專利名稱：智能脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖發(fā)生器。特別是涉及一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)便、靈活，低成本， 智能化，不易受干擾的智能脈沖發(fā)生器。
背景技術(shù)：
作為一種高壓脈沖發(fā)生裝置，Marx (馬克思脈沖)發(fā)生器工作時(shí)產(chǎn)生的電磁脈沖會(huì) 嚴(yán)重干擾控制電路的正常工作，因此傳統(tǒng)Marx發(fā)生器的自動(dòng)化水平低下，控制系統(tǒng)復(fù)雜， 需要對(duì)控制系統(tǒng)采取特殊的屏蔽措施。如何避免電磁脈沖的干擾，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)較好的控制效果，成為Marx發(fā)生器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要難題。大功率Marx發(fā)生器是高壓脈沖實(shí)驗(yàn)中的常用設(shè)備，由于它在工作過程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng) 的電磁干擾，所以對(duì)于其控制系統(tǒng)抗干擾能力要求很高， 一般都會(huì)采用抗干擾能力強(qiáng)的 光纖作為控制信號(hào)的傳輸介質(zhì)，但是其成本較高；其脈沖檢測(cè)系統(tǒng)在強(qiáng)電磁干擾作用下， 設(shè)計(jì)起來也比較復(fù)雜，對(duì)于檢測(cè)設(shè)備的性能要求也比較高。對(duì)于小型的Marx發(fā)生器，作 為其它設(shè)備的組成部分，其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)受成本和設(shè)備本身智能程度限制，不宜采用 傳統(tǒng)的控制方法和控制設(shè)備，因此設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單、智能、不易受干擾而且廉價(jià)的Marx發(fā) 生器控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出了一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)便、靈活，低成本， 智能化，不易受干擾的智能脈沖發(fā)生器。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種智能脈沖發(fā)生器，包括有脈沖發(fā)生電路，還設(shè)置 有控制電路，用于接收脈沖發(fā)生電路的信號(hào)，并根據(jù)所接收的信號(hào)發(fā)出對(duì)脈沖發(fā)生電 路進(jìn)行控制的激光信號(hào)；觸發(fā)電路，用于接收控制電路所發(fā)出的對(duì)脈沖發(fā)生電路進(jìn)行控 制的激光信號(hào)，并使脈沖發(fā)生電路處于導(dǎo)通工作狀態(tài)。所述的控制電路包括有接收脈沖發(fā)生電路所發(fā)出的電磁波信號(hào)的感應(yīng)天線，與感應(yīng) 天線相連的單片機(jī)，以及與單片機(jī)相連的控制輸出，其中，所述的感應(yīng)天線的一端接收 脈沖發(fā)生電路所發(fā)出的電磁波信號(hào)，另一端與單片機(jī)的PTA2腳相連接；所述的控制輸出 是由激光二極管D和光敏三極管Q組成，所述的激光二極管D的正極連接單片機(jī)的PTA1 腳，負(fù)極接VSS，光敏三極管Q接收激光二極管D的激光信號(hào)，并通過集電極與觸發(fā)電路 相連向其輸出控制信號(hào)，光敏三極管Q的發(fā)射極接地。所述的觸發(fā)電路包括有繼電器KM1、大功率晶體管Ql和行輸出變壓器T，其中，繼 電器KM1線圈的一端連接控制電路中的光敏三極管Q的集電極，接收控制信號(hào)，另一端 連接24V電源；繼電器KM1的開關(guān)Kl 一端連接一個(gè)獨(dú)立于控制電路的24V電源，另一端 連接行輸出變壓器T輸入端的6腳；大功率晶體管Q1的發(fā)射極接地，集電極連接行輸出 變壓器T輸入端的7腳，基極通過電阻R1連接行輸出變壓器T輸入端的5腳；行輸出變 壓器T輸出端的8腳為輸出端，通過高壓硅堆D1連接脈沖發(fā)生電路，行輸出變壓器T輸 出端的4腳接地。所述的脈沖發(fā)生電路是采用ikforx發(fā)生器，具體是由多數(shù)個(gè)相同的電容C并聯(lián)連接， 在每?jī)蓚€(gè)電容C的各相并聯(lián)端之間都接有一個(gè)阻值大于2MQ的電阻R，在每?jī)蓚€(gè)電容C 的尾首之間都通過放電球隙相連；所述的脈沖發(fā)生電路的輸入端連接觸發(fā)電路的輸出端， 輸出端構(gòu)成放電終端，對(duì)地進(jìn)行脈沖放電，產(chǎn)生的電脈沖向控制電路發(fā)出電磁波信號(hào)。本發(fā)明的智能脈沖發(fā)生器，是用簡(jiǎn)單的電路和元器件做出的價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的 Afarx發(fā)生器。通過單片機(jī)、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在一定范圍內(nèi)檢測(cè)并控制7kforx發(fā)生器 產(chǎn)脈沖的次數(shù)，滿足實(shí)際使用中的需要。實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)在強(qiáng)電磁脈沖的影響下對(duì)Mwx發(fā) 生器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)放電脈沖可控性，為進(jìn)一步對(duì)高壓脈沖磁場(chǎng)特性的研究和利用提供 了設(shè)備基礎(chǔ)。


圖l是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是觸發(fā)電路的電路原理圖； 圖3是脈沖發(fā)生電路的電路原理圖； 圖4是控制電路的電路原理圖。其中-1:觸發(fā)電路 2:脈沖發(fā)生電路3:控制電路 31感應(yīng)天線32:單片機(jī) 33:控制輸出具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的智能脈沖發(fā)生器做出詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明的智能脈沖發(fā)生器，包括有脈沖發(fā)生電路(Marx) 2，還設(shè)置有 控制電路3，用于接收脈沖發(fā)生電路2的信號(hào)，并根據(jù)所接收的信號(hào)發(fā)出對(duì)脈沖發(fā)生電路 2進(jìn)行控制的激光信號(hào)；觸發(fā)電路l，用于接收控制電路3所發(fā)出的對(duì)脈沖發(fā)生電路2進(jìn) 行控制的激光信號(hào)，并使脈沖發(fā)生電路2處于導(dǎo)通工作狀態(tài)。如圖2所示，所述的觸發(fā)電路1包括有繼電器KM1、大功率晶體管Q1和行輸出變壓 器T，其中，繼電器KM1線圈的一端連接控制電路3中的光敏三極管Q的集電極，接收控 制信號(hào)C，另一端連接24V電源；繼電器KM1的開關(guān)Kl 一端連接一個(gè)獨(dú)立于控制電路的
24V電源，另一端連接行輸出變壓器T輸入端的6腳；大功率晶體管Ql的發(fā)射極接地， 集電極連接行輸出變壓器T輸入端的7腳，基極通過電阻Rl連接行輸出變壓器T輸入端 的5腳；行輸出變壓器T輸出端的8腳為輸出端HV，通過高壓硅堆Dl連接脈沖發(fā)生電路 2，行輸出變壓器T輸出端的4腳接地。行輸出變壓器T的原邊可等效為鐵氧體磁芯線圈，它比普通電感線圈有更高的電感 量和品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)繼電器KM1的開關(guān)K1閉合時(shí)，行輸出變壓器T的6腳接通24/10A直 流電源，電流由6腳流向5腳，此時(shí)大功率晶體管Q1導(dǎo)通，在導(dǎo)通的瞬間，行輸出變壓 器T的7腳相當(dāng)于接地，電勢(shì)變?yōu)?， 5腳與7腳之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向與原來相反的很大 的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電流由5腳流向7腳。此時(shí)，大功率晶體管Q1截止，7腳電位升高而5 腳降低,所以電流又由7腳流向5腳，此時(shí)大功率晶體管Ql再次導(dǎo)通，以上過程重復(fù)進(jìn) 行，那么大功率晶體管一會(huì)兒導(dǎo)通， 一會(huì)兒截止，相當(dāng)于從行輸出變壓器T的5腳、7 腳輸入了方波信號(hào)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，行輸出變壓器T輸出端產(chǎn)生高壓，經(jīng)過高壓硅 堆整流，最終就會(huì)產(chǎn)生比較穩(wěn)定的直流高電壓，提供給脈沖發(fā)生電路2。如圖3所示，所述的脈沖發(fā)生電路2采用il/『;c (馬克思脈沖)發(fā)生器，是由多數(shù)個(gè) 相同的電容C并聯(lián)連接，在每?jī)蓚€(gè)電容C的各相并聯(lián)端之間都接有一個(gè)阻值大于2MQ的 電阻R，在每?jī)蓚€(gè)電容C的尾首之間都通過放電球隙g相連；所述的脈沖發(fā)生電路2的輸 入端連接觸發(fā)電路l的輸出端HV，輸出端構(gòu)成放電終端，對(duì)地進(jìn)行脈沖放電，產(chǎn)生的電 脈沖向控制電路3發(fā)出電磁波信號(hào)FD。i/a^發(fā)生器的基本原理是使電容C并聯(lián)充電，再串聯(lián)放電，從而實(shí)現(xiàn)電壓的倍增。 當(dāng)所加電壓為+ Z/F時(shí)，因?yàn)槌跏紩r(shí)放電球隙g并未被擊穿，故而斷路。所有的電容C并聯(lián)在電源兩側(cè)。對(duì)于每一個(gè)電容(:而言，如果充滿電，其兩端的電勢(shì)差為+//^。當(dāng)在+/^^的電壓作用下第一級(jí)放電球隙g擊穿后，如圖2，①②兩點(diǎn)相當(dāng)于導(dǎo)線連接，②處的電勢(shì) 瞬時(shí)變化到和①相同，即從0變?yōu)? /^;③與②的電勢(shì)差為+HV，故而③處電勢(shì)變?yōu)?+ 緊接著第二個(gè)放電球隙g擊穿，④處電勢(shì)由0變?yōu)? 2Z/r，⑤處變?yōu)? 37/r…依此類推，經(jīng)過w次升壓，在放電終端，電壓升高為+ w/ZF。從而在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn) 了電壓的倍增。而且，因?yàn)閳D中電阻R的阻值很大，為MQ級(jí)，可以起到很好的隔離作 用，使相鄰各點(diǎn)之間的電勢(shì)不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)相互影響。如圖4所示，所述的控制電路3包括有接收脈沖發(fā)生電路2所發(fā)出的電磁波信號(hào)的 感應(yīng)天線31，與感應(yīng)天線31相連的單片機(jī)32，以及與單片機(jī)32相連的控制輸出33，其 中，所述的感應(yīng)天線31的一端接收脈沖發(fā)生電路2所發(fā)出的電磁波信號(hào)FD，另一端與單 片機(jī)32的PTA2腳相連接；所述的控制輸出33是由激光二極管D和光敏三極管Q組成， 所述的激光二極管D的正極連接單片機(jī)32的PTA1腳，負(fù)極接VSS，光敏三極管Q接收激 光二極管D的激光信號(hào)，并通過集電極與觸發(fā)電路1相連向其輸出控制信號(hào)C，光敏三極 管Q的發(fā)射極接地。Marx發(fā)生器在放電的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁脈沖，對(duì)單片機(jī)32具有很強(qiáng)的影響作用，根
據(jù)這一理論，可以利用單片機(jī)32感應(yīng)Marx發(fā)生器放電時(shí)產(chǎn)生的電磁脈沖信號(hào)。為了效 果明顯，在單片機(jī)32的PTA2腳連接一個(gè)電感線圈來感受電磁波(如圖3中的感應(yīng)天線 31)。當(dāng)2的放電終端有電弧產(chǎn)生時(shí)，同時(shí)發(fā)出的強(qiáng)電磁波通過PTA2連接的感應(yīng)天線31， 感應(yīng)天線31將電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸送到單片機(jī)32，觸發(fā)單片機(jī)32的內(nèi)部中斷， 啟動(dòng)相應(yīng)的程序，開始執(zhí)行相應(yīng)的操作。單片機(jī)32輸出端連接一個(gè)紅色半導(dǎo)體激光二極管D。當(dāng)輸出低電平時(shí)，紅色激光二 極管D就會(huì)發(fā)出激光，利用激光觸發(fā)光敏三極管Q,通過光敏三極管Q的通斷變化影響觸 發(fā)電路1中的繼電器KM1。繼電器開關(guān)K1是控制Marx發(fā)生器工作的總開關(guān)，處在常開狀態(tài)，脈沖發(fā)生電路2 不工作。當(dāng)光敏三極管Q接收到激光二極管D發(fā)出的激光信號(hào)時(shí)，激光二極管D由截止 狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)竭狀態(tài)，繼電器線圈有電流流過，繼電器開關(guān)K1進(jìn)入閉合狀態(tài)，脈沖發(fā)生電 路2工作。同理當(dāng)激光消失，開關(guān)恢復(fù)到常開狀態(tài)。脈沖發(fā)生電路2再次停止工作工作本發(fā)明的智能脈沖發(fā)生器，正常工作時(shí)首先通過單片機(jī)的控制板輸入相應(yīng)的參數(shù)， 當(dāng)按動(dòng)啟動(dòng)按鍵后，紅色激光二極管就會(huì)點(diǎn)亮，在其作用下觸發(fā)電路導(dǎo)通，系統(tǒng)進(jìn)入工 作狀態(tài)。首先看到Marx發(fā)生器的放電球隙逐級(jí)被擊穿，最后到放電尖端有一個(gè)5cm長(zhǎng)的 電弧。每出現(xiàn)一次電弧，單片機(jī)依靠感應(yīng)電磁脈沖計(jì)數(shù)一次，同時(shí)數(shù)碼管的顯示數(shù)字就 會(huì)自動(dòng)加1，直到放電次數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)，紅色激光二極管就會(huì)熄滅，系統(tǒng)停止工作。Marx 發(fā)生器停止放電，工作完畢。
權(quán)利要求
1. 一種智能脈沖發(fā)生器，包括有脈沖發(fā)生電路(2)，其特征在于，還設(shè)置有控制電路(3)，用于接收脈沖發(fā)生電路(2)的信號(hào)，并根據(jù)所接收的信號(hào)發(fā)出對(duì)脈沖發(fā)生電路(2)進(jìn)行控制的激光信號(hào)；觸發(fā)電路(1)，用于接收控制電路(3)所發(fā)出的對(duì)脈沖發(fā)生電路(2)進(jìn)行控制的激光信號(hào)，并使脈沖發(fā)生電路(2)處于導(dǎo)通工作狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述的控制電路(3)包 括有接收脈沖發(fā)生電路(2)所發(fā)出的電磁波信號(hào)的感應(yīng)天線(31)，與感應(yīng)天線(31) 相連的單片機(jī)(32)，以及與單片機(jī)(32)相連的控制輸出(33)，其中，所述的感應(yīng) 天線(31)的一端接收脈沖發(fā)生電路(2)所發(fā)出的電磁波信號(hào)(FD)，另一端與單片機(jī)(32)的PTA2腳相連接；所述的控制輸出(33)是由激光二極管D和光敏三極管Q組成， 所述的激光二極管D的正極連接單片機(jī)(32)的PTA1腳，負(fù)極接VSS，光敏三極管Q接 收激光二極管D的激光信號(hào)，并通過集電極與觸發(fā)電路(1)相連向其輸出控制信號(hào)(C)， 光敏三極管Q的發(fā)射極接地。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述的觸發(fā)電路(1)包 括有繼電器KM1、大功率晶體管Q1和行輸出變壓器T，其中，繼電器KM1線圈的一端連 接控制電路(3)中的光敏三極管Q的集電極，接收控制信號(hào)(C)，另一端連接24V電 源；繼電器KM1的開關(guān)Kl 一端連接一個(gè)獨(dú)立于控制電路的24V電源，另一端連接行輸出 變壓器T輸入端的6腳；大功率品體管Q1的發(fā)射極接地，集電極連接行輸出變壓器T輸 入端的7腳，基極通過電阻R1連接行輸出變壓器T輸入端的5腳；行輸出變壓器T輸出 端的8腳為輸出端，通過高壓硅堆D1連接脈沖發(fā)生電路(2)，行輸出變壓器T輸出端 的4腳接地。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述的脈沖發(fā)生電路(2) 是采用A/w;c發(fā)生器，具體是由多數(shù)個(gè)相同的電容C并聯(lián)連接，在每?jī)蓚€(gè)電容C的各相并 聯(lián)端之間都接有一個(gè)阻值大于2MQ的電阻R，在每?jī)蓚€(gè)電容C的尾首之間都通過放電球 隙(g)相連；所述的脈沖發(fā)生電路(2)的輸入端連接觸發(fā)電路(1)的輸出端(HV)， 輸出端構(gòu)成放電終端，對(duì)地進(jìn)行脈沖放電，產(chǎn)生的電脈沖向控制電路(3)發(fā)出電磁波信 號(hào)(FD)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種智能脈沖發(fā)生器，包括有脈沖發(fā)生電路和控制電路，用于接收脈沖發(fā)生電路的信號(hào)，并根據(jù)所接收的信號(hào)發(fā)出對(duì)脈沖發(fā)生電路進(jìn)行控制的激光信號(hào)；觸發(fā)電路，用于接收控制電路所發(fā)出的對(duì)脈沖發(fā)生電路進(jìn)行控制的激光信號(hào)，并使脈沖發(fā)生電路處于導(dǎo)通工作狀態(tài)?？刂齐娐酚薪邮彰}沖發(fā)生電路所發(fā)出的電磁波信號(hào)的感應(yīng)天線，與感應(yīng)天線相連的單片機(jī)，以及與單片機(jī)相連的控制輸出。觸發(fā)電路有繼電器KM1、大功率晶體管Q1和行輸出變壓器T。脈沖發(fā)生電路是采用Marx發(fā)生器。本發(fā)明構(gòu)成價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的Marx發(fā)生器。實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)在強(qiáng)電磁脈沖的影響下對(duì)Marx發(fā)生器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)放電脈沖可控性，為進(jìn)一步對(duì)高壓脈沖磁場(chǎng)特性的研究和利用提供了設(shè)備基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01R1/00GK101398443SQ20081015286
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者叢云翔, 輝 李, 牟奎霖, 亮 高, 高圣偉 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)