CN105865623A - 一种用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统 - Google Patents
一种用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105865623A CN105865623A CN201610234678.5A CN201610234678A CN105865623A CN 105865623 A CN105865623 A CN 105865623A CN 201610234678 A CN201610234678 A CN 201610234678A CN 105865623 A CN105865623 A CN 105865623A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- air breakdown
- breakdown
- processing unit
- photoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 11
- 230000006399 behavior Effects 0.000 claims description 6
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000012770 industrial material Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J2001/4295—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors using a physical effect not covered by other subgroups of G01J1/42
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
- G01J2003/282—Modified CCD or like
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统，包括光纤采光头、采集传输光纤、光电检测处理单元，光纤采光头安装于采集传输光纤前端，采集传输光纤安装于光电检测处理单元前端，光电检测处理单元连接至高压系统，高压系统为大功率微波源供电；本系统基于击穿光物理特性诊断，设计了针对传输链路易击穿位置的快速光电检测和处理判决，光纤采光头将采集的击穿光信号经采集传输光纤传输到光电检测处理单元，通过光电转换和处理判断，当光脉冲幅值超过比较阈值时，则送出保护光信号以及时关断高压系统，在大功率微波发生空气击穿初期实现微秒级的快速响应，提高了传统光电检测保护的有效性，最大限度地保证大功率微波系统的安全。
Description
技术领域
本发明涉及大功率微波技术，特别是一种用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统。
背景技术
大功率微波广泛应用于电子通信、等离子体加热、受控热核聚变、工业材料处理等领域，具有重要的应用前景。大功率微波源主要由高压电源提供初级能源，固态器件和电真空器件进行微波放大，传输链路完成能量的高效传递。由于系统通常工作在高能状态，系统各部分均可能发生击穿现象，比如系统状态不稳定、绝缘性能下降导致的微波源内部击穿；由于强场、环境温湿度不当、负载失配等因素诱导的传输链路空气击穿。发生严重击穿时，其热、力的冲击在几十个微秒内就可能导致输出窗损坏，进而使得系统崩溃或失效。
目前，通过对大功率微波源内部的关键电流信号进行采样检测，能够有效减小和避免内部击穿现象。但是对于传输链路空气击穿现象，一直缺乏有效的检测手段。由于传输链路中发生击穿的位置随机，击穿光的物理特性不明确，使得基于光电检测式的技术手段没有取得较好的效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统，基于击穿光物理特性诊断，设计了针对传输链路易击穿位置的快速光电检测和处理判决，在大功率微波发生空气击穿初期的数微秒时间内，切断高压供电，通过微秒级的快速响应，提高了传统光电检测保护的有效性，最大限度地保证大功率微波系统的安全。
本发明的技术方案如下：
一种用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统，其特征在于：包括光纤采光头、采集传输光纤、光电检测处理单元，光纤采光头安装于采集传输光纤的前端，采集传输光纤安装于光电检测处理单元的前端，光电检测处理单元连接至高压系统，高压系统连接至大功率微波源；光纤采光头从波导开孔处采集到的击穿光信号经过采集传输光纤传输到光电检测处理单元，通过光电转换和处理判断，当击穿光信号的光脉冲幅值超过比较阈值时，则送出保护光信号，及时关断高压系统，实现保证大功率微波系统安全的目的。
所述击穿光信号是通过空气击穿光物理特性诊断获得，在空气击穿光物理特性诊断过程中可获取传输链路中易被击穿位置和击穿光的物理特性。
在传输链路中，波导开孔观测的位置，可选择三相点和场强集中区域。例如：输出窗、90°转弯处、渐变段等位置，都属于易发生空气击穿的位置。
所述波导开孔的孔径稍大于光纤采光头的外径，同时采光端面的平整能提高采光准直性和探测灵敏度；光纤采光头的长度不介入传输波导，这样不会对电磁波产生扰动。击穿光的物理特性分别通过光功率计、CCD式高速光谱仪、高速光电器件诊断其功率大小、光谱范围和时域特性。
所述光纤采光头为准直型光纤采光头。
所述采集传输光纤采用大芯径紫外石英光纤，具备大的芯径，提高采集和导光能力。仿真结果和试验测试都表明，常见的空气击穿光谱集中在紫外频段，通过优化光纤能尽量减小传输损耗。
所述光电检测处理单元采用光电探测器实现，光电探测器的响应带宽和光谱范围与获得的击穿光的物理特性匹配，达到最佳的探测效果。
本系统通过采样比较脉冲幅值，超过阈值时则送出保护光信号，及时关闭高压供电保证大功率微波系统的安全。为了提高检测判断的准确性和有效性，一方面需要通过后续的信号处理，排除链路中背景光的影响，还要设置合理的判决机制和提高电磁兼容效果，减小系统环境影响以降低误保护概率。
本发明的有益效果如下：
本发明是基于光电检测实现对大功率微波源链路的空气击穿检测保护，相比于传统检测方案，经过试验多次验证，具有较高的准确性和有效性，能在数微秒的时间内快速切断高压系统，能够适用于各种频段的大功率微波系统，具备普适性。
附图说明
图1为本发明的大功率微波空气击穿的快速检测保护系统示意图。
图中，附图标记为：光纤采光头，2采集传输光纤，3光电检测处理单元。
具体实施方式
如图1所示，首先利用根据大功率微波源传输链路的特点，选取传输链路中易击穿位置开孔作为检测点，开孔的方式尽量不影响微波的传输，然后通过CCD式光谱仪、高速光电器件诊断测试击穿弧光的光谱、时域特性，为后续光电探测器的选型提供参考依据。
采集到的击穿光经过光纤传输，进入光电检测处理单元。首先通过快速光电探测器完成光电转换后，弱信号再经过跨阻放大得到光脉冲。通过采样打火脉冲的幅值，并不断与阈值进行比较。在信号处理方面，尽量考虑背景光和系统环境的影响。光电检测单元送出的保护光信号，接入大功率微波系统的高压系统，当链路出现空气击穿并超过阈值时，快速的切断高压系统，保护大功率微波系统的安全。
Claims (8)
1.一种用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统，其特征在于：包括光纤采光头、采集传输光纤、光电检测处理单元，光纤采光头安装于采集传输光纤的前端，采集传输光纤安装于光电检测处理单元的前端，光电检测处理单元连接至高压系统，高压系统连接至大功率微波源；光纤采光头从波导开孔处采集到的击穿光信号经过采集传输光纤传输到光电检测处理单元，通过光电转换和处理判断，当击穿光信号的光脉冲幅值超过比较阈值时，则送出保护光信号以及时关断高压系统，保证大功率微波系统安全工作。
2.根据权利要求1所述的用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统，其特征在于：所述击穿光信号是通过空气击穿光物理特性诊断获得；在所述空气击穿光物理特性诊断过程中获取传输链路中易被击穿位置和击穿光的物理特性。
3.根据权利要求1或2所述的用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统，其特征在于：在传输链路中，波导开孔的观测位置选择三相点和场强集中区域。
4.根据权利要求3所述的用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统，其特征在于：所述波导开孔的孔径大于光纤采光头的外径，同时波导开孔的端面平整。
5.根据权利要求2所述的用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统，其特征在于：所述空气击穿光物理特性诊断中，通过光功率计、CCD式高速光谱仪、高速光电器件分别诊断击穿光的功率大小、光谱范围和时域特性。
6.根据权利要求1所述的用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统，其特征在于：所述光纤采光头为准直型光纤采光头。
7.根据权利要求1所述的用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统，其特征在于：所述采集传输光纤采用大芯径紫外石英光纤。
8.根据权利要求2或5所述的用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统，其特征在于：所述光电检测处理单元采用光电探测器实现，光电探测器的响应带宽和光谱范围与获得的所述击穿光的物理特性匹配。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610234678.5A CN105865623A (zh) | 2016-04-15 | 2016-04-15 | 一种用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610234678.5A CN105865623A (zh) | 2016-04-15 | 2016-04-15 | 一种用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105865623A true CN105865623A (zh) | 2016-08-17 |
Family
ID=56636316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610234678.5A Pending CN105865623A (zh) | 2016-04-15 | 2016-04-15 | 一种用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105865623A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107086341A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-22 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种基于包络波形特征的大功率传输波导打火保护装置 |
| CN108344377A (zh) * | 2018-03-12 | 2018-07-31 | 广东欧珀移动通信有限公司 | 激光投射模组、深度相机和电子装置 |
| CN114184900A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-03-15 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种用于微区域封闭空间强电场击穿监测系统 |
| CN115688475A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-02-03 | 南京理工大学 | 有效载荷微波器件低气压放电阈值高效预测方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004020537A (ja) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 光パルスのタイミングジッター計測方法およびそのための計測装置 |
| CN2784895Y (zh) * | 2004-11-09 | 2006-05-31 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 大功率波导弧光探测器 |
| CN1945650A (zh) * | 2006-10-18 | 2007-04-11 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种波导内微波击穿保护方法 |
| CN200982992Y (zh) * | 2006-10-18 | 2007-11-28 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 远距离波导弧光探测器 |
| CN103730878A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-04-16 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种4.6GHz高功率连续波系统保护方法 |
-
2016
- 2016-04-15 CN CN201610234678.5A patent/CN105865623A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004020537A (ja) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 光パルスのタイミングジッター計測方法およびそのための計測装置 |
| CN2784895Y (zh) * | 2004-11-09 | 2006-05-31 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 大功率波导弧光探测器 |
| CN1945650A (zh) * | 2006-10-18 | 2007-04-11 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种波导内微波击穿保护方法 |
| CN200982992Y (zh) * | 2006-10-18 | 2007-11-28 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 远距离波导弧光探测器 |
| CN103730878A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-04-16 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种4.6GHz高功率连续波系统保护方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 戴大富: "《微波管发射机输出波导打火检测及保护》", 《现代雷达》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107086341A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-22 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种基于包络波形特征的大功率传输波导打火保护装置 |
| CN107086341B (zh) * | 2017-04-21 | 2019-05-24 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种基于包络波形特征的大功率传输波导打火保护装置 |
| CN108344377A (zh) * | 2018-03-12 | 2018-07-31 | 广东欧珀移动通信有限公司 | 激光投射模组、深度相机和电子装置 |
| CN108344377B (zh) * | 2018-03-12 | 2020-05-15 | Oppo广东移动通信有限公司 | 激光投射模组、深度相机和电子装置 |
| CN114184900A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-03-15 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种用于微区域封闭空间强电场击穿监测系统 |
| CN115688475A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-02-03 | 南京理工大学 | 有效载荷微波器件低气压放电阈值高效预测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105865623A (zh) | 一种用于大功率微波空气击穿的快速检测与保护系统 | |
| CN102589689B (zh) | 具有自检验功能的光纤电弧光检测装置及其检测方法 | |
| CN107271058A (zh) | 一种高速自反馈的单光子探测淬火控制电路及控制方法 | |
| CN110829354B (zh) | 一种绝缘老化测试的击穿自动保护装置 | |
| CN103944355A (zh) | 一种基于cs短路保护电路的恒流开关电源 | |
| CN103809043A (zh) | 一种电弧光故障的检测判别方法 | |
| CN102519709B (zh) | 一种半导体激光器老化/寿命测试实时监测方法及系统 | |
| CN105044482B (zh) | 具有温度测量功能的光纤电弧光传感装置及其测量方法 | |
| CN109000822A (zh) | 分布式光纤测温装置 | |
| CN202454490U (zh) | 一种在线监测真空灭弧室真空度的断路器 | |
| CN100458865C (zh) | 一种波导内微波击穿保护方法 | |
| CN206696386U (zh) | 一种用于gis局部放电检测的光学传感器 | |
| CN106168511B (zh) | 一种具有测温功能的高压电缆插拔头 | |
| CN103575390B (zh) | 一种高精度的多通道火焰检测器 | |
| CN209446685U (zh) | 一种消除电快速瞬变脉冲群干扰的系统 | |
| CN205333119U (zh) | 一种智能中低压开关柜在线监测装置 | |
| CN104748842A (zh) | 一种弧光传感器的在线检测方法和系统 | |
| CN102412090A (zh) | 一种在线监测真空灭弧室真空度的断路器及其监测方法 | |
| CN204144217U (zh) | 一种x频段弧光探测器 | |
| CN109755927A (zh) | 一种雪崩光电二极管偏压保护系统 | |
| CN107703432A (zh) | 一种电力电子开关器件结温在线检测方法及检测电路 | |
| CN203465199U (zh) | 用于快速预测高温金属部件受热面失效趋势的手持式探头 | |
| CN206847792U (zh) | 一种高速自反馈的单光子探测淬火控制电路 | |
| CN107086341B (zh) | 一种基于包络波形特征的大功率传输波导打火保护装置 | |
| CN106198649A (zh) | 一种远距离测试电力电子设备湿度的装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160817 |