螺旋形傳輸線式小型納秒脈衝高壓發生器的製作方法

2023-05-28 02:53:31

專利名稱：螺旋形傳輸線式小型納秒脈衝高壓發生器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種小型納秒脈衝高壓發生器，尤其涉及一種螺旋形傳輸線式小型納秒脈衝高壓發生器。
已有的螺旋形傳輸線式小型納秒脈衝高壓發生器(以下簡稱螺納秒脈衝高壓發生器)，一般採用樹脂等固體介質絕緣或空氣絕緣，較重或體積較大，且絕緣的耐壓性較差或使產品質量成問題，或不適宜於百千伏以上重複頻率工作。另外現有的納秒高壓發生器中螺旋圓形傳輸線的導電箔多採用銅箔，其製作工藝複雜成本高，所以需改進。
本實用新型的目的在於改進現有產品的結構，而提供一種體積小、重量輕、絕緣性能好，製作方便、成本低的螺納秒脈衝高壓發生器。
本實用新型的目的是這樣實現的，一種螺旋形傳輸線式小型納秒脈衝高壓發生器，包括有直流高壓電源、螺旋形傳輸線與軌道開關組件，此組件包含有內絕緣筒、螺旋形傳輸線、金屬套筒、負載管室，接地金屬管、螺帽、前蓋板、後蓋板、後蓋板密封法蘭、開關底座、高壓輸出導杆、充電輸入插座套、電饋線、絕緣襯環或塊，其中軌道開關為由金屬開關蓋、開關底座、電極座、分別設於金屬開關蓋和電極座上的兩平行電極及連接開關底座與電極座用的絕緣襯座所組成，負載管室為一中間帶一凸臺的尼龍管，在尼龍管的前端設有一接地金屬管，此管內螺合一金屬螺帽，尼龍管伸出部分的外周與其前端接地金屬管的外周設有外金屬套管，在尼龍管內後部設有高壓輸出導杆，在尼龍管凸臺後側設有一內金屬套管，其特徵在於在內金屬套管表面設有一高導磁率的內層磁棒，螺旋傳輸線包繞在此磁棒上，使內金屬套管、內層磁棒、螺旋傳輸線三者為一整體並置於內絕緣筒內，在內絕緣筒外粘接一外層磁棒，在內絕緣筒的前，後端分別設有前、後蓋板，其中前蓋板中心孔穿過尼龍管與其粘接於凸臺前側處，後蓋板中心設有一通孔，並設置於密封法蘭上，法蘭中部設有一油密封緩衝帽，法蘭通過絕緣襯環與內絕緣筒連接，在內絕緣筒和外層磁棒的上部設有一開口，開口處設置一軌道開關和充電輸入插座，軌道開關的金屬開關底座由絕緣襯環或塊與內絕緣筒及前蓋板相連成一體，並在所有連接處、外層磁棒和絕緣襯環的外周及前蓋板的外平面澆注一層環氧樹脂絕緣密封層，並在上述整個組件內部灌注油絕緣介質；上述的螺旋形傳輸線為由內、外兩條鋁箔和設於此鋁箔間的兩條聚丙烯絕緣膜重疊繞制於內磁棒上的圓筒，其外層的內、外鋁箔，分別與軌道開關的接地電極和另一極相連接，此另一極通過充電饋線和充電輸入插座、插頭與充電直流高壓電源的高壓端相接，其內層的內鋁箔懸空，外鋁箔通過導電片與負載管室的高壓導杆相連接。
上述結構的高壓發生器，其圓筒狀的螺旋形傳輸線猶似2n個(n為圈數)充電至V的同軸電容相串聯，在理想情況下可獲得最大輸出為2nV的高壓脈衝。一般情況下在充電電壓為10～20千伏時，可輸出脈寬為幾十～幾百納秒、峰值為幾十～幾百千伏的高壓低重複頻率脈衝，其特點在於①採用了鋁箔，製作方便，工藝簡單，成本低，適用於產品化；②採用了高導磁率高頻的內、外層磁棒，可以增強線包區域的磁場，防止傳輸線工作時與鄰近導體產生的電耦合，所以可提高發生器的輸出功率和效率，從而可以減小發生器的體積；③在發生器內部灌注絕緣性能好的油作絕緣介質，可提高發生器內部各元件的電氣絕緣性能，尤其可大大提高螺旋形傳輸線線包層間的絕緣性能，更為優越的是即使在其中放電擊穿時，因絕緣油的作用，仍可恢復絕緣性能，不象固體絕緣介質那樣，一旦擊穿，其絕緣性能便越來越差，甚至完全失去絕緣能力。
上述特點使本高壓發生器性能更為穩定，質量好，結構簡單，製作容易，成本低，易產品化。
下面以實施例和附圖來對本實用新型的結構予以進一步敘述。
實施例 用於小型可攜式閃光×射線檢查儀中的小型納秒脈衝高壓發生器。


圖1為本實用新型高壓發生器組成原理圖圖2為高壓發生器的螺旋形傳輸線與軌道開關組件的結構示意圖。
圖3為實施例中的高壓發生器的螺旋形傳輸線與軌道開關組件的結構示意圖。
圖4為圖2的A-A剖面圖。
由圖1～3所示可見本實施例的螺旋形傳輸線式小型納秒脈衝高壓發生器由直流高壓充電電源部分及螺旋形傳輸線與軌道開關組件部份所組成，由圖3可見螺旋形傳輸線與軌道開關組件為由負載管室2、內鉛筒16、內層磁棒12、螺旋傳輸線4、內絕緣筒14、外層磁棒13、澆注的外絕緣層7所組成，其中內鉛筒16，內層磁棒12和螺旋傳輸線4組為一體並套設於管室2的尼龍管201凸臺的後側，並置於內絕緣筒14內，在內絕緣筒14外粘一層導磁率高的外層磁棒13，在內絕緣筒14和外層磁棒13上開設一開口處，開口處上設有軌道開關6並在其金屬開關底座18上設有一充電輸入插座5，軌道開關的金屬開關底座18由絕緣襯塊65與內絕緣筒14及前蓋板24相連成一體，前蓋板24通過其孔套粘結於尼龍管201上，後蓋板10為一中心設有通氣孔的金屬板，它通過密封法蘭9、絕緣襯環81與絕緣筒14後端相密封，在密封法蘭9上設有油密封緩衝帽11，該緩衝帽在環境溫度改變時，對絕緣油的熱脹冷縮起緩衝作用，以確保油的密封，另在前蓋板24上設有補充油的注油孔3，充電輸入插座5、軌道開關6與開關底座18等的連結處均塗有環氧樹脂密封膠，在外層磁棒13和絕緣襯環81的周面和前蓋板24的外平面上均澆注環氧樹脂密封層7，使螺旋傳輸線、軌道開關、負載管室等成為一個整體，並在其整體內部空間灌注絕緣用油介質。
上述開關底座18上所設的軌道開關為一帶有二個鎢銅合金圓柱電極的平行軌道火花隙開關，它由開關蓋64、與開關蓋相連結電極61、電極座63，與此電極座相連的另一電極62及將開關底座18與電極座63相連成一體的絕緣襯墊65所組成，其開關蓋64與金屬開關底座18相連，且與地線相連接，其電極62通過充電饋線19與充電輸入插座5相連。此種開關的優點是開關的導通電壓也即是給傳輸線的充電電壓可通過調兩電極間間隙來進行調節，開關的放電等效電感小，所以性能好。
上述的開關底座18上所設的充電輸入插座5由絕緣套53、設於此套內的金屬塊51、環氧絕緣膠54及接線頭52所組成(見圖3)，充電饋線19與金屬塊51相接，並用環氧膠54密封固定在絕緣套53內，並通過插入插座的電纜插頭與直流高壓充電電源的負極相接。
上述的螺旋形傳輸線4為由外導電鋁箔41、內導電鋁箔42和兩絕緣箔43、44相間重疊後(參見圖1)繞成的圓筒形結構(參見圖4)，傳輸線的外圈始端的外導電箔41通過鍍錫銅箔21與開關底座18相接，開關底座18又與內焊有接地電極61的開關蓋64連接，並一起與地線相接，外圈始端內導電箔42通過鍍錫銅箔22接到焊有另一開關電極的電極座63上，並通過電極座63、充電饋線19連接到充電輸入插座5上，傳輸線內圈的終端，其內導電箔42懸空，其外導電箔41通過穿過內導磁棒12的縫隙與內鉛筒16相聯接，並通過導電片再與設置於尼龍管201後端的絕緣封蓋202上的連接螺釘203相聯接，該螺釘與高壓輸出導杆15相聯接。
設置於尼龍管201前端的接地金屬管101上設有一與其相螺合的螺帽102，該螺帽與負載管室2內設置的負載的陰負極相接，在本實施例中因負載為×射線管，所以在螺帽102前面需設有一鉛窗口104，在窗口104外設有一與金屬管101螺孔相螺合的窗口屏幕套103，該屏幕套螺合於金屬管理螺孔時使窗口104壓緊螺帽102，金屬管101和尼龍管201外伸部分設有外金屬套管17。
在本實施例中螺旋傳輸線的內外導電箔各採用二層厚20um(微米長)、寬80mm鋁箔，絕緣層為由6層厚15um，寬120mm聚丙烯薄膜組成共繞35圈，在充電高壓電源為負10千伏時，可獲得輸出脈寬100納秒，峰值正150千伏的高壓脈衝，其重複頻率為1～5次/秒。且發生器的重量僅為3.65kg，體積僅為φ105×169mm3(不包括管子室伸出部分)，且在其中灌注了耐熱性和耐寒性好、粘度隨溫度變化小絕緣性較好的甲基矽油作絕緣介質，從而實現了體積小、重量輕，成本低、便於加工製作、絕緣性較好的目的。
在上述實施例中由於負載管室2內的負載為X射線管，所以內金屬套管16和管室外伸處的外金屬套管17均採用鉛管或鉛合金管，可防X射線穿透輻射，以免傷害人員，而當為其他負載時，可採用銅、鋁等其他金屬材料管即可。
權利要求1.一種螺旋形傳輸線式小型納秒脈衝高壓發生器，包括有直流高壓電源、螺旋形傳輸線與軌道開關組件，此組件包含有內絕緣筒、螺旋形傳輸線、金屬套管、負載管室，接地金屬管、金屬螺帽、前蓋板、後蓋板、後蓋板密封法蘭、軌道開關、高壓輸出導杆、充電輸入插座、電饋線、絕緣襯環或塊，其中軌道開關為由金屬開關蓋、開關底座、電極座、分別設於金屬開關蓋和電極座上的兩平行電極及連接開關底座和電極座用的絕緣襯座所組成，負載管室為一中間帶一凸臺的尼龍管，在尼龍管的前端設有一接地金屬管，此管內螺合一金屬螺帽，尼龍管伸出部分的外周與其前端接地金屬管的外周設有外金屬套管，在尼龍管內後部設有高壓輸出導杆，在尼龍管凸臺後側設有一內金屬套管其特徵在於在內金屬套管表面設有一高導磁率的內層磁棒，螺旋傳輸線包繞在此磁棒上，使內金屬套管、內層磁棒、螺旋傳輸線三者為一整體並置於內絕緣筒內，在內絕緣筒外粘接一外層磁棒，在內絕緣筒的前，後端分別設有前、後蓋板，其中前蓋板由中心孔穿過尼龍管並粘接於凸臺前側處，後蓋板中心設有一通孔，並設置於密封法蘭上，法蘭中部設有一油密封緩衝帽，法蘭通過絕緣襯環與內絕緣筒連接，在內絕緣筒和外層磁棒的上部設有一開口，開口處設置一軌道開關和充電輸入插座，軌道開關的開關底座由絕緣襯環或塊與內絕緣筒及前蓋板相連成一體，並在所有連接處、外層磁棒和絕緣襯環的外周及前蓋板的外平面澆注一層環氧樹脂絕緣密封層，並在整個組件內部灌注油絕緣介質；上述的螺旋形傳輸線為由內、外兩條鋁箔和設於此鋁箔間的兩條聚丙烯絕緣膜重疊繞制於內磁棒上的圓筒，其外層的內、外鋁箔，分別與軌道開關的接地線極和另一極相連接，此另一極通過電饋線和充電輸入插座、電纜插頭與直流高壓電源高壓極相接，其內層的內鋁箔懸空，外鋁箔通過導電片與管室的高壓輸出導杆相連接。
2.按權利要求1所述的螺旋形傳輸線式小型納秒脈衝發生器，其特徵在於傳輸線外圈的外鋁箔通過鍍錫銅箔與開關底座相接，並通過與其連接的開關蓋與接地電極相接，內鋁箔通過鍍錫銅箔與電極座相接而再與另一電極相接，傳輸線內圈外鋁箔穿過內磁棒和的縫隙與內鉛管相聯接，內鉛管再通過導電片與設於尼龍管後部的高壓輸出導杆相連接。
3.按權利要求1所述的螺旋形傳輸線式小型納秒脈衝高壓發生器，其特徵在於傳輸線的內、外鋁箔各為兩層厚20um，寬80mm的鋁箔，介於鋁箔間的絕緣膜為由6層厚15um寬120mm聚丙烯薄膜所組成。
4.按權利要求1所述的螺旋形傳輸線式小型納秒脈衝高壓發生器，其特徵在於設於高壓發生器中的內、外金屬套管為鉛管或鉛合金管，其管室尼龍管前端所設的管接頭為由接地金屬管、螺帽、鉛窗口及屏蔽套所組成，螺帽螺合於接地金屬管螺孔內，屏蔽套設於鉛窗口外，窗口與接地金屬管螺孔相螺合至窗口緊壓於螺帽上，螺帽與X射線管負載的陰極相聯接，接地金屬管與地線相接。
5.按權利要求1所述的螺旋形傳輸線式小型納秒脈衝高壓發生器，其特徵在於高壓發生器內灌注的絕緣油介質為甲基矽油。
6.按權利要求1所述的螺旋形傳輸線式小型納秒脈衝高壓發生器，其特徵在於在螺旋形傳輸線線包內、外所設的內、外導磁棒為高導磁率的高頻磁棒。
7.按權利要求1所述的螺旋形傳輸線式小型納秒脈衝高壓發生器，其特徵在於在前蓋板上設有注油用小孔。
專利摘要一種螺旋傳輸線式的小型納秒脈衝高壓發生器由直流高壓充電電源和螺旋傳輸線與軌道開關組合件所組成，組合件包含有內外金屬套管、螺旋傳輸線、內絕緣筒、前、後蓋板、軌道開關、充電饋線及充電輸入插座等，其特徵在於螺旋傳輸線為由兩層鋁箔與兩層丙聚烯薄膜相間疊加繞制而成，在內金屬套管與傳輸線間設有內導磁棒，在內絕緣筒外表面設有外導磁棒，在外導磁棒的外周面和前蓋板外表面上澆注一層環氧樹脂膠，並在其內部灌注絕緣用矽油。
文檔編號H03K3/00GK2259718SQ96205188
公開日1997年8月13日 申請日期1996年3月13日 優先權日1996年3月13日
發明者李悌興, 張奇, 王德安, 郭京東 申請人:北京科電高技術公司