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CN108152554B - 一种测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器 - Google Patents

一种测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器，所述的电容分压器中的底座Ⅰ和底座Ⅱ分别位于被测同轴电缆的内导体以及被测电缆绝缘的两侧，使用螺钉锁紧，使底座Ⅰ和底座Ⅱ的半圆槽环抱在被测电缆绝缘的外侧。被测同轴电缆的外导体连接于底座Ⅰ和底座Ⅱ形成的组合体的两侧。保证了被测电缆绝缘性能以及阻抗的一致性。以电阻补偿电容电极和底座Ⅲ的中心孔内壁为电极，以补偿电容绝缘为介质，构成电阻补偿电容，扩展了电容分压器的高低频响应能力，适用于快前沿脉冲信号的测量；当调整电极箔为翼形结构，增大电极箔的尺寸时，又能够有效拓展电容分压器的低频特性。该电容分压器适用于测量同轴电缆中传输的脉冲高电压。

Description

一种测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器
技术领域
本发明属于脉冲高电压测量技术领域，具体涉及一种测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器。
背景技术
在脉冲高电压测量中，电容分压器是常用的测量手段。对于脉冲信号探测器，频率响应范围是决定测量结果正确性的关键因素。只有频响范围满足要求的电容分压器才能够正确测量相应前沿和脉宽的脉冲信号。由于分布参数的影响，设计高频和低频特性兼顾的电容分压器是困难的。例如，现有的用于测量脉宽为百纳秒量级的电容分压器高频特性只能适应前沿慢于10ns量级的信号测量，参见《一种电容补偿型高压电容分压器的设计》(高景明等，高电压技术2007年33卷第6期)和《脉冲功率装置中电容分压器的设计和应用》(卫兵等，高电压技术2007年33卷第12期)；而用于测量前沿快于ns量级信号的电容分压器则通常难以测量脉宽为数十ns以上的脉冲信号，参见《纳秒级不同脉宽的信号对电容分压器的影响》(欧阳佳等，高电压技术2004年30卷第12期)。
在设计针对测量同轴电缆传输的脉冲高电压的电容分压器时，除了解决上述问题以外，还需要设计相应结构以实现电容分压器底座与被测电缆的适当连接，以保持被测同轴电缆的绝缘性能，并且确保被测电缆阻抗一致，保持被测电缆的传输性能不变。目前公开的电容分压器只给出了原理示意图，而缺少针对同轴电缆的具体结构设计，不能推广到工业应用中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器。
本发明的测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器，其特点是，所述的电容分压器的底座Ⅰ和底座Ⅱ分别位于被测同轴电缆的内导体以及被测电缆绝缘的两侧，使用螺钉锁紧，使底座Ⅰ和底座Ⅱ的半圆槽环抱在被测电缆绝缘的外侧，被测同轴电缆的外导体连接于底座Ⅰ和底座Ⅱ形成的组合体的两侧；绝缘膜与电极箔以被测同轴电缆的内导体为轴心，从内到外依次覆盖在底座Ⅰ半圆槽中；底座Ⅲ固定在底座Ⅰ的外侧，电阻位于底座Ⅲ中心孔的中轴线上，电阻的一端与电极箔焊接，电阻的另一端与电阻补偿电容电极的一端焊接，电阻补偿电容电极的另一端与电缆座的芯线连接；所述的电容分压器获取的脉冲电压测量信号通过测试信号电缆传输至示波器测试通道记录。
以所述的被测同轴电缆的内导体和电极箔为电极，以所述的被测电缆绝缘为介质，构成了高压臂结构电容。
以所述的电极箔和底座Ⅰ为电极，以绝缘膜为介质，构成了低压臂结构电容。
以所述的电阻补偿电容电极和底座Ⅲ的中心孔内壁为电极，以所述的补偿电容绝缘膜为介质，构成了电阻补偿电容。
所述的电极箔沿底座Ⅰ的半圆槽两侧延展，形成翼形结构。
本发明的测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器中的底座Ⅰ和底座Ⅱ的半圆槽环抱在被测电缆绝缘的外侧。被测同轴电缆的外导体连接于底座Ⅰ和底座Ⅱ形成的组合体的两侧。该结构保证了被测电缆绝缘性能，并且保持了被测同轴电缆阻抗的一致性，实现了被测同轴电缆中脉冲高电压信号的保真传输。电阻补偿电容扩展了电容分压器的高频响应能力，适用于快前沿脉冲信号的测量；调整电极箔为翼形结构后，增大了电极箔的尺寸，能够有效拓展电容分压器的低频特性。本发明的测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器具有频率响应范围宽的特点，适合安装在高压同轴电缆上，测量其传输的脉冲高电压。
附图说明
图1为本发明的测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器的电路原理图；
图2为本发明的测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器的结构示意图；
图3为本发明的测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器中的翼形电极箔示意图；
图中，1.高压臂结构电容2.低压臂结构电容3.电阻4.电阻等效串联电容5.电阻等效对地电容6.电阻补偿电容7.测试信号电缆8.示波器匹配电阻9.示波器测试通道11.底座Ⅰ12.底座Ⅱ13.绝缘膜14.电极箔15.电阻补偿电容电极16.补偿电容绝缘膜17.电缆座18.底座Ⅲ19.被测电缆内导体20.被测电缆绝缘21.被测电缆外导体22.螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对详细说明本发明。
如图1所示，图1虚线框中的高压臂结构电容1、低压臂结构电容2、电阻3包含实际存在的电阻等效串联电容4和电阻等效对地电容5以及电阻补偿电容6构成了本发明电容分压器。本发明与公开的电容分压器在电路设计上的主要区别是设置了电阻补偿电容6，改善了电容分压器的高频特性。
如图2所示，本发明的测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器的底座Ⅰ11和底座Ⅱ12分别位于被测同轴电缆的内导体19以及被测电缆绝缘20的两侧，使用螺钉22锁紧，使底座Ⅰ11和底座Ⅱ12的半圆槽环抱在被测电缆绝缘20的外侧，被测同轴电缆的外导体21连接于底座Ⅰ11和底座Ⅱ12形成的组合体的两侧；绝缘膜13与电极箔14以被测同轴电缆的内导体19为轴心，从内到外依次覆盖在底座Ⅰ11半圆槽中；底座Ⅲ18固定在底座Ⅰ11的外侧，电阻3位于底座Ⅲ18中心孔的中轴线上，电阻3的一端与电极箔14焊接，电阻3的另一端与电阻补偿电容电极15的一端焊接，电阻补偿电容电极15的另一端与电缆座17的芯线连接；所述的电容分压器获取的脉冲电压测量信号通过测试信号电缆7传输至示波器测试通道9记录。
以所述的被测同轴电缆的内导体19和电极箔14为电极，以所述的被测电缆绝缘20为介质，构成了高压臂结构电容1。
以所述的电极箔14和底座Ⅰ11为电极，以绝缘膜13为介质，构成了低压臂结构电容2。
以所述的电阻补偿电容电极15和底座Ⅲ18的中心孔内壁为电极，以所述的补偿电容绝缘膜16为介质，构成了电阻补偿电容6。
实施例1
本发明的测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器的底座Ⅰ11和底座Ⅱ12分别位于被测同轴电缆的内导体19以及被测电缆绝缘20的两侧，使用螺钉22锁紧，使底座Ⅰ11和底座Ⅱ12的半圆槽环抱在被测电缆绝缘20的外侧。被测同轴电缆的外导体21连接于底座Ⅰ11和底座Ⅱ12形成的组合体的两侧。绝缘膜13与电极箔14依次覆盖在底座Ⅰ11半圆槽中。以被测同轴电缆的内导体19和电极箔14为电极，以被测电缆绝缘20为介质，构成高压臂结构电容1；以电极箔14和底座Ⅰ11为电极，以绝缘膜13为介质，构成低压臂结构电容2。底座Ⅲ18位于底座Ⅰ11的外侧，电阻3位于底座Ⅲ18中心孔的中轴线上，一端与电极箔14焊接，另一端与电阻补偿电容电极15的一端焊接。电阻补偿电容电极15的另一端与电缆座17连接，进而通过测试信号电缆7将脉冲电压测量信号传输至示波器测试通道9记录。本发明中，以电阻补偿电容电极15和底座Ⅲ18的中心孔内壁为电极，以补偿电容绝缘膜16为介质，构成电阻补偿电容6。本实施例的电阻3长度约6mm，电阻值为9kΩ，电阻补偿电容电极15的直径为7.2mm，长度约6mm，补偿电容绝缘膜16的厚度为150μm，电阻补偿电容6的电容量约为17pF，该电容分压器的频率上限高于2GHz，可以满足前沿为亚ns的脉冲信号测量需求。
实施例2
本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是改变了电极箔14。如图3所示，将电极箔14沿底座Ⅰ11的半圆槽两侧延展形成翼形结构，并且底座Ⅱ12的半圆槽中也覆盖与绝缘膜13相同的薄膜。则低压臂结构电容2可以放大数倍。根据电容分压器测量原理可知，该方法能够有效拓展电容分压器的低频特性；并且该结构电容的电感极小，基本不影响电容分压器的频率上限。本实施例中，底座Ⅰ11和底座Ⅱ12的半圆槽的半径为3.6mm，电极箔14的长度约为35mm，翼形部分的宽度约为8mm，绝缘膜13的厚度约为50μm，低压臂结构电容2约为500pF，该电容分压器的低频限值低于30kHz，而频率上限仍高于500MHz，可以满足脉宽为数百ns、前沿为ns量级的脉冲信号测量需求。
本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器，其特征在于：
所述的电容分压器的底座Ⅰ（11）和底座Ⅱ（12）分别位于被测同轴电缆的内导体（19）以及被测电缆绝缘（20）的两侧，使用螺钉（22）锁紧，使底座Ⅰ（11）和底座Ⅱ（12）的半圆槽环抱在被测电缆绝缘（20）的外侧，被测同轴电缆的外导体（21）连接于底座Ⅰ（11）和底座Ⅱ（12）形成的组合体的两侧；绝缘膜（13）与电极箔（14）以所述被测同轴电缆的内导体（19）为轴心，从内到外依次覆盖在底座Ⅰ（11）半圆槽中；底座Ⅲ（18）固定在底座Ⅰ（11）的外侧，电阻（3）位于底座Ⅲ（18）中心孔的中轴线上，电阻（3）的一端与电极箔（14）焊接，电阻（3）的另一端与电阻补偿电容电极（15）的一端焊接，电阻补偿电容电极（15）的另一端与电缆座（17）的芯线连接；以所述的电阻补偿电容电极（15）和底座Ⅲ（18）的中心孔内壁为电极，以补偿电容绝缘膜（16）为介质，构成了电阻补偿电容（6）；所述电阻（3）的阻值为9kΩ；
所述的电容分压器获取的脉冲电压测量信号通过测试信号电缆（7）传输至示波器测试通道（9）记录。
2.根据权利要求1所述的一种测量同轴电缆脉冲电压的电容分压器，其特征在于：所述的电极箔（14）沿底座Ⅰ（11）的半圆槽两侧延展，形成翼形结构。
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