一种高功率三平板传输线电压测量探头的设计

 为测量高功率水介质三平板传输线的电压，设计、标定了一种D-dot探头，安装在三平板线的入口和出口处，探头感应脉冲电压的微分信号。探头与基座之间的绝缘层为浇注的环氧树脂，可以在满足密封去离子水的要求下，使探头对地电容较小，从而获得良好的高频响应。利用ANSYS对探头结构进行了优化设计，使三相点位置的电场强度得到有效降低。使用经线下标定过的电阻分压器进行标定。实验中采用电容器放电，用一段高压电缆作为脉冲形成线获得逐级上升的快前沿（约70 ns）电压脉冲，并将之作为标定信号源，标定得到三平板线入口、出口探头的灵敏度分别为386 kV/V和402 kV/V。探头测量结果与电路模拟结果一致。在三平板线耐压实验中，板线出口电压达到了3.1 MV，探头的绝缘结构设计能够满足要求。实验结果表明该探头适合高功率三平板传输线电压的测量。     

多层轴向绝缘堆的电压电流测量

为获取初级试验平台(PTS)装置分层真空轴向绝缘堆的电压电流,设计、标定了微分型电容分压器和微分环。探头的频响实验表明:绝缘堆电压、电流探头的频响上限分别为270MHz和100MHz。两种探头均采用在线标定方法来确定幅值灵敏度系数。电压探头在标定时应当保留绝缘堆外侧的水介质,以保证探头附近电场分布不发生改变。PTS装置的实验结果表明:当装置外围馈入电流基本均匀时,绝缘堆电压电流测量结果与相关测试结果自洽,与理论值基本符合;当馈入绝缘堆的电流分布不均匀时,不同角向探头测量结果的偏差导致总电流计算结果的误差较大。     

脉冲调制射频功率测量中的标定及FFT分析方法研究

利用电压/电流探头和数字示波器实现了脉冲调制射频功率测量.电压/电流探头输出的电压、电流信号由数字示波器采集存储,电压、电流的幅值及相位差由FFT分析得到.在不同频率下,对电压、电流幅值及相位差进行标定,获得计算射频功率的标定参数.分析表明电压、电流相位差是影响标定系数的主要因素,FFT方法处理非稳态调幅电压、电流时存...     

铟活化诊断氘氘中子产额不确定度分析

介绍了铟活化诊断氘氘中子产额的测量原理,分析了中子产额测量不确定度的来源及评定方法。中子产额测量不确定度主要由灵敏度标定不确定度、活化射线净计数不确定度、立体角测量不确定度及测量系统的随机误差等构成。评估了灵敏度标定过程中加速器中子与聚变中子能量差异、大厅散射中子本底等因素对灵敏度标定的影响,并评估了宇宙射线本底对活化射线净计数测量的影响。分析了中子产额处于不同量级时起主要作用的不确定度分量,提出了减小灵敏度标定不确定度的方法。以实验数据为基础,对具体的实验数据进行了分析计算。结果表明:利用伴随粒子法在加速器中子源上标定出铟活化测量系统灵敏度的相对标准不确定度为4.3%。中子产额低于1010时,产额测量不确定度大于7%,活化射线净计数误差是产额测量误差的主要来源;产额大于1010时,测量不确定度好于7%,中子产额测量不确定度主要由灵敏度标定不确定度引起。     

电磁轨道发射装置隔离式分压器

研制了一套用于测量电磁发射装置轨道电压信号的隔离式分压器,实现了测量回路与被测回路之间的电隔离,简化了电磁发射装置测试系统的复杂性。并对影响隔离式分压器频率响应的元件参数进行了参数扫描,结果表明:研制的分压器在-3 dB区间的频率响应范围为14 Hz~18 MHz,满足电磁发射装置轨道电压信号的测试要求。使用P6015A高压探头进行比对标定,输出信号的前沿约1s,频率响应满足电磁轨道发射装置轨道电压信号的测量要求。同时用隔离式分压器及电阻分压器测量轨道电压信号,两者波形符合较好。     

基于新型复合齿轮线结构光的齿廓测量及其不确定度的评定

齿轮齿廓偏差是齿轮检定中的重要参数之一。文章采用新型复合齿轮线结构光测量系统,对一级标准(u=1μm,k=3)齿轮渐开线样板的齿廓进行了测量,从机、热、光、电等多个方面分析了测量误差的来源,并以JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与指南》为基础,评定了用该系统测量齿轮齿廓偏差的不确定度。研究表明,用该测量系统测量齿轮齿廓时存在误差,包括:仪器测量重复性误差、渐开线样板标准量误差、样板线膨胀误差、顶尖同轴度误差、齿轮安装偏心误差、线结构光系统误差等,其中CCD相机标定误差、结构光视觉模型标定误差以及线结构光光条中心检测误差所引起的合成标准不确定度为0.98μm,是新型复合齿轮线结构光测量系统误差的主要来源,并通过分析计算得到该测量系统扩展不确定度为2.3μm(k=2),可以满足测量精度在2.3μm以上的齿轮测量。     

开关触发延迟时间和抖动测量的不确定度分析

为明确脉冲功率装置开关触发延迟时间和抖动测量的可信度,进行了不确定度评定。使用拟合的线性关系式结合示波器水平分辨力导致的不确定度建立开关延迟时间不确定度的数学模型;根据抖动的定义建立抖动的测量不确定度数学模型。两者均按B类不确定度评定。以相关实验数据为基础计算了各个不确定度分量、合成标准不确定度以及扩展不确定度。按工程测量要求置信概率为95%,取包含因子为2,可得初级实验平台(PTS)单路样机激光触发开关触发延迟时间测量的扩展不确定度为0.38 ns;抖动测量的扩展不确定度为0.13 ns。延迟时间和抖动测量结果的不确定度满足实验分析的要求。     

基于工业CT线性尺寸测量的不确定度分析

针对加速器工业CT线性尺寸测量的不确定度评定，建立了工业CT尺寸测量模型，对测量中不确定度的主要来源进行分析，基于测量不确定度表示指南(GUM)法对工业CT线性尺寸测量不确定度评定进行研究。以6 MeV高能工业CT系统尺寸测量为例，分析了长度样块线性尺寸测量各主要的不确定度分量，对尺寸测量的不确定度进行评定，最终得出具有包含概率为0.99的扩展不确定度为0.09 mm，结果体现了工业CT尺寸测量的精度和可靠性，为工业CT尺寸测量结果的可靠度提供参考依据。     

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。     

基于光谱密度的差分吸收光谱法气体测量系统的校准研究

差分吸收光谱法(DOAS)是基于朗伯比尔定律的光谱法测量气体的重要方法,按此原理建立的测量系统是测量痕量气体的主要方法. 用于测量痕量气体的DOAS系统的关键是其检出限的校准,传统的方法是使用标准气体进行校准. 但是由于标准气体自身的量值确定问题,在ppb甚至ppt级的不确定度大于10％,而一般的ppt级的DOAS测量系统本身的不确定度也会高于标准气体,导致传统方法失效. 提出一种基于光谱密度的DOAS系统校准方法,利用朗伯比尔定律将DOAS系统的检出限和光谱密度建立关系. 由于光谱密度作为光学量值可以测量到10-6甚至更高,所以通过该方法可以实现DOAS系统在ppb乃至ppt级的校准. 本方法需要根据待校准的测量系统光学结构的基本参数计算其总的标准光学密度值,然后把标准光学密度片放入测量系统光程中,测得其光学密度值,根据前后两次光学密度计算测量系统的测量偏差,进而分析计算测量系统的标准不确定度和标定的扩展不确定度,所得到的标定的扩展不确定度即为测量系统的检出限. 该方法完全基于光学测量,不需引入标准气体评估,基于光学密度的精密测量和测量系统光学结构的装调误差,实现测量系统在较小不确定度水平上的标定,提高检出限标定的精度. 本方法在开放光程式的DOAS系统上进行了实验验证.     

脉冲高电压测量不确定度评定

为开展脉冲高电压测量不确定度评定,分析了应用黑箱概念建立测量不确定度模型的方法,给出了脉冲分压器测量与标定的不确定度模型。依照不确定度传播率,对完善后的模型进行不确定度合成,并与通常采用的按照方差进行相对不确定分量合成的结果进行比较。计算结果表明:当不确定度模型中仅仅存在不同变量的乘除形式,或虽然存在加减项,但是其数学期望值为0,相对不确定度合成可以得到正确的结果。对通过测量2个电压间接计算电位差的方法以及用分贝表示衰减的不确定度合成开展分析,验证了相对不确定度合成的适用范围。在分压器标定实验中,为了减小信号源输出值的分散性对评定结果的影响,对电压比值开展A类不确定度评定,合成后得到分压比不确定度。     

一体化D-dot探头在传输线电压测量中的设计和应用

设计一种一体化D-dot探头开展脉冲功率装置中传输线高电压测量工作。D-dot探头安装在传输线外筒上，主要由基座、密封电缆头、探头外壳、绝缘层、信号电极和连接杆构成。采用同轴螺纹连接及限位结构将探头各部件形成一个整体，实现结构的紧凑性和拆装过程的完整性。利用密封BNC探头和无氧铜密封圈实现良好的密封性能，同时减小探头的弹性余量保证测量的准确性。设计了较小的探头对地电容，从而获得良好的高频响应。采用OrCAD/Pspice开展电路模拟，结果显示设计的探头满足信噪比和前沿响应要求。采用CST开展静电场模拟，结果显示设计的D-dot探头可以满足1 MV传输线电压下的绝缘要求。标定和实验结果表明该探头可以响应前沿为几十ns的信号，能够满足测量需要。     

20 kV高压脉冲幅度校准装置设计

针对高压脉冲幅度的量值传递需求,开展了脉冲幅度1～20 kV、脉宽1～100μs的高压脉冲幅度校准装置设计。校准装置以高压MOSFET器件为核心,搭建多级Marx结构实现高压脉冲成型,同时通过截尾回路的设计缩短脉冲下降时间,实现矩形脉冲波形的输出。在Marx结构基础上开展装置整体设计,通过触发脉冲信号及高压直流电源电压调节脉宽与幅度,通过隔离电源及光信号保证了高压隔离强度。装置采用高准确度高压探头和数据采集卡构成校准装置的内部测试系统,其测量值作为校准装置的标准量值,经评定装置脉冲幅度不确定度为2%,并通过两台比对法进行了验证。采用其他多型高压探头对校准装置进行实验测试,结果表明与低压脉冲校准源测试相比,高压脉冲可明显有效地表征高压探头的性能及测量准确度,同时本装置也可作为高压脉冲发生器应用于脉冲功率领域其他用途。     

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。     

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。     

激光触发开关的电参数测量

 为进行PTS装置单路样机激光触发开关的调试，设计安装了相应的电压电流探头。通过对比分析了探头测量结果，解释了开关出口D-dot电压探头波形畸变的原因，并运算得到了正确的波形。B-dot探头得到了与模拟结果符合的电流微分信号和电流信号。实验结果表明： D-dot探头适合MV量级的高电压脉冲测量，但当该探头工作在开关区时，设计中需要对比探头与被测电极以及其它电极的结构电容，只有满足结构电容远大于与其它高压电极的电容时，才能获得较真实的信号。如果结构设计中难以满足该要求，可以采用软件处理方法得到正确的波形。使用B-dot探头输出的电流微分信号可以较为准确地得到开关导通延迟时间，测量误差小于0.7 ns。     

高精度激光微能量校准技术研究

 利用斩波器将连续激光斩波成为脉冲宽度μs量级重频脉冲激光,利用选单器将重频脉冲激光转变成单脉冲激光,从而实现变连续激光为单脉冲激光。由陷阱探测器测量连续激光的输出功率,高速APD、高增益PIN探测器作为波形探测器测量脉冲激光波形,并通过示波器对脉冲宽度进行测量。依据测量得到的功率和波形就可得到脉冲激光能量,从而实现了0.2 pJ激光微能量的测量和校准,通过不确定度分析,该装置的pJ激光能量测量不确定度达到了0.42%。     

测量不确定度的评定与表示

测量不确定度和如何正确评定与表示，是个极其重要的问题，文章指出了研究不确定度的意义，介绍了不确定度的有关概念，按实际工作的测量模型，给出了标准不确定度Ａ类、Ｂ类评定的各种具体方法，提出了标准不确定度的俣成方法与展伸不确定度的给出方法，对不确定度评定与表示的程序进行了汇总，并举出了应用实例。