一種氣體放電電流測量裝置製造方法

2023-11-11 13:38:12 3

一種氣體放電電流測量裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種氣體放電電流測量裝置，包括基座（2）、羅科夫斯基線圈（3）、固定螺釘（5）、絕緣片（4）和回流塊（6），基座（2）和回流塊（6）形成閉合空腔，羅科夫斯基線圈（3）置於空腔內部，線圈（3）測量獲得的脈衝電信號通過電纜引出，絕緣片（4）將基座（2）和回流塊（6）在線圈位置處電隔離，固定螺釘（5）則將基座（2）和回流塊（6）連接在一起形成電流通道。由於只有放電電極間隙的主放電電流經過測量裝置並被羅科夫斯基線圈檢測到，排除了其它迴路電流的疊加影響。同時，線圈整體封裝在金屬腔體內部，大大提高了測量裝置的抗電磁幹擾能力。
【專利說明】—種氣體放電電流測量裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於放電電流測量的裝置，尤其是一種適用於氣體雷射器介質大電流放電電流測量的裝置。
【背景技術】
[0002]在高功率氣體雷射技術研究中，雷射器的高電壓泵浦源在成對設置的主放電電極間隙形成脈衝高電壓，激勵放電電極間隙的高壓氣體介質發生均勻體放電，放電產生的等離子體將雷射介質激勵至高能態，高能態分子向低能態躍遷時產生光福射，並在雷射諧振腔的作用下形成雷射輸出。其中放電電極間氣體放電電流是雷射器泵浦源的重要參數，對雷射器運行狀態診斷和泵浦源及雷射器的電效率計算具有重要意義。
[0003]現有高功率氣體雷射器中氣體放電電流測量主要採用羅科夫斯基電流線圈和分流器。這兩種測量裝置雖然可以實現放電迴路的大電流測量，但存在兩方面的不足。一是測量裝置安裝在放電迴路中，測量獲得的脈衝電流除氣體放電主放電迴路電流外，還包括預電離和峰化等放電迴路的電流，因而並不利於對氣體放電狀態的診斷。二是測量裝置抗電磁幹擾能力差，由於雷射器中泵浦源主開關和雷射放電電極間隙導通產生的強電磁輻射對測量裝置形成幹擾，測量獲得的波形失真嚴重，難以獲得準確的放電電流值。因此，如何實現主放電電流測量，提高裝置的抗電磁幹擾能力需要有新的思路。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種可用於氣體雷射器中的氣體放電電流的測量裝置，將羅科夫斯基線圈嵌入在與放電電極聯接的金屬基座內，並用金屬回流塊封裝。當放電電極與金屬基座連接在一起時，只有放電電極間隙的主放電電流經過測量裝置並被羅科夫斯基線圈檢測到，排除了其它迴路電流的疊加影響。同時，線圈整體封裝在金屬腔體內部，具有很強的抗電磁幹擾能力。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]一種氣體放電電流測量裝置，包括放電電極、羅科夫斯基線圈組件、基座、回流塊和絕緣片，放電電極固定在基座的側面，基座的上端開有長條槽，回流塊通過固定螺釘固定在長條槽上蓋處，並使得基座和回流塊構成閉合空腔，羅科夫斯基線圈組件設置在閉合空腔內，且線圈芯軸方向與長條槽的長度方向一致，絕緣片設置在長條槽和回流塊之間，並使得放電電極處的電流依次通過基座的表面和固定螺釘後，流入回流塊。
[0007]上述氣體放電電流測量裝置中，放電電極和基座採用同一塊材料一體化加工而得。
[0008]上述氣體放電電流測量裝置中，羅科夫斯基線圈組件包括羅科夫斯基線圈、積分電阻和電纜接頭，電纜接頭的接地端與基座相聯，積分電阻的一端與電纜接頭接地端和線圈的一個抽頭相聯，積分電阻的另一端與電纜接頭的信號端和線圈的另一個抽頭相聯。
[0009]上述氣體放電電流測量裝置中，羅科夫斯基線圈組件滿足下面的關係:[0010]R+r《coL
[0011]其中r為線圈內阻、L為線圈電感、R為積分電阻阻值，i為測量迴路電流，ω為角頻率。
[0012]上述氣體放電電流測量裝置中，羅科夫斯基線圈由金屬導線纏繞在絕緣芯軸上製成，金屬導線外部有絕緣層。
[0013]上述氣體放電電流測量裝置中，絕緣芯軸為塑料軟管。
[0014]上述氣體放電電流測量裝置中，回流塊與放電迴路連接。
[0015]上述氣體放電電流測量裝置中，放電電極為長條形，其長度方向線圈芯軸方向一致。
[0016]上述氣體放電電流測量裝置中，基座由硬鋁製作而成，絕緣片為塑料或石墨。
[0017]上述氣體放電電流測量裝置中，固定螺釘和回流塊均為金屬材料。
[0018]本發明具有的有益效果如下:
[0019]1、本發明將羅科夫斯基線圈嵌入測量裝置基座內部，只有放電電極間隙之間的主放電電流經過測量裝置並被線圈檢測到，排除了其它迴路電流的疊加影響。
[0020]2、本發明的羅科夫斯基線圈整體封裝在金屬腔體內部，大大提高了抗電磁幹擾能力，所測電流波形不失真，提高了測量精度。
[0021]3、本發明的羅科夫斯基線圈與放電迴路絕緣，不影響放電迴路電氣結構和放電特性。
[0022]4、與其他電流測量設備相比，本發明的測量裝置更容易實現現場標定，確保了測量準確度。
[0023]5、本發明的羅科夫斯基線圈的接線方式為內積分方式，積分電阻兩端的電壓信號通過導線引出至裝置外側標準BNC電纜接頭，這種緊湊設計可以大大減小測量裝置的結構尺寸。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0024]圖1為本發明氣體放電電流測量裝置的結構示意圖；
[0025]圖2為圖1氣體放電電流測量裝置沿A-A面的剖視圖；
[0026]圖3為本發明氣體放電電流測量裝置優化設計結構示意圖；
[0027]附圖標記為:1一放電電極；2—基座；3—羅科夫斯基線圈；4一絕緣片；5—固定螺釘；6 —回流塊；7 —電流流動方向；21—線圈芯軸；22—金屬導線；23—積分電阻；24 —電纜接頭。
【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，本發明的氣體放電電流測量裝置包括放電電極1、羅科夫斯基線圈組件3、基座2、回流塊6和絕緣片4，基座2為硬鋁材料，放電電極I固定在基座2的側面，基座2的上端開有長條槽，回流塊6通過固定螺釘5固定在長條槽上蓋處，並使得基座2和回流塊6構成閉合空腔3，羅科夫斯基線圈組件3設置在閉合空腔3內，且線圈芯軸方向與長條槽的長度方向一致，固定螺釘5和回流塊6均採用金屬材料製作，絕緣片4設置在長條槽和回流塊6之間，絕緣片4將基座2和回流塊6在線圈3位置處電隔離，回流塊6與基座2之間通過固定螺釘5連接在一起,形成電流通道。
[0029]由高斯定理可知，處於閉合放電迴路中的導體內部電場為零，因此迴路電流只沿導體內表面流動。當放電電極中有電流流入時，放電電極I處的電流依次通過基座2的表面和固定螺釘5後，流入回流塊6，再經過放電電路流出。圖1中在放電電流經由放電電極
1、基座2、固定螺釘5和回流塊6沿如圖箭頭方向7圍繞羅科夫斯基線圈組件3通過時，由電磁感應原理知,線圈兩端會產生感生電動勢,實現對放電電流的測量。
[0030]圖2為羅科夫斯基線圈組件的結構示意圖，羅科夫斯基線圈組件3包括羅科夫斯基線圈、積分電阻23和電纜接頭24，電纜接頭24的接地端與基座3相聯，積分電阻23的一端與電纜接頭24接地端和線圈的一個抽頭相聯，積分電阻23的另一端與電纜接頭24的信號端和線圈的另一個抽頭相聯，並通過BNC電纜接頭、傳輸電纜，將信號傳輸至記錄儀器。
[0031]羅科夫斯基線圈兩端產生的電動勢是放電電流的微分形式，需要通過積分電路才能獲得放電電流的真實波形。通常有內積分和外積分兩種形式。外積分方式是在線圈外部串接積分電路，獲得放電電流波形。內積分方式是在線圈3兩端連接一個阻值較小的無感電阻，當羅科夫斯基線圈內阻r、線圈電感L、無感積分電阻R和測量迴路電流i及其角頻率ω之間必須滿足R+r《《L關係(即R+r遠小於《U時，電阻兩端的電位差與放電電流成正t匕，即電阻兩端的電壓波形與放電電流波形除幅值差別外，形狀完全一致。此時該電阻也稱為信號電阻或積分電阻23。
[0032]本發明氣體放電電流測量裝置即採用內積分方式，積分電阻23兩端的電壓信號通過導線引出至裝置外側標準BNC電纜接頭，這種緊湊設計可以大大減小裝置的結構尺寸。
[0033]絕緣片4採用具有高電壓擊穿閾值的聚四氟乙烯材料，以避免基座2和回流塊6之間發生電接觸而使電流不再圍繞線圈流動。固定螺釘5將回流塊6壓緊後，絕緣片4厚度極小，整個線圈3完全處於由基座2和回流塊6組成的金屬屏蔽盒內，此時電流測量裝置具有極高的抗電磁幹擾能力，所測電流波形幾乎不受電磁脈衝影響，波形不失真、測量精度高。因為除了放電電極間隙擊穿的主放電電流外，其它迴路的電流並不繞線圈流動並被檢測，因此排除了其它迴路電流的疊加影響。
[0034]如圖3所示，作為優化設計方案，放電電極I和基座2可以合為一體，採用同一種材料一體化加工而得，這樣電流測量裝置更為緊湊，但此時對放電電極的加工和安裝要更
為複雜一些。
[0035]本發明不局限於上述【具體實施方式】，比如絕緣片的製作材料可以選擇石墨材料以外的其它絕緣材料製成，基座、壓塊和固定螺釘也可選用其它金屬材料，線圈形狀可以是直線型或圓弧型，線圈的繞制方法可根據實際需要進行改變，線圈匝間可以並接阻尼電阻改善其特性，線圈採用外積分方式等待。以上變化，均在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種氣體放電電流測量裝置，其特徵在於:包括放電電極(I)、羅科夫斯基線圈組件(3 )、基座(2 )、回流塊(6 )和絕緣片(4)，所述的放電電極(I)固定在基座(2 )的側面，所述基座(2)的上端開有長條槽，回流塊(6)通過固定螺釘(5)固定在長條槽上蓋處，並使得基座(2)和回流塊(6)構成閉合空腔(3)，所述的羅科夫斯基線圈組件(3)設置在閉合空腔(3)內，且線圈芯軸方向與長條槽的長度方向一致，所述的絕緣片(4)設置在長條槽和回流塊(6 )之間，並使得放電電極(I)處的電流依次通過基座(2 )的表面和固定螺釘(5 )後，流入回流塊(6)。
2.根據權利要求1所述的氣體放電電流測量裝置，其特徵在於:所述的放電電極(I)和基座(2)採用同一塊材料一體化加工而得。
3.根據權利要求1所述的氣體放電電流測量裝置，其特徵在於:所述的羅科夫斯基線圈組件(3)包括羅科夫斯基線圈、積分電阻(23)和電纜接頭(24)，所述的電纜接頭(24)的接地端與基座(3)相聯，所述積分電阻(23)的一端與電纜接頭(24)接地端和線圈的一個抽頭相聯，積分電阻(23)的另一端與電纜接頭(24)的信號端和線圈的另一個抽頭相聯。
4.根據權利要求3所述的氣體放電電流測量裝置，其特徵在於:所述羅科夫斯基線圈組件(3)滿足下面的關係: R+r《ω L 其中r為線圈內阻、L為線圈電感、R為積分電阻阻值，i為測量迴路電流，ω為角頻率。
5.根據權利要求3所述的氣體放電電流測量裝置，其特徵在於:所述羅科夫斯基線圈由金屬導線纏繞在絕緣芯軸上製成，所述金屬導線外部有絕緣層。
6.根據權利要求5所述的氣體放電電流測量裝置，其特徵在於:所述的絕緣芯軸為塑料軟管。
7.根據權利要求1所述的氣體放電電流測量裝置，其特徵在於:所述的回流塊(6)與放電迴路連接。
8.根據權利要求1所述的氣體放電電流測量裝置，其特徵在於:所述的放電電極(I)為長條形，其長度方向線圈芯軸方向一致。
9.根據權利要求1所述的氣體放電電流測量裝置，其特徵在於:所述的基座(2)由硬鋁製作而成，所述的絕緣片(4)為塑料或石墨材料製成。
10.根據權利要求1所述的氣體放電電流測量裝置，其特徵在於:所述的固定螺釘(5)和回流塊(6)均為金屬材料。
【文檔編號】G01R19/00GK103869143SQ201410078448
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月5日 優先權日:2014年3月5日
【發明者】易愛平, 馬連英, 於力, 黃珂, 唐影, 朱峰, 錢航, 劉晶儒 申請人:西北核技術研究所