一种产生快前沿高电压单脉冲矩形波的电脉冲发生装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种产生快前沿高电压单脉冲矩形波的电脉冲发生装置，包括主机和薄膜开关，采用三板传输线(即下板电极、中板电极、上板电极)，通过采垂直放置薄膜开关技术、将负载电阻安置在空气中，并且电阻长度与三板传输线上、下板电极的距离相等等方式减小了各部件的杂散电容，在负载电阻上获得前沿小于1ns，脉宽10±1ns的脉冲方波波形，并且降低了传输线耐压能力的设计要求，无需采用特制高电压电缆作为传输线。解决了非同轴结构应用中存在波形畸变的技术问题，本发明专利技术减小了磨损，在设计与加工方面不需高要求也可达到足够的定位精度，提高了可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种产生快前沿高电压单脉冲矩形波的电脉冲发生装置
本专利技术涉及一种单脉冲矩形波发生装置，特别是涉及一种产生前沿≤0.8ns、幅值15～50kV可调、宽度为10ns左右的高电压单脉冲矩形波发生装置。
技术介绍
单脉冲矩形波发生装置用于产生具有一定宽度的单脉冲矩形波，由于发生装置中开关及连接结构等非理想因素的限制，实际输出波形为具有一定前后沿的近似梯形波。在不与GB/T9317-1988中方波定义相混淆的情况下，为与本领域通常称呼相一致，在本专利技术中称这种矩形波为方波。其发生装置称为方波发生器。方波发生器在高电压、脉冲功率技术和电磁脉冲效应研究等领域中有重要的用途，例如校验测量系统、作为效应实验信号源等。随着技术的发展，前沿为数纳秒的脉冲在上述领域中经常会遇到。在这种情况下，对于高电压、大电流的测量而言，如果对分压器、分流器、罗可夫斯基(Rogowski)线圈等测量系统进行方波响应校验，就要求方波脉冲信号不但有快的前沿，而且要有高的幅值。如果使用幅值较低的方波作为方波响应实验的信号源，经测量系统衰减后的输出信号就很微弱，易受电磁干扰的影响，不易给出正确的结果。此外，电磁脉冲效应研究对快前沿、高幅值的脉冲信号源的需求越来越迫切，对方波发生器同样提出了快前沿和高幅值的要求。因此，研制前沿≤1ns、幅值50kV左右的高电压方波发生器是很必要和有实际意义的。已经公开发表的方波脉冲发生器的研究有以下文献：[1]毛志国,邹晓兵,刘锐等.一种10kV方波电压发生器[J].高电压技术.2007，33(10)41～44[2]刘锐,邹晓兵,王新新.用于标定分压器的高电压毫微秒脉冲发生器[J].电工电能新技术.200625(02)64～66[3]张琦,石立华,邵志学.50Ω输出的四形成线纳秒级高电压方波发生器设计[J].电波科学学报2011,26(5):938～943[4]贺元吉,张亚洲,李传胪.一种高压ns级脉冲形成电路.高电压技术,2000,26(4):13～15[5]S.Katsuki,K.Moreira,F.Dobbsetal.Bacterialdecontaminationwithnanosecondpulsedelectricfields.PowerModulatorSymposium,2002and2002High-VoltageWorkshop,July,2002:648-651文献[1-4]采取同轴传输线配合气体火花开关或真空开关产生方波脉冲，前沿最短做到2ns，幅值最高10kV。文献[5]使用固态三板传输线配场畸变开关产生方波脉冲，生成前沿2ns、幅值30kV的方波脉冲。以上文献中所使用的开关均为气体开关，间隙电感较大，不易达到前沿0.8ns的指标。目前，满足前沿小于2ns的方波发生器通常使用汞润开关作为其中的闭合开关，虽然输出方波的前沿很快，但方波的幅值通常只有几百伏到2kV左右。目前了解到国内外一些方波发生器的性能参数，这些方波发生器尚不能同时满足幅值高和前沿快两个方面的要求，或者技术过于复杂。中国国家专利技术专利00113814.6(一种快前沿高电压方波脉冲发生器)介绍了一种高电压方波发生器，该发生器使用单个放电间隙薄膜介质开关，绝缘薄膜一侧的开关电极为杯盖形，内部安装针状金属细杆，利用电磁铁驱动撞击薄膜进行触发。绝缘薄膜另一侧的开关电极采取套筒状变直径同轴结构，与单根或多根并联的工业标准同轴电缆相连，传输线与开关结构相应，采用单根或多根并联的工业标准同轴电缆，布置为双传输线形式，中间接阻抗为传输线阻抗2倍的负载。工作时给传输线加高电压，驱动电磁铁触发薄膜开关使之快速闭合，在传输线中引起电磁波折、反射过程，在负载上形成方波脉冲。该方波脉冲由标准同轴电缆引出。对按该专利技术设计的原理样机的测试结果表明，该发生器输出方波脉冲的前沿可达1至2ns，电压幅值可达12kV，波形规则。根据该
技术实现思路
形成一篇文献如下：[6]马连英，曾正中，费国强，等.基于绝缘薄膜开关的快前沿高压方波发生器[J].电工电能新技术，2001(3)：38-40相关专利00113814.6，所存在的问题有：a、输出端为同轴型输出，对部分应用不方便，例如对于非同轴结构的分压器、分流器等，在同轴型输出的方波发生器上标定并不方便，虽然可以采用转换输出结构，但转换中将带来波形畸变，影响标定等应用。b、由于采用标准同轴电缆作为高电压脉冲形成部件，为了配合同轴电缆而设计的同轴型薄膜开关的工作电压偏低，难以满足幅值在12kV以上的应用需求。c、薄膜开关横向放置，容易磨损，对开关设计与加工精度的要求高，结构复杂，降低了可靠性。专利201420058247(一种基于薄膜开关的全自动方波发生器)是在专利00113814.6基础上增加了自动换膜装置，并未解决以上问题。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的问题，本专利技术的目的是获得一种前沿≤0.8ns、电压幅值15～50kV可调的针对非同轴结构应用的方波发生器。本专利技术采用三板传输线结构，解决了专利00113814.6在非同轴结构应用中波形畸变的问题；该结构更方便非同轴结构测量探头的安装测试，也容易将电压提升至50kV。另外，本专利技术通过采用垂直放置薄膜开关的方式，减小了磨损，在设计与加工方面不需高要求也可达到足够的定位精度，提高了可靠性。本专利技术的技术解决方案：一种产生快前沿高电压单脉冲矩形波的电脉冲发生装置，包括主机和薄膜开关，其特殊之处在于：所述主机包括主机外壳1、下板电极2、中板电极3、上板电极4、中板引出电极5、上板引出电极6、至少三个下板支撑绝缘子10、至少三个第一通用支撑绝缘子11、至少三个第二通用支撑绝缘子32、下脉冲输出电极12、上脉冲输出电极13，主机盖板18和负载电阻15；所述下板支撑绝缘子10固定在主机外壳1底部，所述下板电极2固定在下板支撑绝缘子10上，所述下脉冲输出电极12穿过主机外壳1的侧壁且与下板电极2固定连接，所述下脉冲输出电极12与主机外壳1的侧壁密封连接；所述第一通用支撑绝缘子11固定在下板支撑绝缘子10上方，所述中板电极3固定在第一通用支撑绝缘子11上，所述中板引出电极5的一端与中板电极3固定连接，所述中板引出电极5的另一端穿过主机外壳1的侧壁且与主机外壳1接触处密封连接；所述第二通用支撑绝缘子32固定在第一通用支撑绝缘子11上，所述上板电极4固定在第二通用支撑绝缘子32上，所述上脉冲输出电极13穿过主机外壳1的侧壁且与上板电极4固定连接，所述上脉冲输出电极13与主机外壳1的侧壁密封连接；所述上板引出电极6穿过主机外壳1的侧壁且与上板电极4固定连接，所述上板引出电极6与主机外壳1的侧壁密封连接；所述主机盖板18位于主机壳体1上方；所述负载电阻15固定在下脉冲输出电极12和上脉冲输出电极13之间，所述薄膜开关19固定在中板引出电极5和上板引出电极6之间。上述薄膜开关19包括下电极20、上电极21、触发针22、触发针拉杆23、连接座24、触发电磁铁25、触发针复位弹簧26、电磁铁吸盘27、换膜电磁铁28、换膜复位弹簧29、电磁铁固定板30和绝缘薄膜31；所述下电极20固定在中板引出电极5上，所述上电极21固定在上板引出电极6上，所述触发针拉杆23和触发针22固定连接，所述触发针22本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生快前沿高电压单脉冲矩形波的电脉冲发生装置，包括主机和薄膜开关，其特征在于：所述主机包括主机外壳(1)、下板电极(2)、中板电极(3)、上板电极(4)、中板引出电极(5)、上板引出电极(6)、至少三个下板支撑绝缘子(10)、至少三个第一通用支撑绝缘子(11)、至少三个第二通用支撑绝缘子(32)、下脉冲输出电极(12)、上脉冲输出电极(13)，主机盖板(18)和负载电阻(15)；所述下板支撑绝缘子(10)固定在主机外壳(1)底部，所述下板电极(2)固定在下板支撑绝缘子(10)上，所述下脉冲输出电极(12)穿过主机外壳(1)的侧壁且与下板电极(2)固定连接，所述下脉冲输出电极(12)与主机外壳(1)的侧壁密封连接；所述第一通用支撑绝缘子(11)固定在下板支撑绝缘子(10)上方，所述中板电极(3)固定在第一通用支撑绝缘子(11)上，所述中板引出电极(5)的一端与中板电极(3)固定连接，所述中板引出电极(5)的另一端穿过主机外壳(1)的侧壁且与主机外壳(1)接触处密封连接；所述第二通用支撑绝缘子(32)固定在第一通用支撑绝缘子(11)上，所述上板电极(4)固定在第二通用支撑绝缘子(32)上，所述上脉冲输出电极(13)穿过主机外壳(1)的侧壁且与上板电极(4)固定连接，所述上脉冲输出电极(13)与主机外壳(1)的侧壁密封连接；所述上板引出电极(6)穿过主机外壳(1)的侧壁且与上板电极(4)固定连接，所述上板引出电极(6)与主机外壳(1)的侧壁密封连接；所述主机盖板(18)位于主机壳体(1)上方；所述负载电阻(15)固定在下脉冲输出电极(12)和上脉冲输出电极(13)之间，所述薄膜开关(19)固定在中板引出电极(5)和上板引出电极(6)之间。...

【技术特征摘要】
1.一种产生快前沿高电压单脉冲矩形波的电脉冲发生装置，包括主机和薄膜开关，其特征在于：所述主机包括主机外壳(1)、下板电极(2)、中板电极(3)、上板电极(4)、中板引出电极(5)、上板引出电极(6)、至少三个下板支撑绝缘子(10)、至少三个第一通用支撑绝缘子(11)、至少三个第二通用支撑绝缘子(32)、下脉冲输出电极(12)、上脉冲输出电极(13)，主机盖板(18)和负载电阻(15)；所述下板支撑绝缘子(10)固定在主机外壳(1)底部，所述下板电极(2)固定在下板支撑绝缘子(10)上，所述下脉冲输出电极(12)穿过主机外壳(1)的侧壁且与下板电极(2)固定连接，所述下脉冲输出电极(12)与主机外壳(1)的侧壁密封连接；所述第一通用支撑绝缘子(11)固定在下板支撑绝缘子(10)上方，所述中板电极(3)固定在第一通用支撑绝缘子(11)上，所述中板引出电极(5)的一端与中板电极(3)固定连接，所述中板引出电极(5)的另一端穿过主机外壳(1)的侧壁且与主机外壳(1)接触处密封连接；所述第二通用支撑绝缘子(32)固定在第一通用支撑绝缘子(11)上，所述上板电极(4)固定在第二通用支撑绝缘子(32)上，所述上脉冲输出电极(13)穿过主机外壳(1)的侧壁且与上板电极(4)固定连接，所述上脉冲输出电极(13)与主机外壳(1)的侧壁密封连接；所述上板引出电极(6)穿过主机外壳(1)的侧壁且与上板电极(4)固定连接，所述上板引出电极(6)与主机外壳(1)的侧壁密封连接；所述主机盖板(18)位于主机壳体(1)上方；所述负载电阻(15)固定在下脉冲输出电极(12)和上脉冲输出电极(13)之间，所述薄膜开关(19)固定在中板引出电极(5)和上板引出电极(6)之间；所述薄膜开关(19)包括下电极(20)、上电极(21)、触发针(22)、触发针拉杆(23)、连接座(24)、触发电磁铁(25)、触发针复位弹簧(26)、电磁铁吸盘(27)、换膜电磁铁(28)、换膜复位弹簧(29)、电磁铁固定板(30)和绝缘薄膜(31)；所述下电极(20)固定在中板引出电极(5)上，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张信军，孙铁平，吴撼宇，曾正中，丛培天，罗维熙，李沫，张金海，王亮平，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61