用自积分式罗氏线圈测量纳秒级高压脉冲电流

 介绍了测量纳秒级高压脉冲大电流信号用的自积分式罗氏线圈的优点、用途、基本原理及设计。利用传输理论分析了它的信号响应及干扰。对研制出的罗氏线圈进行了标定。设计的线圈的灵敏度在1.4mV/A，可以采用的上升时间小于2ns，脉宽小于200ns，电流信号10A～40kA。自积分式罗氏线圈广泛用于脉冲功率技术中的快过程大电流测量。     

快响应磁芯式Rogowski线圈

为减小线圈响应时间,提高脉冲大电流信号的测量精度,设计了ns级快脉冲响应的Rogowski线圈。根据电磁理论,给出了线圈关键参数的计算公式,并对其进行了工程制作。通过引入50Ω的阻尼电阻,消除信号电压波形前后沿处的高频寄生振荡。对Rogowski线圈的等效电路进行了Pspice电路模拟,验证了线圈的输出特性,与理论分析结果一致。用50 ns和10 ns方波脉冲分别对线圈进行定标,其响应时间分别为2.43和1.10 ns,灵敏度为3.34 A/V。利用该线圈对高压ns脉冲发生器的负载电流进行测量,结果表明线圈能够较好地响应10 ns,kA级脉冲大电流信号。     

基于场效应晶体管的高压电脉冲产生技术

 以高速MOSFET器件为基础,对超快高压电脉冲产生技术进行了实验研究。采用多路并联的高速MOSFET与感应叠加相结合的形式,得到脉冲半宽度为300 ns、上升时间约为60 ns、时间间隔600 ns的超快方波双脉冲;在负载电阻为11.5 Ω时,可以产生365 A的脉冲峰值电流,并且能够提供1.5 MW的峰值输出功率。     

200kV水介质高压脉冲延时线

介绍了200 kV水介质高压脉冲延时线的基本设计参数,阻抗为23.4Ω,电长度为300 ns;分析了该延时线的耐压特性,并对其传输脉冲幅度衰减率进行了估算。加工了一套高压脉冲延时线装置,并进行了实验研究。实验中,利用Blumlein线产生两路高压方波脉冲输出,一路经高压电缆-延时线-高压电缆到匹配负载,另一路经过高压电缆到匹配负载,两负载上的脉冲等效认为是延时线的输出脉冲和输入脉冲。实验结果表明,该延时线工作电压大于200 kV,输入方波脉冲前沿为30 ns,输出方波脉冲前沿增加到34.5 ns,方波脉冲幅度损耗率为1.8%。     

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。     

采用罗戈夫斯基线圈诊断径向束流

 罗戈夫斯基线圈具有结构简单、高频特性好等特点而被广泛应用于脉冲电流测量。提出了用两个自积分式罗戈夫斯基线圈诊断径向束流的方法,在此基础上设计了两个用于径向束流诊断的自积分式罗戈夫斯基线圈,对其进行了标定。当标准电流的上升沿为30 ns时,罗氏线圈响应时间约为10 ns;整个系统的测量误差约为4.7%。从标定结果来看,该系统的频率响应特性和测量精度能够满足ns级束流诊断的要求,该方法可以用于径向结构高功率微波器件的束流强度测量。     

特种九芯电缆转移阻抗测量

特种九芯电缆转移阻抗测量在三同轴装置上进行。电缆始端所有芯线相连后与屏蔽层短接，电缆末端屏蔽层接外导体，则与同轴电缆测量方法相同；芯-皮间的感应电压由高阻探头测量，皮电流由罗氏线圈测量。实验采用点频法，信号源为正弦波产生器，同时测量皮电流和芯-皮间感应电压的幅度，即可求出每个频率点的转移阻抗来。     

200 kV全固态Marx结构方波脉冲电源设计

采用功率IGBT串联组合模块作为放电开关,设计了16级Marx结构的脉冲电源,能够产生可调高压方波脉冲。由9支耐压3 kV的IGBT串联组成最大工作电压12.5 kV的串联组合模块;通过磁隔离触发方式控制各级IGBT的同步导通和关断。输出电压从几kV至200 kV可调、输出脉宽随外部触发信号宽度在1.5~10 s范围内可调、前沿小于500 ns、后沿小于2.3 s;在输出电压大于100 kV、输出电流20 A时顶降小于2%。     

小型方波脉冲磁场装置的研制

完成了小型方波脉冲磁场装置的双线圈负载设计,在一定区域内获得了近似匀强磁场。采用阻抗2 的6级脉冲形成网络作为初级储能和脉冲形成单元,对匹配电阻放电产生了方波脉冲电流波形。研制了一种场畸变气体火花间隙作为主放电开关,有效减小了装置的动作时延和分散性。实验结果表明:负载中心峰值磁感应强度达到0.04 T,方波磁场平顶时间约3 s,平顶度小于5％,上升前沿（磁感应强度峰值10％～90％）小于0.5s,装置的动作时延抖动小于10 ns（标准偏差）。     

DPF-300脉冲X射线源同步触发系统研制

 DPF-300脉冲X射线源的同步触发系统采用三级触发：第一级由初级脉冲产生器触发氢闸流管；第二级由氢闸流管输出脉冲触发多路触发开关；第三级由多路触发开关和触发箱组成，触发主放电场畸变开关。该触发系统中多路触发开关产生负极性脉冲信号，通过耦合电容，到达开关的触发脉冲上升沿，约为40 ns，脉冲半高宽约60 ns，上升陡度大于0.67 kV/ns。能够同时触发40个同轴型场畸变开关，电压工作范围20～40 kV，不同发次触发箱输出的触发脉冲信号时间分散性小于4 ns，同一发次不同开关的放电时间分散性小于20 ns。在工作电压20 kV，主放电开关充0.115 MPa氮气时，整机负载电流达到约1 MA。     

Rogowski线圈信号电阻对纳秒级脉冲大电流的响应

 研制了一种自积分型Rogowski线圈,从电路理论和电路仿真角度分析了信号电阻的寄生电感和线圈对地电容对测量信号的影响。采用电阻并联的方法,制作了小电感信号电阻。在定标和大电流测量实验中,小电感信号电阻的使用,消除了测量信号的平顶振荡和波形畸变,验证了理论分析的正确性。经定标,采用小电感信号电阻的Rogowski线圈对方波脉冲前沿的响应为11 ns,灵敏度为4.25 mV·A-1。该线圈性能稳定,已用于测量长脉冲强流电子束加速器二极管的电流,测得的电流波型平顶较好,半高脉宽为180 ns,幅度约为15.36 kA。     

屏蔽复合材料设备舱电磁脉冲屏蔽效能

利用镀镍碳纤维为基础材料,制作了镀镍碳纤维复合材料蒙皮,并辅以玻璃纤维复合材料蒙皮和聚氨酯泡沫以及其他配件制作了全复合材料轻质设备舱。研究了其在核电磁脉冲(HEMP)、间接雷击电磁脉冲(LEMP)下的防护性能。结果表明,基于镀镍碳纤维复合材料的轻质设备舱在上升时间2.8ns、半脉宽24ns脉冲波形下,HEMP屏蔽性能达到50.1dB;在上升时间3.2μs、半脉宽40.3μs脉冲波形下,LEMP屏蔽性能达到57.2dB。     

测量低频大电流的自积分罗氏线圈设计

为测量电容储能脉冲功率源模块电流,设计了磁芯式自积分罗氏线圈。给出了磁芯的选择方法,分析了磁芯饱和问题。解决饱和问题的方法是使用饱和磁感应强度较大的材料,对测量线圈施加去磁磁场,以及等效减小线圈的励磁电流。分析表明:通过增大磁芯直径和截面积,选取线径合适的导线多层绕制的方法来增大线圈自感与电阻比值,可以有效提高线圈的测量幅值范围。使用设计的线圈实测了脉冲功率源模块电流,通过改变模块的充电电压,可以得到线圈出现饱和时对应的电流值。实验结果与理论分析相符合。对于脉冲功率源模块的ms量级脉冲电流信号,改进后的自积分线圈测量范围可以超过50kA。     

水介质自击穿开关放电参数测试

 在“闪光-Ⅱ”装置上进行了1 MV同轴型水介质多针自击穿开关实验研究。开关击穿电压1～1.5 MV，开关总电流200～550 kA，电脉冲的脉宽约150 ns，上升前沿约60 ns。每个开关间隙的放电电流和输入输出电压分别用Rogowski线圈和CuSO4水电阻分压器测试。介绍了分压器的设计和标定，分析了产生误差的原因。针对类似测试，提出几点完善措施：测试电流线圈要密封隔水；水电阻分压器的第1级分压的分压比不能过大；调节CuSO4溶液的浓度，使水电阻的阻值满足频率响应的要求；注意分压器的放置方式；分压器和电流线圈的输出电压设计要适中。     

罗柯夫斯基线圈频率响应特性的测量方法

罗柯夫斯基线圈是测量陡脉冲电流的一种重要装置,其方波响应上升时间能达到纳秒量级,但是,它只能在一定频率范围内作线性测量。为了更好地分析罗柯夫斯基线圈测量灵敏度的频率特性,本文介绍了对西安交通大学研制的该线圈作的频率响应特性测定结果。 文中着重介绍了频响测量的点频法,并叙述了有关影响因素。例如:对信号源、标准电压表、匹配负载等一些专门要求。给出了实测曲线,还介绍了线圈本身各种集中参数的测量结果。     

Studies of a slow-wave Rogowski coil

A Rogowski coil in a conducting shield can be considered as a slow-wave transmission line. By carefully constructing the slow-wave structure in such a way that the distributed capacitance becomes large (on the order of nF) and the coil inductance is at least several microhenries, it is possible to obtain a high-sensitivity (≅1 V/A) Rogowski coil for a pulse duration of up to several microseconds. The design and performance of such a slow-wave Rogowski coil are described. Details of the experimental results for the effects of the terminating resistance on the probe response are also presented. These results agree with theoretical predictions