本发明涉及一种用于电流测量的分流装置,具体涉及一种用于脉冲功率装置负载区域电流测量的低电感分流装置。
背景技术:
1、脉冲功率装置包括平板形的阳极01,以及圆柱环形的阴极02;其可产生电压达500kv~15mv、电流达100ka~1ma、脉冲达10~100ns、功率达tw级别的电脉冲,主要应用在极端辐射环境生成、高功率微波等领域。
2、在脉冲功率装置工作过程中,需要对其产生的电压、电流、脉冲等进行实时测量,以掌握其工作状态。其中,电流强度的测量是脉冲功率测量领域的难点。
3、现有对脉冲功率装置产生电流强度的测量方式主要分为两种,一种是在脉冲功率装置中无粒子产生或输运过程的区域进行测量,该种测量方式主要采用rogowski线圈、b-dot(非侵入式脉冲电流测量探针)或分流器进行测量,由于rogowski线圈、b-dot和分流器均易受粒子轰击和极端复杂电磁环境影响,波形畸变较为严重,因此一般不应用在有粒子产生或输运过程的负载区域。另一种是在脉冲功率装置中有粒子产生或输运过程的负载区域进行测量,通常采用法拉第筒等介入型探测器,然而现有介入型探测器在测量电流强度时,需要拆卸脉冲功率装置负载的阳极,从而无法在测量电流强度时测量辐射场数据。因此,发明一种能够同时对脉冲功率装置中有粒子产生或输运过程的负载区域进行电流及其他参数测量的装置具有重要意义。
4、相比于rogowski线圈和b-dot,分流器对粒子轰击和复杂电磁环境的敏感性相对较低,因此,采用分流器测量脉冲功率装置负载区域电流是一个值得研究的方向。
5、分流器的测量原理是在电路中串联一个小电阻,通过测量小电阻两端的电势差从而获得电路电流强度波形。分流器广泛应用于低电压的工业电力和半导体行业中。但在脉冲功率领域,由于所测脉冲电流电压极高、强度大、前沿快(5~30ns),需要考虑分布电容电感、趋肤效应和力学效应等,分流器的设计与普通工业领域有较大差别。刘金亮等所发表的《测量ns级脉冲大电流的同轴分流器》、《测量ns级脉冲大电流的折带式分流器》,邓景桐等发表的《压缩脉冲磁场放电电流的测量研究》,wang等发表的《a compact,coaxial shuntcurrent diagnostic for x pinches》等系列文章中均对用于脉冲功率领域的分流器进行了介绍。现有用于脉冲功率领域的分流器主要分为两种,同轴式和折带式。同轴式分流器的电感小,可测量前沿较快的脉冲电流,但安装不方便,且易受电子束轰击,不适用于脉冲功率装置的负载区域;折带式分流器的结构简单便于安装,但测量电流强度受限(50ka),且由于脉冲功率装置负载区域需要进行真空密封,导致折带式分流器的应用范围较小。
技术实现思路
1、本发明的目的是解决现有分流器存在安装不便、易受电子束轰击,不适用于脉冲功率装置负载区域;或可测量电流强度较低,且由于脉冲功率装置负载区域需要进行真空密封,导致应用范围较小的技术问题,而提供一种用于脉冲功率装置负载区域电流测量的低电感分流装置。
2、为实现上述目的,本发明所采用的技术方案为:
3、一种用于脉冲功率装置负载区域电流测量的低电感分流装置,其特殊之处在于:
4、包括分流层、内屏蔽层、绝缘层和至少一个分流器;
5、分流层包括分流环板和连接于分流环板一端外周面的第一环形板;分流环板的另一端用于与脉冲功率装置中阳极靠近阴极一侧的端面连接;分流环板的外周面沿圆周方向设置有多个贯穿槽,分流环板位于相邻两个贯穿槽之间的部分作为分流柱,至少一个分流柱上设置有与分流器相适配的安装通槽,分流器安装于安装通槽内;
6、内屏蔽层包括内屏蔽环板和连接于屏蔽环一端外周面的第二环形板;第二环形板与第一环形板连接,并与外部的连接支架连接;内屏蔽环板的外周面与分流环板的内周面之间设置有用于容纳分流器的间隔,内屏蔽环板的另一端端面与阳极靠近阴极一侧的端面设置有间隔;
7、绝缘层安装于第一环形板和第二环形板之间,其周侧与分流器相应的位置设置有安装孔,用于通过安装外部的电缆头与分流器的引出端连接,将分流器引出端发出的分流信号引出至外部的检测装置。
8、进一步地,分流器包括屏蔽筒、芯针、外壳、绝缘连接件和电阻膜;
9、屏蔽筒套装于芯针上,外壳套装于屏蔽筒上;芯针的轴向尺寸大于外壳的轴向尺寸,屏蔽筒的轴向尺寸不大于芯针的轴向尺寸;
10、绝缘连接件上设置有与外壳相适配的安装孔,外壳安装于安装孔内;
11、电阻膜包括第一连接部,以及相对连接于第一连接部两端的两个第二连接部;第一连接部上设置有抵接头,抵接头位于分流层与内屏蔽层之间的间隔中;抵接头与芯针一端相抵接;两个第二连接部相互靠近一侧分别连接于绝缘连接件的两端,相互远离一侧分别与分流柱连接;
12、芯针的另一端作为高电势引出端,绝缘连接件与高电势引出端位于同一侧端面远离阳极的一侧设置有低电势引出端,低电势引出端与外壳的外周侧相抵接,高电势引出端和低电势引出端之间的电势差作为分流信号通过外部的电缆头引出。
13、进一步地,第一连接部包括一个第一连接件、两个第二连接件和两个第三连接件;
14、两个第二连接件的一端分别与第一连接件的两端连接,两个第二连接件和第一连接件组成抵接头,抵接头中第一连接件的一侧抵接于芯针的一端;
15、两个第三连接件的一端分别与两个第二连接件的另一端连接,两个第三连接件的另一端分别与两个第二连接部的一端连接。
16、进一步地,两个第二连接件和两个第三连接件分别相对设置,且第二连接件与第一连接件连接处的夹角为60°~120°,第三连接件与第二连接件和第二连接部连接处的夹角分别为60°~120°。
17、进一步地,第二连接部、第一连接件、第二连接件和第三连接件均为连接板;
18、第二连接件与第一连接件相互垂直设置,第三连接件与第二连接件和第二连接部均垂直设置。
19、进一步地,绝缘层包括绝缘环板和分别连接于绝缘环板两个端面上的第三环形板;
20、两个第三环形板相互远离一侧分别与第一环形板和脉冲功率装置中的阳极连接;
21、安装孔开设于绝缘环板的周侧。
22、进一步地,分流层采用黄铜或不锈钢制成;内屏蔽层采用不锈钢制成;屏蔽层采用有机玻璃制成。
23、进一步地,分流器为多个,多个分流器沿圆周方向均匀布设。
24、与现有技术相比,本发明的有益效果是:
25、1、本发明采用了“先分流,后采样”的设计思想,通过设计的分流层可以将电子束均分为多份,再通过设置在分流柱上的分流器测量对应分流柱上的电子束电流大小,并且通过设置的内屏蔽层会使得负载区域的电子束不会对分流器造成冲击,可以减小电感,提高测量精度,并且可以使得分流器可以直接应用于脉冲功率装置的负载区域,进而使得该装置可测量的电流大小达到数百ka以上,大大提升了测量上限,扩大了应用范围。
26、2、本发明设置的电阻膜采用了“山”形结构,通过这种弯折结构的设计,能够减小分流器区域电路的电感,进一步提高测量精度。
27、3、本发明设置的分流器可以为一个或多个,为一个时,结构简单,使用方便;为多个时,测量精度更高;可以根据不同的使用需要进行设计,能够适用不同的检测要求。
1.一种用于脉冲功率装置负载区域电流测量的低电感分流装置,其特征在于:
2.根据权利要求1所述的用于脉冲功率装置负载区域电流测量的低电感分流装置,其特征在于:
3.根据权利要求2所述的用于脉冲功率装置负载区域电流测量的低电感分流装置,其特征在于:
4.根据权利要求3所述的用于脉冲功率装置负载区域电流测量的低电感分流装置,其特征在于:
5.根据权利要求4所述的用于脉冲功率装置负载区域电流测量的低电感分流装置,其特征在于:
6.根据权利要求1-5任一所述的用于脉冲功率装置负载区域电流测量的低电感分流装置,其特征在于:
7.根据权利要求6所述的用于脉冲功率装置负载区域电流测量的低电感分流装置,其特征在于:
8.根据权利要求7所述的用于脉冲功率装置负载区域电流测量的低电感分流装置,其特征在于:
