一種用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)，包括光纖采光頭、采集傳輸光纖、光電檢測處理單元，光纖采光頭安裝于采集傳輸光纖前端，采集傳輸光纖安裝于光電檢測處理單元前端，光電檢測處理單元連接至高壓系統(tǒng)，高壓系統(tǒng)為大功率微波源供電；本系統(tǒng)基于擊穿光物理特性診斷，設(shè)計(jì)了針對傳輸鏈路易擊穿位置的快速光電檢測和處理判決，光纖采光頭將采集的擊穿光信號經(jīng)采集傳輸光纖傳輸?shù)焦怆姍z測處理單元，通過光電轉(zhuǎn)換和處理判斷，當(dāng)光脈沖幅值超過比較閾值時(shí)，則送出保護(hù)光信號以及時(shí)關(guān)斷高壓系統(tǒng)，在大功率微波發(fā)生空氣擊穿初期實(shí)現(xiàn)微秒級的快速響應(yīng)，提高了傳統(tǒng)光電檢測保護(hù)的有效性，最大限度地保證大功率微波系統(tǒng)的安全。
【專利說明】
一種用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及大功率微波技術(shù)，特別是一種用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率微波廣泛應(yīng)用于電子通信、等離子體加熱、受控?zé)岷司圩?、工業(yè)材料處理等領(lǐng)域，具有重要的應(yīng)用前景。大功率微波源主要由高壓電源提供初級能源，固態(tài)器件和電真空器件進(jìn)行微波放大，傳輸鏈路完成能量的高效傳遞。由于系統(tǒng)通常工作在高能狀態(tài)，系統(tǒng)各部分均可能發(fā)生擊穿現(xiàn)象，比如系統(tǒng)狀態(tài)不穩(wěn)定、絕緣性能下降導(dǎo)致的微波源內(nèi)部擊穿；由于強(qiáng)場、環(huán)境溫濕度不當(dāng)、負(fù)載失配等因素誘導(dǎo)的傳輸鏈路空氣擊穿。發(fā)生嚴(yán)重?fù)舸r(shí)，其熱、力的沖擊在幾十個(gè)微秒內(nèi)就可能導(dǎo)致輸出窗損壞，進(jìn)而使得系統(tǒng)崩潰或失效。
[0003]目前，通過對大功率微波源內(nèi)部的關(guān)鍵電流信號進(jìn)行采樣檢測，能夠有效減小和避免內(nèi)部擊穿現(xiàn)象。但是對于傳輸鏈路空氣擊穿現(xiàn)象，一直缺乏有效的檢測手段。由于傳輸鏈路中發(fā)生擊穿的位置隨機(jī)，擊穿光的物理特性不明確，使得基于光電檢測式的技術(shù)手段沒有取得較好的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)，基于擊穿光物理特性診斷，設(shè)計(jì)了針對傳輸鏈路易擊穿位置的快速光電檢測和處理判決，在大功率微波發(fā)生空氣擊穿初期的數(shù)微秒時(shí)間內(nèi)，切斷高壓供電，通過微秒級的快速響應(yīng)，提高了傳統(tǒng)光電檢測保護(hù)的有效性，最大限度地保證大功率微波系統(tǒng)的安全。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:包括光纖采光頭、采集傳輸光纖、光電檢測處理單元，光纖采光頭安裝于采集傳輸光纖的前端，采集傳輸光纖安裝于光電檢測處理單元的前端，光電檢測處理單元連接至高壓系統(tǒng)，高壓系統(tǒng)連接至大功率微波源;光纖采光頭從波導(dǎo)開孔處采集到的擊穿光信號經(jīng)過采集傳輸光纖傳輸?shù)焦怆姍z測處理單元，通過光電轉(zhuǎn)換和處理判斷，當(dāng)擊穿光信號的光脈沖幅值超過比較閾值時(shí)，則送出保護(hù)光信號，及時(shí)關(guān)斷高壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)保證大功率微波系統(tǒng)安全的目的。
[0006]所述擊穿光信號是通過空氣擊穿光物理特性診斷獲得，在空氣擊穿光物理特性診斷過程中可獲取傳輸鏈路中易被擊穿位置和擊穿光的物理特性。
[0007]在傳輸鏈路中，波導(dǎo)開孔觀測的位置，可選擇三相點(diǎn)和場強(qiáng)集中區(qū)域。例如:輸出窗、90°轉(zhuǎn)彎處、漸變段等位置，都屬于易發(fā)生空氣擊穿的位置。
[0008]所述波導(dǎo)開孔的孔徑稍大于光纖采光頭的外徑，同時(shí)采光端面的平整能提高采光準(zhǔn)直性和探測靈敏度;光纖采光頭的長度不介入傳輸波導(dǎo)，這樣不會(huì)對電磁波產(chǎn)生擾動(dòng)。擊穿光的物理特性分別通過光功率計(jì)、CCD式高速光譜儀、高速光電器件診斷其功率大小、光譜范圍和時(shí)域特性。
[0009]所述光纖采光頭為準(zhǔn)直型光纖采光頭。
[0010]所述采集傳輸光纖采用大芯徑紫外石英光纖，具備大的芯徑，提高采集和導(dǎo)光能力。仿真結(jié)果和試驗(yàn)測試都表明，常見的空氣擊穿光譜集中在紫外頻段，通過優(yōu)化光纖能盡量減小傳輸損耗。
[0011]所述光電檢測處理單元采用光電探測器實(shí)現(xiàn)，光電探測器的響應(yīng)帶寬和光譜范圍與獲得的擊穿光的物理特性匹配，達(dá)到最佳的探測效果。
[0012]本系統(tǒng)通過采樣比較脈沖幅值，超過閾值時(shí)則送出保護(hù)光信號，及時(shí)關(guān)閉高壓供電保證大功率微波系統(tǒng)的安全。為了提高檢測判斷的準(zhǔn)確性和有效性，一方面需要通過后續(xù)的信號處理，排除鏈路中背景光的影響，還要設(shè)置合理的判決機(jī)制和提高電磁兼容效果，減小系統(tǒng)環(huán)境影響以降低誤保護(hù)概率。
[0013]本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明是基于光電檢測實(shí)現(xiàn)對大功率微波源鏈路的空氣擊穿檢測保護(hù)，相比于傳統(tǒng)檢測方案，經(jīng)過試驗(yàn)多次驗(yàn)證，具有較高的準(zhǔn)確性和有效性，能在數(shù)微秒的時(shí)間內(nèi)快速切斷高壓系統(tǒng)，能夠適用于各種頻段的大功率微波系統(tǒng)，具備普適性。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的大功率微波空氣擊穿的快速檢測保護(hù)系統(tǒng)示意圖。
[0015]圖中，附圖標(biāo)記為:光纖采光頭，2采集傳輸光纖，3光電檢測處理單元。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示，首先利用根據(jù)大功率微波源傳輸鏈路的特點(diǎn)，選取傳輸鏈路中易擊穿位置開孔作為檢測點(diǎn)，開孔的方式盡量不影響微波的傳輸，然后通過CCD式光譜儀、高速光電器件診斷測試擊穿弧光的光譜、時(shí)域特性，為后續(xù)光電探測器的選型提供參考依據(jù)。
[0017]采集到的擊穿光經(jīng)過光纖傳輸，進(jìn)入光電檢測處理單元。首先通過快速光電探測器完成光電轉(zhuǎn)換后，弱信號再經(jīng)過跨阻放大得到光脈沖。通過采樣打火脈沖的幅值，并不斷與閾值進(jìn)行比較。在信號處理方面，盡量考慮背景光和系統(tǒng)環(huán)境的影響。光電檢測單元送出的保護(hù)光信號，接入大功率微波系統(tǒng)的高壓系統(tǒng)，當(dāng)鏈路出現(xiàn)空氣擊穿并超過閾值時(shí)，快速的切斷高壓系統(tǒng)，保護(hù)大功率微波系統(tǒng)的安全。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:包括光纖采光頭、采集傳輸光纖、光電檢測處理單元，光纖采光頭安裝于采集傳輸光纖的前端，采集傳輸光纖安裝于光電檢測處理單元的前端，光電檢測處理單元連接至高壓系統(tǒng)，高壓系統(tǒng)連接至大功率微波源;光纖采光頭從波導(dǎo)開孔處采集到的擊穿光信號經(jīng)過采集傳輸光纖傳輸?shù)焦怆姍z測處理單元，通過光電轉(zhuǎn)換和處理判斷，當(dāng)擊穿光信號的光脈沖幅值超過比較閾值時(shí)，則送出保護(hù)光信號以及時(shí)關(guān)斷高壓系統(tǒng)，保證大功率微波系統(tǒng)安全工作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述擊穿光信號是通過空氣擊穿光物理特性診斷獲得;在所述空氣擊穿光物理特性診斷過程中獲取傳輸鏈路中易被擊穿位置和擊穿光的物理特性。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:在傳輸鏈路中，波導(dǎo)開孔的觀測位置選擇三相點(diǎn)和場強(qiáng)集中區(qū)域。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述波導(dǎo)開孔的孔徑大于光纖采光頭的外徑，同時(shí)波導(dǎo)開孔的端面平整。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述空氣擊穿光物理特性診斷中，通過光功率計(jì)、CCD式高速光譜儀、高速光電器件分別診斷擊穿光的功率大小、光譜范圍和時(shí)域特性。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖采光頭為準(zhǔn)直型光纖采光頭。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述采集傳輸光纖采用大芯徑紫外石英光纖。8.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的用于大功率微波空氣擊穿的快速檢測與保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述光電檢測處理單元采用光電探測器實(shí)現(xiàn)，光電探測器的響應(yīng)帶寬和光譜范圍與獲得的所述擊穿光的物理特性匹配。
【文檔編號】G01J3/28GK105865623SQ201610234678
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】楊成梁, 趙柳, 趙海, 吳尚昀, 蘭才倫
【申請人】中國工程物理研究院電子工程研究所