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。     

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。     

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。     

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。     

测量1 MA/100 ns脉冲大电流的微分环

强光一号加速器能输出上升沿约100 ns、幅值约2 MA的电流脉冲。实验中通常采用自积分式Rogowski线圈监测负载电流。为与该线圈比对校验,研制了一种快响应、结构简单、抗电磁干扰性能较好的微分环。标定实验给出,微分环测量的响应时间约1.2 ns,频谱响应范围10 kHz~100 MHz,灵敏度为6.1310-11(Vs)/A。其快时间响应将有助于监测与负载物理特性有关的瞬态电流变化。在加速器二极管短路状态对微分环和积分式Rogowski线圈进行了实验比对,数值积分给出的电流波形与后者基本相符,峰值偏差小于10%,表明微分环的设计合理,同时校验了电流测量的可信度。      

Differential loop for measuring 1 MA/1O0 ns pulsed high current

“强光一号”加速器能输出上升沿约100 ns、幅值约2 MA的电流脉冲.实验中通常采用自积分式Rogowski线圈监测负载电流.为与该线圈比对校验,研制了一种快响应、结构简单、抗电磁干扰性能较好的微分环.标定实验给出,微分环测量的响应时间约1.2 ns,频谱响应范围10 kHz～100 MHz,灵敏度为6.13×10-11(V· s)/A.其快时间响应将有助于监测与负载物理特性有关的瞬态电流变化.在加速器二极管短路状态对微分环和积分式Rogowski线圈进行了实验比对,数值积分给出的电流波形与后者基本相符,峰值偏差小于10％,表明微分环的设计合理,同时校验了电流测量的可信度.     

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。     

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。     

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。     

基于交流调制技术的弱电流放大器研制

在射线强度测量中,积分电离室输出的电流信号在10–10~10–15 A范围内,该弱电流信号需要转换和放大才可以进行采集。针对积分电离室本文设计了一种弱电流信号放大系统,采用交流调制技术将待测弱直流电流信号调制为交流电压信号,再经放大、相敏检波、滤波等电路处理后得到直流电压信号,最后进行数据采集;同时在系统中引入直流负反馈后缩短了电流测量的响应时间。采用标准电流源测试了系统输入输出线性及响应特性,测试了积分电离室检测氚靶的β射线。测试结果表明:该系统能够有效放大10–14~10–11 A范围内的弱电流信号且有较好的线性和响应时间特性,电流测量灵敏度达到了10–14 A,该系统具有良好的工程应用前景。     

脉冲电流探头的时域标定研究

 介绍了一种Rogowski线圈脉冲电流探头时域标定和标定数据处理的方法，将脉冲法时域标定的结果和频域标定结果进行了比较。针对电流探头的低频失真，采用系统辨识方法建立了测量系统的动态模型，并对探头输出信号的失真进行校正。实测数据验证了所建模型的有效性，设计出的数字补偿滤波器可将测量系统校正为一理想的比例环节。     

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。     

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。     

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。