一种微分型电流探测器的制作方法技术

本发明专利技术涉及一种微分型电流探测器的制作方法，应用于前沿时间在ns至百ns量级，幅值在百kA级的脉冲电流探测器设计，解决现有的微分型电流探测器(B

【技术实现步骤摘要】
一种微分型电流探测器的制作方法


[0001]本专利技术涉及一种微分型电流探测器的制作方法，应用于前沿时间在ns至百ns量级，幅值在百kA级的脉冲电流探测器设计。

技术介绍

[0002]在脉冲功率装置中，针对百kA级的脉冲电流测量，通常采用电磁感应线圈探测器。合理的设置探测器电路参数，当其输出信号是待测电流脉冲的微分波形时，即为微分型电流探测器(又称B
‑
dot)。微分型电流探测器所获得的微分信号经过数值积分或RC积分回路可将信号复原。若采用数值积分，测量系统的硬件组成非常简洁，仅由B
‑
dot自身和测量电缆组成；测量系统的响应特性基本取决于B
‑
dot的几何结构。
[0003]目前B
‑
dot在脉冲功率装置中已获得广泛应用。圣地亚实验室的PBFA
‑
Z(Particle Beam FusionAccelerator)装置即采用该B
‑
dot对磁绝缘传输线电流进行测量。中国工程物理研究院卫兵等人也采用B
‑
dot对阳加速器、“聚龙一号”等装置的真空磁绝缘传输线电流进行了测量。以上研究工作重点关注的是B
‑
dot电感、负载阻抗等电学参数，以及前沿响应、频率响应等性能参数，对结构参数仅稍作介绍，一般只包括环面面积，没有结构误差对B
‑
dot性能的影响分析，设计中也未对结构误差进行合理约束，即使是相同结构的B
‑
dot，其幅值刻度差异也可能超过30％，B
‑
dot的响应特性大多数情况依赖标定实验给出。
[0004]对于大型脉冲功率装置，结构复杂，电流走向多变，往往安装有数十上百个B
‑
dot探头，对B
‑
dot的一致性提出了较高要求，这就需要根据结构误差对B
‑
dot性能的影响，合理约束误差参数，以期获得一致性较高的B
‑
dot探头。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有的微分型电流探测器(B
‑
dot)研制工作中未考虑结构误差影响，导致B
‑
dot一致性较差的技术问题，而提供一种微分型电流探测器的制作方法，完善B
‑
dot的制作方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]一种微分型电流探测器的制作方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
[0008]1)设置B
‑
dot的电路模型；
[0009]所述B
‑
dot的电路模型包括B
‑
dot电感L，与B
‑
dot电感L连接的信号电缆阻抗Z，以及与待测电流I
o
与B
‑
dot之间的互感M；
[0010]2)依据B
‑
dot输出信号幅值u
w
，约束B
‑
dot环体尺寸；B
‑
dot环体尺寸为等效环面面积nS；
[0011]3)依据屏蔽孔内部磁场B的分布，确定B
‑
dot沿屏蔽孔轴线方向的尺寸、B
‑
dot环体位置及B
‑
dot环面角度；
[0012]4)根据B
‑
dot环体尺寸、B
‑
dot沿屏蔽孔轴线方向的尺寸、B
‑
dot环体位置及B
‑
dot环面角度，制作微分型电流探测器。
[0013]进一步地，步骤1)具体为：
[0014]2.1)估算B
‑
dot输出信号幅值u
w
为：
[0015]u＝MI/t
[0016]式中，t
r
为待测电流I
o
前沿；
[0017]2.2)通过步骤2.1)中u
w
＝MI
o
/t
r
，确定B
‑
dot环体尺寸nS：
[0018]nS＝MI
o
/B
i
[0019]式中，B
i
为B
‑
dot处磁场，与待测电流I
o
成正比；n为B
‑
dot环体的匝数，S为B
‑
dot环面面积。
[0020]进一步地，步骤3)中，所述确定B
‑
dot沿屏蔽孔轴线方向的尺寸具体为：
[0021]A1)模拟屏蔽孔内部磁场B
[0022]定义屏蔽孔内部磁场B沿x轴方向，屏蔽孔轴线沿y轴方向，坐标原点o位于屏蔽孔外缘中心处，
‑
y向表示屏蔽孔内部深度；
[0023]计算y轴方向面积元内磁通dΦ
y
[0024][0025]式中：a为y轴方向面积元起点，l
y
为沿y轴方向面积元总长度，d
z
为y轴方向面积元宽度，B0为屏蔽孔表面磁场，k为常数；
[0026]A2)根据y轴方向面积元内磁通dΦ
y
，确定B
‑
dot沿y轴方向面积元总长度l
y
，获得沿屏蔽孔轴线方向的尺寸。
[0027]进一步地，步骤3)中，所述确定B
‑
dot环体位置范围具体为：
[0028]B1)当z＝0时，根据屏蔽孔内部磁场B分布，等深度条件下，对比x轴方向不同位置处磁场相对于屏蔽孔轴线磁场的偏差，在磁场变化小于5％时，可得B
‑
dot环体在x轴方向位置变化不超
±
0.1d，d为屏蔽孔孔径；
[0029]B2)当x＝0时，根据屏蔽孔内部磁场B分布，等深度条件下，对比z轴方向不同位置处磁场相对于屏蔽孔轴线磁场的偏差，在磁场变化小于5％时，可得B
‑
dot环体在z轴方向位置变化不超
±
0.17d；
[0030]B3)当y轴方向面积元内磁通dΦ
y
小于8.4％，可得B
‑
dot环体在y轴方向位置变化不超
±
0.088d/k。
[0031]进一步地，步骤3)中，所述确定B
‑
dot环面角度具体为：
[0032]定义B
‑
dot环面与其所在位置的磁场垂直时，B
‑
dot环面所在位置为基准面，B
‑
dot环面与基准面之间的夹角为B
‑
dot环面角度θ。
[0033]进一步地，步骤A2)具体为：
[0034]B
‑
dot沿屏蔽孔轴线方向的尺寸小于等于3d/k。
[0035]进一步地，步骤2.1)中，所述B...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微分型电流探测器的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：1)设置B
‑
dot的电路模型；所述B
‑
dot的电路模型包括B
‑
dot电感L，与B
‑
dot电感L连接的信号电缆(3)阻抗Z，以及与待测电流I
o
与B
‑
dot之间的互感M；2)依据B
‑
dot输出信号幅值u
w
，约束B
‑
dot环体尺寸；所述B
‑
dot环体尺寸为等效环面面积nS；3)依据屏蔽孔(2)内部磁场B的分布，确定B
‑
dot沿屏蔽孔(2)轴线方向的尺寸、B
‑
dot环体(1)位置及B
‑
dot环面角度；4)根据B
‑
dot环体尺寸、B
‑
dot沿屏蔽孔(2)轴线方向的尺寸、B
‑
dot环体(1)位置及B
‑
dot环面角度，制作微分型电流探测器。2.根据权利要求1所述一种微分型电流探测器的制作方法，其特征在于，步骤1)具体为：2.1)估算B
‑
dot输出信号幅值u
w
为：u
w
＝MI
o
/t
r
式中，t
r
为待测电流I
o
前沿；2.2)通过步骤2.1)中u
w
＝MI
o
/t
r
，确定B
‑
dot环体尺寸nS：nS＝MI
o
/B
i
式中，B
i
为B
‑
dot处磁场，与待测电流I
o
成正比；n为B
‑
dot环体(1)的匝数，S为B
‑
dot环面面积。3.根据权利要求2所述一种微分型电流探测器的制作方法，其特征在于，步骤3)中，所述确定B
‑
dot沿屏蔽孔(2)轴线方向的尺寸具体为：A1)模拟屏蔽孔(2)内部磁场B定义屏蔽孔(2)内部磁场B沿x轴方向，屏蔽孔(2)轴线沿y轴方向，坐标原点o位于屏蔽孔(2)外缘中心处，
‑
y向表示屏蔽孔(2)内部深度；计算y轴方向面积元内...

【专利技术属性】
技术研发人员：张信军，罗维熙，呼义翔，尹佳辉，张天洋，孙江，杨实，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：