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。     

耐高压纳秒脉冲罗氏线圈的研制

针对ns级脉冲电流信号的测量，设计了一种带磁芯的新型自积分式罗氏线圈，具有信噪比高、动态范围广等优点。屏蔽盒开气隙防止涡流。屏蔽盒外层采用聚氨酯进行整体封装，聚氨酯层厚度大于1.5 mm，可耐受大于20 kV的冲击电压。采用高压方波发生器与Pearson4100线圈对罗氏线圈标定。罗氏线圈的参数为:灵敏度0.018 8 V/A，最高上升时间小于20 ns，方波脉宽300 ns，最大峰值电流300 A。     

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。     

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。     

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。     

雷电流测量专用柔性无磁芯大型Rogowski线圈

 为了解决小型Rogowski线圈无法测量柱状高塔的自然雷电流波形的问题,提出了采用大型Rogowski线圈测量高塔雷电流的方案,研究设计了柔性骨架无磁芯大型Rogowski线圈,去除磁芯和外加积分器,通过增加线圈匝数获得高电感,以实现测量结果的自积分,降低了微分型Rogowski线圈需要额外积分器的难度。Rogowski线圈的标定表明,线圈具有良好的积分特性,采用输出误差系统辨识模型对Rogowski线圈输出波形进行了校正补偿,提高了测量波形的准确度,增大了高塔自然雷电流精确测量的可能性。     

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。     

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。     

高频振荡下缓慢前沿的电子束电流波形测量

推导了Rogowski线圈理论,给出了任意Rogowski线圈的表达式。通过使用高磁导率的磁芯材料,增加线圈匝数,设计出了能有效测量前沿变化0.1 s、强度mA量级的电子束电流的Rogowski线圈,并测得了电子束等离子体装置中的电子束电流信号。利用推导的任意Rogowski线圈表达式,成功获得低频与高频共存的电流波形。测量结果表明,该电子束等离子体系统中存在束流振荡,振荡幅度达12%。     

RSD固态脉冲电源中的罗氏线圈电流检测技术

 介绍了基于高速大功率反向开关晶体管(RSD)的磁压缩固态脉冲电源试验平台,就RSD状态电流及磁压缩脉冲电流的波形特征对检测环节高需求的问题,研究了罗氏(Rogowski)线圈传感头的频率特性,在对比已有传感头信号处理方法的基础上,给出了一种新型结构的自积分与外积分复合式罗氏线圈的设计过程和参数选取方法,在保证传感器具有1 mV/A灵敏度的前提下,将传感器的工作频带从低频拓宽到线圈的自然角频率。给出了二级磁压缩网络放电的负载电流实验波形及RSD开关的触发、导通电流波形,验证了该罗氏线圈传感器能够满足本固态脉冲电源中的RSD开关状态电流高精度检测和负载电流的高频检测要求。     

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。     

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。     

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。     

强流二极管绝缘体滑闪监测及其影响

 以闪光二号加速器为研究平台, 建立了微分环阵列和Rogowski线圈同时监测二极管电流的方法,监测了二极管绝缘体表面的滑闪现象。根据电流探头测量结果的差异,分析了绝缘体滑闪对电子束流参数的影响。二极管绝缘体出现滑闪,位置附近的微分环波形严重畸变,其它位置的微分环和Rogowski线圈测量结果基本一致。采用距离滑闪位置较远的微分环结果处理二极管束流参数,相对于不出现滑闪时的结果,束流强度和总能量没有明显的变化。绝缘体滑闪沿面局部放电,能量损失较小,尚未对电子束流造成较大影响。     

Upgrade of the magnetic diagnostic system for restart of HT-6M operation

The HT-6M tokamak at the Thailand Institute of Nuclear Technology has been restarted. In order to ensure the smooth breakdown of plasma and obtain plasma discharge parameters, optimization of the poloidal field coils and upgrade of the magnetic diagnostics are described in this article. A perfect null field (stray field in the main chamber < 10 G) is obtained using an ohmic heating field. To obtain important information about the plasma, an external magnetic diagnostics system is designed and calibrated, including a Rogowski coil (measuring plasma current), a magnetic probe (measuring external field), diamagnetic loops (measuring β_p) and so on. In order to realize high-frequency signal measurement and transmission, a series of frequency responses with the magnetic probe and transmission line are tested. Later, to verify the null field, a fitting code is developed to reconstruct the stray field in the vacuum chamber based on magnetic probe measurements and flux loops. The results show that the error is within 1.5%. This indicates the accuracy of the magnetic measurement system and ensures the preparation for the breakdown of plasma.     

Linear and nonlinear pulse propagation in coupled resonator slow-wave optical structures

The linear and nonlinear characteristics of optical slow-wave structures made of direct coupled Fabry–Pérot and Ring Resonators are discussed. The main properties of an infinitely long slow-wave structure are derived analytically with an approach based on the Bloch theory. The spectral behaviour is periodical and closed form expressions for the bandwidth, the group velocity, the dispersion and the linear and nonlinear induced phase shift are derived. For structures of finite length the results still hold providing that proper input/output matching sections are added. In slow-wave structures most of the propagation parameters are enhanced by a factor S called the slowing ratio. In particular nonlinearities result strongly enhanced by the resonant propagation, so that slow-wave structures are likely to become a key point for all-optical processing devices. A numerical simulator has been implemented and several numerical examples of propagation are discussed. It is also shown as soliton propagation is supported by slow-wave structures, demonstrating the flexibility and potentiality of these structures in the field of the all-optical processing.     

New approaches on application of multipole moments for determination of toroidal plasma shift

An application of multipole moments for the determination of toroidal plasma column shift is presented. First, we present analytical details for using this technique. Then, the principle of different models based on this technique for design and fabrication of a six coils will be presented: four modified Rogowski coils (two cosine coils and two sine coils) and two saddle coils (saddle sine coil and saddle cosine coil). As continuous measurements of magnetic field distribution around the toroidal plasma can be made using these coils, this technique is a good method for the determination of toroidal plasma column shift.     

低预脉冲水介质多通道自击穿开关实验研究

 在“闪光Ⅱ”上进行了水介质多针自击穿开关实验研究。开关由2个或4个开关间隙、预脉冲屏蔽板及其支撑结构组成。介绍了开关结构及其集中参数等效电路模型，并给出了部分参数计算方法。开关间隙在约60 ns时间内被近似线性地充电至约1 MV，开关的放电电流、输入和输出电压分别用罗果夫斯基线圈和硫酸铜水电阻分压器测试。进行了2个间隙结构和4个间隙结构开关实验，开关的放电电流200～550 kA，平均击穿场强600～900 kV/cm。开关间隙抖动小于4 ns，开关间隙的击穿迟滞时间约为60 ns，2个间隙结构开关的间隙之间的击穿同步性能可以优于3 ns，4个间隙结构开关的间隙之间的击穿同步性能可以优于5 ns。预脉冲被有效地压缩，输出电压的预脉冲幅值约为输入电压预脉冲幅值的50%，从180 kV压缩至约90 kV，作用时间由600 ns压缩至60 ns。     

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The electron densities in the atmospheric pressure helium plasma were calculated by means of electron drift velocity and the jet velocity respectively. The electron velocity and jet velocity can be calculated by means of helium plasma jet current measured by a dielectric probe and plasma discharge current signal measured by voltage probes. The results show that the estimated electron densities of the helium plasma jet calculated from electron drift velocity and the jet velocity are in the order of 10 ¹¹ cm ^-3 and they increase with applied voltage. There is a little fluctuation in the value of the electron density along the jet axis of the plasma. This result is the same as the measured electron density in atmospheric pressure helium non-thermal plasma jet by using a Rogowski coil and a Langmuir probe. This is in one order lower than the electron density measured by microwave antenna.     

利用介质阻挡探针法测量大气压氦等离子体射流电子密度

分别利用电子的漂移速度和等离子体的传播速度计算了大气压下氦等离子体射流的电子密度。