行測量。當兩次放電電流的時間差較大時，如圖2，放電起始點可分辨，此時時延較易測量，但當時間差小于10ns時，如圖3,一次和二次放電電流混疊在一起，二次放電起始點難以確定，這就使精確地測量放電時延異常困難。有關典型幾何形狀(間隙距離為幾毫米，電壓低于20kV)的放電時延的測量目前尚無相關文獻記載。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種放電時延的測量裝置及相應的測量方法，能夠精確地測量小間隙之間的放電二次擊穿時延。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種小間隙放電時延測量裝置，包括放電形成組件、放電測量組件和計算機，所述放電形成組件包括高壓電源、繼電器、電容、電極和接地塊，所述電極和接地塊之間存在間隙；所述放電測量組件包含兩條測量通道和示波器，其中第一通道包括電流探頭，第二通道包括光纖和光電轉換器；所述計算機分別與繼電器、高壓電源和示波器相連，計算機能夠控制高壓電源為電容充電，計算機還能向繼電器線圈發送電信號從而控制繼電器開關的開閉；所述電容通過繼電器開關與電極相連，所述電流探頭夾持在電極上、用于測量間隙的電流，所述電流探頭將接收到的電流信號傳輸給示波器；所述光纖放置于間隙中，所述光電轉換器通過光纖接收間隙中產生的光信號，所述光電轉換器將光信號轉化為電信號后傳輸給示波器，所述示波器將接收到信號傳輸至計算機中，計算機根據示波器中顯示的波形圖提取相應的參數來計算間隙的放電時延。

進一步的，所述示波器置于法拉第籠內。

進一步的，所述第一通道與第二通道之間無耦合。

進一步的，所述電流探頭通過電纜與示波器相連。

進一步的，所述光電轉換器通過電纜與示波器相連。

進一步的，所述電極為鋁棒，可更換為其它任何金屬材料。

一種小間隙放電時延測量方法，包括如下步驟：

步驟A，高壓電源為電容充電；

步驟B，電容為間隙充電，電流探頭采集間隙產生的電流并將電信號傳輸至示波器中；

步驟C，放電產生，光電轉換器采集間隙中產生的光信號并將其轉換為電信號后傳輸至示波器中，電流探頭采集間隙產生的放電電流并傳輸至示波器中；

步驟D，計算機根據示波器中的波形圖采集所需時間參數T₁、T₂、T_光后通過下述步驟計算得到放電時延：

(a)當時延較大T₂可讀取時，由下式可得放電時延：

T_時延＝T₂-T₁-t₀；

或先由下式得到第一通道與第二通道之間信號傳輸的時間差t_延遲：

t_延遲＝T_光-T₂，

再通過下式計算得出放電時延：

T_時延＝T_光-T₁-t_延遲-t₀；