阳加速器水传输线D-dot的设计、标定和实验

 应用D-dot探测器进行了阳加速器水传输线电压测量，利用探头与高压电极之间的结构电容获得脉冲电压的微分信号，通过RC积分取得电压信号。利用Pspice软件的瞬态分析功能模拟结合实验结果估算了探测器的杂散参数，进行了幅频响应特性分析；运用频响分析解释了测试结果。在加速器低电压短路实验状态下，用电阻分压器对其进行了在线标定。测量结果表明D-dot探测器获取了正确的电压波形，且工作稳定可靠。     

自积分式电容分压器的频率响应特性

为了测量电缆中传输的ns量级脉冲高电压，设计了自积分电容分压器并开展了频率响应特性分析。为分压器设计了不同的补偿电阻，并使用含有杂散参数的等效电路进行分析。仿真结果表明:分压器低频特性的主要影响因素是等效取样电阻与低压臂电容乘积得到的时间常数；高频特性主要受电容的杂散电感和取样电阻的杂散电容影响。增大时间常数扩展低频特性时，会导致杂散参数的影响加剧而使分压器高频特性变差。采用方波实验和扫频测量两种方法实测了不同参数分压器的频响特性。结果表明:补偿电阻为550 Ω的电容分压器频响上限超过2 GHz；但是低频特性不足，频率下限约为1.8 MHz；而补偿电阻为6.6 kΩ，且调整结构的电容分压器带宽为0.17~700 MHz，能够满足测试需求。     

无源RC积分器在多脉冲信号测量中的问题分析

由微分测量探头和积分器构成的微分积分测量系统广泛应用于脉冲电压和电流测量。依据无源RC积分器的等效电路，分析了在多脉冲信号测量中，无源RC积分器在实现微分信号的积分还原时，可以引起信号的平顶降和信号基线偏离，给出了平顶降和基线偏离与信号脉冲宽度和积分常数的定量关系，计算了在不同积分器参数和脉冲信号参数时的平顶降和基线偏离结果，并且与PSpice电路模拟结果进行了比较，两种结果一致。按照此定量关系，可以根据脉冲信号特点和测量要求，准确确定积分器参数。     

宽脉冲电流测量线圈

由Rogowski线圈的集中参数模型得到测量系统的传递函数,在正弦稳态输入下得到微分型Rogowski线圈的最佳采样电阻阻值,同时对普通RC积分和有源积分进行了幅频特性分析,根据测量精度的要求得出测量系统的实际带宽。有源积分较普通RC积分拓宽了频带,提高了暂态性能。合理设计了有源积分器的结构和参数,有效抑制了积分漂移,保证了测试精度和可靠性。在神光Ⅲ能源模块中对宽脉冲电流测量装置进行了实验验证,结果表明该脉冲电流测量装置的电路结构和参数配置是合理的。     

测量强流电子加速器输出电压的电容分压器

研制了一种结构简单、拆装方便的自积分电容分压器,用于测量强流电子加速器二极管输出电压。介绍了电容分压器的结构,计算了其电容量,并通过仿真的方法分析了前端电阻及其杂散参数对测量波形的影响,结果表明:当前端电阻杂散电容较大时,测量波形出现过冲现象;而前端电阻对地电容较大时,会影响测量波形的前沿。将电容分压器用于测量强流电子加速器二极管输出电压,并运用水电阻分压器对其进行了标定,所测得波形与电阻分压器基本一致,分压比为563 007,可以用于测量半高宽为100 ns的高压脉冲。     

磁绝缘传输线电压测量用自积分式电容分压器研制

研制了一种用于磁绝缘传输线（MITL）电压测量的自积分式电容分压器;利用PSpice软件和标定实验数据,建立了该分压器等效电路模型,给出了分压器系统传递函数,并分析了分压器频率响应特性。计算结果表明:该分压器对于被测信号大于5 MHz频率分量部分的相频和幅频响应无明显畸变。基于强光一号长1.0 m、阴阳极间隙2 cm的同轴型MITL实验平台对该分压器实际工作性能进行了考核。实验结果表明,在相对少量场致发射电子抵达阳极表面的条件下,该分压器能够有效测量MITL沿线电压波形（2.07 负载条件下,电压峰值约600 kV、峰值时间约80 ns）。     

纳秒脉冲电压的波形重建

 介绍了一种根据脉冲电压测量系统的输入输出波形对纳秒脉冲电压信号测量系统进行参数计算的方法和技术，该方法基于最优化原理，并将其应用于快脉冲电压波形的重建。重建的波形用电容分压器实测波形进行了检验，表明重建波形有比用积分器更好的效果。     

同步加速器Barrier Bucket高频电压的研究

同步加速器Barrier Bucket高频系统用于克服空间电荷效应的影响,并对束团进行预压缩从而实现束团的多次累积来提高束流的流强。实现Barrier Bucket束流多次累积,要求在同步环高频加速腔上产生一个单正弦电压信号。针对单正弦波形的特点,讨论在同轴加载腔上产生该电压波形的方法和条件。通过对单正弦信号的频谱分析得出信号对加速腔高频系统的带宽要求,运用等效并联电路的方法并将同轴加载腔作线性时不变近似,求出输出的腔体电压与输入的激励电流间的关系。Barrier Bucket电压信号对加速腔整个高频系统的带宽要求至少应为单正弦频率的两倍。输入的激励电流为单正弦信号的基础上叠加上一个直流脉冲偏置,偏置大小为腔体Q值。最后,根据分析的结果在兰州重离子加速器冷却储存实验环（CSRe）高频系统的铁氧体加载腔和新研制的磁合金加载腔系统上进行测试,并对测试结果作相关讨论。     

同轴快沿脉冲源研制与测试

 利用脉冲高压陶瓷电容器和高气压小间隙开关，研制了60 kV同轴式高压快沿脉冲源。利用自行研制的薄膜式电容分压器和同轴式电阻分压器对快沿脉冲源的输出参数进行测量，分析了薄膜式电容分压器的测试原理，对电容分压中二级电阻分压器元件的参数进行了优化。当脉冲源负载为50 W时，测得脉冲源输出电压的前沿小于2.3 ns，半高宽约28 ns，符合IEC电磁脉冲的最新标准。     

亚纳秒脉冲高电压测量探头

为测量紧凑型快前沿高电压脉冲源的输出电压,设计了D-dot电压探头。分别进行了刻度因素标定和频响标定,采用前沿约50 ns的高压脉冲信号对探头进行在线标定确定探头的刻度因素。将探头安装在阻抗为50 的传输线上,用亚纳秒脉冲源进行频响标定,表明该探头的响应约为150 ps。高压实验结果表明该探头能够正确获取高电压快脉冲信号,工作稳定可靠。     

用于测量强流脉冲电子束的B-dot

 描述了B-dot探头测量脉冲电子束流强度和束质心位置的原理，分析了B-dot探头工作于自积分和微分模式的条件，并根据所测电子束流信号的前沿和脉冲宽度特点，确定B-dot探头工作于微分模式，设计其电感参数约为60 nH。在电子束流模拟装置上对B-dot探头的灵敏度系数和偏心曲线进行了标定，标定得到B-dot探头及测试线路的灵敏度系数为4 147 A/V。将探测器安装在神龙一号加速器上进行束测实验，多次实验结果表明该探测器可以实现电子束流强度和质心位置的准确测量。     

双指数脉冲电流发生器的电路仿真计算

双指数脉冲电流发生器可用于电子系统端口传导耦合实验,主要用于研究电磁敏感器件的电磁脉冲效应的损伤规律。根据实验要求,该发生器能够输出前沿10 ns、脉宽100 ns、电流幅值3 kA的双指数脉冲电流。建立了该发生器的电路模型,并对杂散电容和电感对输出电流波形的影响进行了分析。模拟计算表明,电流信号的过冲现象和后沿叠加干扰信号的原因可能是电阻负载自身存在的杂散电容和测量电流的线圈附近的杂散电容和电感的共同作用导致的。经过理论计算,如果在测量线圈附近添加适当的滤波设备或者用无损同轴电缆引出电流,能够明显地抑制过冲和干扰。     

300 kV/3 ns脉冲电压源的研制

 研制了一台300 kV/3 ns快前沿脉冲电压源。为了得到快的前沿，设计了低电感的峰化电容和输出开关。其中峰化电容采用3个薄膜电容同轴串联设计，结构紧凑，分布电感小，电极端部的气隙结构使其能承受更高的脉冲高压，实验证明这种结构的峰化电容能承受前沿17 ns、峰值大于300 kV的脉冲高压。输出开关采用高气压小间隙SF₆开关，最高工作气压1 MPa，具有较小的分布电感和火花通道电感。经实验调试，由该峰化电容和输出开关组成的峰化回路在500 kV Marx发生器的驱动下，在150 Ω负载上可得到峰值电压大于300 kV、前沿小于3 ns的脉冲电压输出。     

空腔中B-dot低频特性的硬件补偿

针对在空腔中的微分环(B-dot)探头输出信号存在低频增益的问题,分析了目前使用的"磁通穿透特征时间常数"一阶修正方法,提出了使用适当积分常数的积分器进行补偿的方法。对安装在同轴线及径向线电极孔中的B-dot进行实验,结果表明:当积分器的积分时间常数等于磁通穿透特征时间常数时,B-dot的测量结果与标准电流信号吻合。因此这也是空腔中的B-dot探头选取积分器的原则。该方法使用硬件直接获取了补偿后的测试结果,与软件修正方法比较操作较为简便。     

纳秒电磁脉冲测量用D-dot探头设计及实验

为测量高空核爆炸电磁脉冲(HEMP)模拟器中脉冲电场波形(峰值电场大于50kV/m、上升时间小于2.3ns),设计了一种新型圆锥形D-dot探测器。介绍了D-dot探头的工作原理,分析了探头与传输电缆的阻抗匹配条件,确定了探头的结构、尺寸等参数。D-dot探头测量脉冲电场的一阶微分信号,通过积分器积分和数字积分两种积分方式获得脉冲电场信号。测量电磁脉冲实验结果表明,积分器积分和数字积分两种积分方式都能恢复脉冲电场波形,其中数字积分效果更好;与有源光纤电场测量系统实验测量结果相比,该Ddot探测器更适合测量纳秒级快前沿的电磁脉冲波形,满足测量快前沿HEMP信号的设计要求。     

MARX发生器电流线圈的设计与实验

为测量Marx发生器输出电流, 设计了外积分式罗可夫斯基线圈。采用电容器放电的方式进行线下标定确定刻度因素, 采用盘式TEM室进行线圈的方波响应实验, 实验结果与等效电路模拟仿真吻合。线圈的响应时间为16ns。模拟仿真分析了Marx连接假负载实验中, 实测电流波形后沿衰落较快且脉冲结束后基线不回零的问题。通过调整积分器的RC时间常数, 增加线圈的低频响应能力可消除该失真。改进后的线圈实验结果与理论分析一致。     

低电感大电流长寿命同轴型电容器

 介绍了一种应用于高功率脉冲源的低电感、高通流能力、长寿命的同轴型电容器。通过理论计算,综合考虑电容器的工作电压、电感、通流能力、与开关的连接方式等,确定了电容器的芯子结构、绝缘子结构及电极结构。通过设计实验线路,测试了电容器的电压、电感、通流能力、寿命等参数。实验结果表明：电容器电容量1.5 μF,工作电压100 kV,工作电流250 kA,峰值电流大于300 kA,电容器电感小于20 nH,储能密度205 J/L,工作寿命大于6 000次。