專利名稱：電容分壓器線下方波響應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于脈沖高電壓測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電容分壓器線下方波響 應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，應(yīng)用于脈沖功率裝置上使用的電容分壓器的頻率響應(yīng)能力的檢測(cè)。
背景技術(shù)：
電容分壓器是脈沖功率裝置上常用的脈沖高電壓測(cè)量探頭。分壓器需要進(jìn)行標(biāo)定 以確定刻度因素和頻率響應(yīng)能力等性能參數(shù)。國軍標(biāo)GJB6367-2008《納秒級(jí)分壓器和電流 線圈的方波標(biāo)校方法》中的相關(guān)規(guī)定給出電容分壓器標(biāo)定方法為在線標(biāo)定，即電容分壓器 安裝在被測(cè)量裝置上，給被測(cè)量裝置饋入脈沖信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。在線標(biāo)定方法需要為被測(cè)量裝 置設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)饋入裝置，對(duì)于一些大型裝置的絕緣堆和傳輸線，實(shí)現(xiàn)納秒量級(jí)快前沿 方波信號(hào)的饋入存在一定的困難。并且由于測(cè)量高電壓的電容分壓器分壓比較大，會(huì)產(chǎn)生 標(biāo)定時(shí)分壓器輸出信號(hào)小，波形干擾嚴(yán)重的問題。在標(biāo)定過程中，還需要實(shí)現(xiàn)信號(hào)源與被測(cè) 量裝置的阻抗匹配，可能存在被測(cè)量裝置上的電壓低于信號(hào)源的輸出電壓以及匹配不好造 成波形畸變的問題。脈沖功率裝置上使用的電容分壓器高壓臂為結(jié)構(gòu)電容，因此刻度因素應(yīng)當(dāng)使用在 線標(biāo)定來確定。如果使用前沿為幾十至百納秒量級(jí)的信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定，解決饋入和匹配等問 題比較容易，但不能檢驗(yàn)電容分壓器對(duì)納秒量級(jí)前沿的快信號(hào)響應(yīng)能力。
發(fā)明內(nèi)容為檢驗(yàn)電容分壓器對(duì)納秒量級(jí)前沿快信號(hào)的響應(yīng)能力，本實(shí)用新型提供一種電容 分壓器線下方波響應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)信號(hào)源、射頻電纜和被標(biāo)定分壓器的匹 配，測(cè)量被標(biāo)定分壓器的輸入和輸出電壓，可以實(shí)現(xiàn)電容分壓器的方波響應(yīng)特性分析。本實(shí)用新型的電容分壓器線下方波響應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特點(diǎn)是，所述的裝置中的方 波信號(hào)源的輸出連接到輸入信號(hào)電纜的一端，輸入信號(hào)電纜的另一端與三通連接器連接。 三通連接器的另兩端分別連接源輸出信號(hào)電纜和轉(zhuǎn)接電纜的一端，源輸出信號(hào)電纜的另一 端與源輸出信號(hào)連接器連接，轉(zhuǎn)接電纜的另一端與電極連接。電極與電容分壓器之間通過 絕緣材料隔離；電容分壓器的輸出端與分壓器輸出信號(hào)電纜的一端連接，分壓器輸出信號(hào) 電纜的另一端與分壓器輸出信號(hào)連接器連接。本實(shí)用新型的電容分壓器線下方波響應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置的電路中的電極、電容分壓器 和絕緣材料形成一結(jié)構(gòu)電容。本實(shí)用新型中的方波信號(hào)源的脈沖電壓通過輸入信號(hào)電纜和匹配電阻被示波器 測(cè)試通道記錄，與輸入信號(hào)電纜連接的三通連接器將方波信號(hào)源電壓通過電極和絕緣耦合 到電容分壓器，電極與電容分壓器形成線下標(biāo)定時(shí)的高壓臂電容。分壓器輸出信號(hào)電纜連 接到示波器測(cè)試通道，記錄電容分壓器的輸出信號(hào)。三通連接器與電極之間轉(zhuǎn)接電纜的長 度為0. 5cnTl. 5cm，對(duì)應(yīng)的電長度0. 025、. 075 ns,因此對(duì)ns量級(jí)前沿的方波脈沖沒有影 響。由于線下標(biāo)定實(shí)驗(yàn)時(shí)，不改變電容分壓器的結(jié)構(gòu)，因此分壓器的分布參數(shù)及頻率響應(yīng)能力不發(fā)生改變。設(shè)計(jì)合適的電極面積以及絕緣厚度，可以使高壓臂電容的容抗遠(yuǎn)大于50 Ω，可視為高阻，因此對(duì)于通過源輸出信號(hào)電纜、匹配電阻和示波器測(cè)試通道構(gòu)成的50 Ω 回路沒有影響。同時(shí)，適當(dāng)?shù)碾姌O和絕緣也可以使電容分壓器輸出電壓幅值合適，滿足了電 容分壓器的方波標(biāo)定的需求。本實(shí)用新型可以解決電容分壓器在一些大型裝置絕緣堆和傳輸線上在線標(biāo)定時(shí) 出現(xiàn)的饋入信號(hào)畸變問題，通過電容分壓器的線下標(biāo)定能夠檢驗(yàn)電容分壓器對(duì)納秒量級(jí)前 沿快信號(hào)的響應(yīng)能力。標(biāo)定時(shí)，由于與負(fù)載電阻回路并聯(lián)的電容分壓器的電抗很高，方波信 號(hào)源的等效負(fù)載為50 Ω，直接實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配而無需使用阻抗變換器，結(jié)構(gòu)簡單且避免了 由于阻抗失配造成的信號(hào)畸變問題。由于線下標(biāo)定時(shí)電容分壓器的輸出電壓由電極面積和 絕緣厚度決定，設(shè)計(jì)合適的尺寸可以得到百毫伏量級(jí)的輸出電壓，因此提高了信噪比，能夠 解決標(biāo)定時(shí)的干擾問題。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例得到的波形效果圖。圖中，1.方波信號(hào)源 2.輸入信號(hào)電纜 3.三通連接器 4.源輸出 信號(hào)電纜 5.源輸出信號(hào)連接器 6.轉(zhuǎn)接電纜 7.電極 8.絕緣材料 9.電容分壓器 10.分壓器輸出信號(hào)電纜 11.分壓器輸出信號(hào)連接器 21.高 壓臂電容 22.對(duì)地電容 31.匹配電阻 32.積分電路 33.示波器測(cè)試通 道I 34.示波器測(cè)試通道II。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 實(shí)施例圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖1中可以看出，本實(shí)用新型的本實(shí)用新型的 電容分壓器線下方波響應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置中，方波信號(hào)源1的輸出連接到輸入信號(hào)電纜2的一端。 輸入信號(hào)電纜2的另一端與三通連接器3連接。三通連接器3的另兩端分別與連接源輸出 信號(hào)電纜4的一端和轉(zhuǎn)接電纜6的一端連接。源輸出信號(hào)電纜4的另一端與源輸出信號(hào)連 接器5連接，轉(zhuǎn)接電纜6的另一端與電極7連接。電極7與電容分壓器9之間通過絕緣材 料8隔離，電容分壓器9的輸出端與分壓器輸出信號(hào)電纜10的一端連接，分壓器輸出信 號(hào)電纜10的另一端與分壓器輸出信號(hào)連接器11連接。本實(shí)施例中轉(zhuǎn)接電纜6長度為1厘 米。圖2為本實(shí)用新型中的電路原理圖。從圖2中可看出，本實(shí)用新型中方波信號(hào)源 1的脈沖輸出電壓通過輸入信號(hào)電纜2后連接到兩個(gè)并聯(lián)的回路。一個(gè)回路是由波阻抗為 50 Ω的源輸出信號(hào)電纜4，以及電阻值為50 Ω的匹配電阻31和示波器測(cè)試通道133組 成。由于這個(gè)回路是50 Ω匹配的，因此示波器測(cè)試通道133所記錄的波形是方波信號(hào)源 1的脈沖輸出電壓，即電容分壓器的輸入電壓。另一個(gè)回路是電容分壓器9及其輸出回路，包括分壓器輸出信號(hào)電纜10、積分電路32以及示波器測(cè)試通道1134，示波器測(cè)試通道1134 得到電容分壓器的輸出電壓。在圖2中，電容分壓器9用高壓臂電容21和對(duì)地電容22替 代表示。高壓臂電容21是電容分壓器9與絕緣材料8和電極7形成的結(jié)構(gòu)電容。當(dāng)設(shè)置 電極7的面積以及絕緣材料8的厚度為合適值，使高壓臂電容21的容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1 kQ，則 該回路對(duì)通過源輸出信號(hào)電纜4的另一個(gè)并聯(lián)回路沒有影響。根據(jù)高壓臂電容21與積分 電路32的數(shù)值計(jì)算電容分壓器9的分壓比，可以得到幅值和信噪比合適的輸出電壓。對(duì)比 電容分壓器9的輸入和輸出電壓可以實(shí)現(xiàn)電容分壓器9的方波響應(yīng)分析。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例得到的波形效果圖。本實(shí)施例中方波信號(hào)源采用惠普公 司生產(chǎn)的型號(hào)為HP8114A的產(chǎn)品。圖3中上方波形為源輸出信號(hào)波形；中間和下方的波形 為本實(shí)用新型連接不同的電容分壓器時(shí)得到的分壓器輸出波形，波形圖的橫坐標(biāo)為20 ns/ 格。中間的輸出波形與源輸出信號(hào)波形一致，表明電容分壓器方波響應(yīng)合格；下方的輸出波 形與源輸出信號(hào)波形不一致，表明電容分壓器方波響應(yīng)不合格。通過本實(shí)用新型可以檢驗(yàn) 電容分壓器對(duì)納秒量級(jí)前沿快信號(hào)的響應(yīng)能力。以上對(duì)本實(shí)用新型的詳細(xì)描述是按照電容分壓器9為外積分式，且連接積分電路 32的方式進(jìn)行的?？梢韵氲?，如果分壓器輸出信號(hào)連接器11連接是匹配電阻，記錄波形后 使用數(shù)值積分的方式得到電容分壓器的輸出電壓，或者電容分壓器9為自積分式電容分壓 器，分壓器輸出信號(hào)連接器11連接匹配電阻的直接得到電容分壓器的輸出電壓等方式，也 在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種電容分壓器線下方波響應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的裝置中的方波信號(hào)源(1)的輸出連接到輸入信號(hào)電纜(2)的一端，輸入信號(hào)電纜(2)的另一端與三通連接器(3)連接；三通連接器(3)的另兩端分別連接源輸出信號(hào)電纜(4)和轉(zhuǎn)接電纜(6)的一端，源輸出信號(hào)電纜(4)的另一端與源輸出信號(hào)連接器(5) 連接，轉(zhuǎn)接電纜(6)的另一端與電極(7)連接；電極 (7)與電容分壓器(9)之間通過絕緣材料(8)隔離；電容分壓器(9)的輸出端與分壓器輸出信號(hào)電纜(10)的一端連接，分壓器輸出信號(hào)電纜(10)的另一端與分壓器輸出信號(hào)連接器(11)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容分壓器線下方波響應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的轉(zhuǎn)接 電纜(6)的長度為0.5 cm 1.5cm。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種電容分壓器線下方波響應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型中的方波信號(hào)源的輸出連接到輸入信號(hào)電纜的一端，輸入信號(hào)電纜的另一端與三通連接器連接。三通連接器的另兩端分別連接源輸出信號(hào)電纜和短電纜的一端，源輸出信號(hào)電纜的另一端與源輸出信號(hào)連接器連接，短電纜的另一端與電極連接，電極與電容分壓器之間通過絕緣材料隔離。電容分壓器的輸出端與分壓器輸出信號(hào)電纜的一端連接，分壓器輸出信號(hào)電纜的另一端與分壓器輸出信號(hào)連接器連接。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)信號(hào)源、射頻電纜和被標(biāo)定分壓器的匹配，測(cè)量被標(biāo)定分壓器的輸入和輸出電壓，可以實(shí)現(xiàn)電容分壓器的方波響應(yīng)特性分析。
文檔編號(hào)G01R15/06GK201725026SQ20102025198
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者豐樹平, 仇旭, 付佳斌, 衛(wèi)兵, 卿燕玲, 楊禮兵 申請(qǐng)人:中國工程物理研究院流體物理研究所