專利名稱：一種方波發(fā)生器、電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高功率脈沖技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電方波發(fā)生器、電阻分壓器標(biāo)定 系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在高功率脈沖技術(shù)領(lǐng)域，如何準(zhǔn)確地測量高壓快前沿脈沖信號是人們不斷研究的 課題。采用水電阻分壓器是一種應(yīng)用很廣泛的測量手段，在水電阻分壓器使用之前，需要對 水電阻分壓器進(jìn)行標(biāo)定。目前較普遍的標(biāo)定方法是使用方波源、利用比對法進(jìn)行標(biāo)定。可 以使用方波發(fā)生器作為方波源。方波發(fā)生器通常指一種脈沖電壓源，能夠產(chǎn)生一定上升時 間、一定脈沖寬度、波形為矩形的脈沖。但是，現(xiàn)有的方波源輸出方波的上升沿大多速度較慢，不能滿足標(biāo)定納秒級響應(yīng) 的水電阻分壓器的要求。此外，水電阻分壓器的標(biāo)定系統(tǒng)不規(guī)范，連線對標(biāo)定結(jié)果影響較大。在實際應(yīng)用 中，由于水電阻分壓器的響應(yīng)時間與其對地電容密切相關(guān)，當(dāng)對地電容變大，分壓器的響應(yīng) 將變慢；由于水電阻分壓器的尺寸比較大，如果接線回路所圍成的面積變大，將因為回路電 感加大的原因，難以測得較快上升沿的方波信號。

發(fā)明內(nèi)容
本公開要解決的一個技術(shù)問題是提供一種電阻分壓器的標(biāo)定系統(tǒng)，其方波源上升 沿的速度較快。本公開的一個方面提供一種電阻分壓器的標(biāo)定系統(tǒng)，包括方波發(fā)生器，和與方波 發(fā)生器相連的水電阻分壓器；方波發(fā)生器用于提供方波信號，包括依次連接的直流電壓生 成器、脈沖形成線、高壓氣體開關(guān)和輸出端；其中，直流電壓生成器用于輸出直流電壓為脈 沖形成線充電；當(dāng)高壓氣體開關(guān)的火花間隙被脈沖形成線的電壓擊穿時，輸出端輸出方波信號。根據(jù)本公開的一個方面提供的電阻分壓器的標(biāo)定系統(tǒng)，方波發(fā)生器使用脈沖形成 線和氣體開關(guān)配合工作，能夠產(chǎn)生上升沿速度較快的方波脈沖。本公開要解決的一個技術(shù)問題是提供一種電阻分壓器的標(biāo)定方法，能夠滿足標(biāo)定 納秒級響應(yīng)的水電阻分壓器對方波信號的要求。本公開的一個方面提供一種電阻分壓器的標(biāo)定方法，包括通過直流電壓為脈沖 形成線充電；通過脈沖形成線的電壓擊穿高壓氣體開關(guān)的火花間隙以輸出方波信號；
將方波信號分為兩路信號，其中，第一路信號不經(jīng)過水電阻分壓器傳輸給示波器， 第二路信號經(jīng)水電阻分壓器傳輸給示波器，以便通過對比兩路信號對水電阻分壓器進(jìn)行標(biāo)定。 根據(jù)本公開的一個方面提供的電阻分壓器的標(biāo)定方法，使用脈沖形成線和氣體開關(guān)配合工作，產(chǎn)生上升沿速度較快的方波脈沖，能夠滿足標(biāo)定納秒級響應(yīng)的水電阻分壓器 對方波信號的要求。本公開的一個方面還提供一種方波發(fā)生器，包括依次連接的直流電壓生成器、脈 沖形成線、高壓氣體開關(guān)和輸出端；直流電壓生成器用于輸出直流電壓為脈沖形成線充電； 當(dāng)高壓氣體開關(guān)的火花間隙被脈沖形成線的電壓擊穿時，輸出端輸出方波信號。根據(jù)本公開的一個方面提供的方波發(fā)生器，使用脈沖形成線和氣體開關(guān)配合工 作，能夠上升沿速度較快的方波脈沖。


圖1(a)示出本發(fā)明的水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)的一個實施例的示意圖；圖1(b)示出本發(fā)明的方波發(fā)生器的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖；圖2示出本發(fā)明的方波發(fā)生器的另一個實施例的結(jié)構(gòu)圖；圖3示出本發(fā)明的水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖；圖4示出本發(fā)明的水電阻分壓器標(biāo)定方法的一個實施例的流程圖；圖5示出本發(fā)明的水電阻分壓器標(biāo)定方法的另一個實施例的流程圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述，其中說明本發(fā)明的示例性實施例。圖1示出本發(fā)明的水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。其中圖1(a) 示出該實施例標(biāo)定系統(tǒng)的示意圖，圖1(b)示出該實施例方波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖。在圖1(a) 中，該標(biāo)定系統(tǒng)包括方波發(fā)生器11、水電阻分壓器12和示波器13。方波發(fā)生器11產(chǎn)生方 波信號；將方波信號分成兩路信號，分別傳輸給水電阻分壓器12和示波器13 ；水電阻分壓 器12對方波信號響應(yīng)后輸出給示波器13，根據(jù)示波器13對水電阻分壓器12進(jìn)行標(biāo)定。在 圖1 (b)中，方波發(fā)生器11包括依次連接的直流電壓生成器111、脈沖形成線112、高壓氣體 開關(guān)113和輸出端114。直流電壓生成器111用于輸出直流電壓為脈沖形成線112充電； 當(dāng)高壓氣體開關(guān)113的火花間隙被脈沖形成線112的電壓擊穿時，輸出端114輸出方波信 號。脈沖形成線可以是一定長度的電纜。本發(fā)明實施例的方波發(fā)生器例如可以產(chǎn)生上升沿 約為2ns、脈寬約100ns、幅值約4kV的方波脈沖。在上述實施例中，利用脈沖形成線充、放電得到上升沿為納秒級的方波脈沖，克服 了現(xiàn)有技術(shù)中方波源輸出方波信號上升沿速度較慢的問題，能夠滿足標(biāo)定納秒級響應(yīng)的水 電阻分壓器的要求。方波發(fā)生器的輸出電壓高，在保證上升沿約2ns的情況下幅度能夠達(dá) 到約4kV。水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)通過使用上述方波發(fā)生器作為方波源，能夠滿足標(biāo)定納秒 級響應(yīng)的水電阻分壓器的要求。圖2示出本發(fā)明的方波發(fā)生器的另一個實施例的結(jié)構(gòu)圖。在該實施例中，直流電 壓發(fā)生器200包括調(diào)壓器211、交流變壓器212和整流器213。其中，調(diào)壓器211輸出低交 流電壓到交流變壓器212 ；交流變壓器212對調(diào)壓器211輸出的低交流電壓進(jìn)行升壓，輸出 到整流器213 ；整流器213將交流變壓器212輸出的升壓后的交流電壓整流為直流電壓，為 脈沖形成線112充電。調(diào)整高壓氣體開關(guān)113的火花間隙間距以及所氣體(例如氮氣)的 氣壓，使得高壓氣體開關(guān)113的火花間隙擊穿，則在輸出端114得到一納秒級上升沿的方波信號。上述實施例的方波發(fā)生器，使用脈沖形成線和氣體開關(guān)配合工作，能夠產(chǎn)生上升 沿為納秒級的方波脈沖，輸出電壓高，體積小，攜帶方便。圖3示出本發(fā)明的水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖。如圖3所示， 在該實施例中，由方波發(fā)生器31產(chǎn)生方波脈沖(方波信號)，經(jīng)功分器34將該信號分成兩 路，一路經(jīng)同軸衰減器35降低幅度后傳輸給示波器33，另一路傳輸給納秒級響應(yīng)水電阻分 壓器32，兩路測量得到的信號經(jīng)由信號傳輸系統(tǒng)送到示波器33。功分器全稱功率分配器， 可以將一路輸入信號分成兩路輸出能量相等的信號，便于測量和連結(jié)。同軸衰減器指物理 結(jié)構(gòu)為同軸形式的功率衰減器。同軸結(jié)構(gòu)能夠減小衰減器自身的電感，減小信號失真度，功 率衰減器能夠?qū)⑤斎胄盘柟β式档?，使得輸出信號功率小于輸入信號。圖3中使用的同軸 衰減器的頻帶寬度例如為4GHz，使得測得的信號失真度很小，便于準(zhǔn)確地標(biāo)定水電阻分壓32 ο根據(jù)本公開的一個方面，水電阻分壓器的周圍設(shè)置有屏蔽裝置，該屏蔽裝置例如 由銅皮等導(dǎo)體組成。在圖3中，水電阻分壓器32垂直安裝，信號由電纜輸入。電纜外皮接 上部水平放置銅皮37，然后通過垂直銅皮37連接下部水平放置銅皮37，下部銅皮37接水 電阻分壓器32接地端。電纜芯直接接水電阻分壓器32高壓端部。周邊的銅皮37起到屏 蔽作用，下面的銅皮模擬地，上面的電纜芯模擬高壓導(dǎo)體，左邊使用較寬的銅皮(左邊銅皮 的寬度例如在20-30CM之間)，而不是用銅線，電感很小，整套系統(tǒng)的回路電感很小，有利于 測得較準(zhǔn)確的信號。在上述實施例中，采用銅皮屏蔽的納秒級響應(yīng)水電阻分壓器測量系統(tǒng)，以降低回 路電感，能夠模擬真實使用場合，例如GIS(fets Insulated Switchgear)傳輸筒的情況。整 個系統(tǒng)體積小，可作為便攜式的設(shè)備使用。根據(jù)本公開的一個方面，同軸衰減器35和示波器33之間使用同軸電纜36傳輸信 號，水電阻分壓器32和示波器33之間使用同軸電纜36傳輸信號，且在同軸電纜36的末 端、與示波器接口處加裝阻抗與同軸電纜的阻抗匹配的電阻38，消除了波的全反射現(xiàn)象，改 善了波形。例如，同軸電纜阻抗是50歐姆，可以在同軸電纜末端加裝50歐匹配電阻，避免 波形發(fā)生全反射從而導(dǎo)致測量幅值翻倍，改善了波形。圖4示出本發(fā)明的水電阻分壓器標(biāo)定方法的一個實施例的流程圖。
如圖4所示，在步驟402，通過直流電壓為脈沖形成線充電。在步驟404，通過脈沖形成線的電壓擊穿高壓氣體開關(guān)的火花間隙以輸出方波信 號。例如可以產(chǎn)生上升沿約為2ns、脈寬約100ns、幅值約4kV的方波信號。在步驟406，將方波信號分為兩路信號，其中，第一路信號不經(jīng)過水電阻分壓器傳 輸給示波器，第二路信號經(jīng)水電阻分壓器傳輸給示波器，以便通過對比兩路信號對水電阻 分壓器進(jìn)行標(biāo)定。上述實施例中，利用脈沖形成線和氣體開關(guān)充、放電得到上升沿為納秒級的方波 脈沖，克服了現(xiàn)有技術(shù)中方波源輸出方波信號上升沿速度較慢的問題，能夠滿足標(biāo)定納秒 級響應(yīng)的水電阻分壓器的要求。方波發(fā)生器的輸出電壓高，在保證上升沿約2ns的情況下 幅度能夠達(dá)到約4kV。水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)通過使用上述方波發(fā)生器作為方波源，能夠滿 足標(biāo)定納秒級響應(yīng)的水電阻分壓器的要求。
圖5示出本發(fā)明的水電阻分壓器標(biāo)定方法的另一個實施例的流程圖。如圖5所示，在步驟502，通過直流電壓為脈沖形成線充電。例如，通過調(diào)壓器輸出 較低電壓，經(jīng)交流變壓器升壓后整流為直流電壓，然后給脈沖形成線(例如，一定長度的電 纜)充電(電纜外皮接地)。在步驟504，調(diào)整高壓氣體開關(guān)的火花間隙間距和所充氣體(例如氮氣)的氣壓， 使得脈沖形成線的電壓擊穿高壓氣體開關(guān)的火花間隙，在輸出端輸出方波信號，例如，得到 具有納秒級上升沿的方波信號。在步驟506，例如通過功分器將方波信號分為兩路信號。功分器可以將一路輸入信 號分成兩路輸出能量相等的信號，便于測量和連結(jié)。在步驟508，將一路方波信號經(jīng)過同軸衰減器傳輸給示波器。同軸衰減器的同軸結(jié) 構(gòu)能夠減小衰減器自身的電感，減小信號失真度；功率衰減器能夠?qū)⑤斎胄盘柟β式档停?得輸出信號功率小于輸入信號。在步驟510，將另一路信號經(jīng)水電阻分壓器傳輸給示波器，便對水電阻分壓器進(jìn)行 標(biāo)定。在本發(fā)明的實施例中，采用銅皮屏蔽的納秒級響應(yīng)水電阻分壓器，以降低回路電感， 能夠模擬真實使用場合，比如GIS (Gas Insulated Switchgear)傳輸筒的情況。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，同軸衰減器、水電阻分壓器和示波器之間都使用同軸電 纜傳輸信號，且在同軸電纜的末端、示波器接口處加裝阻抗與同軸電纜的阻抗匹配的電阻， 消除了波的全反射現(xiàn)象，改善了波形。例如，同軸電纜阻抗是50歐姆，可以在同軸電纜末端 加裝50歐匹配電阻，避免波形發(fā)生全反射從而導(dǎo)致測量幅值翻倍，改善了波形。本發(fā)明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明 限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯然的。選擇和描 述實施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理 解本發(fā)明從而設(shè)計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
權(quán)利要求
1.一種方波發(fā)生器，其特征在于，包括依次連接的直流電壓生成器、脈沖形成線、高壓 氣體開關(guān)和輸出端；所述直流電壓生成器用于輸出直流電壓為所述脈沖形成線充電；當(dāng)所述高壓氣體開關(guān)的火花間隙被所述脈沖形成線的電壓擊穿時，所述輸出端輸出方 波信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方波發(fā)生器，其特征在于，所述直流電壓發(fā)生器包括調(diào)壓器，用于輸出低交流電壓；交流變壓器，用于對所述調(diào)壓器輸出的低交流電壓進(jìn)行升壓，整流器，用于將所述交流變壓器輸出的升壓后的交流電壓整流為直流電壓，為所述脈 沖形成線充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方波發(fā)生器，其特征在于，通過調(diào)整所述高壓氣體開關(guān)的火 花間隙間距和所述高壓氣體開關(guān)所充氣體的氣壓使所述高壓氣體開關(guān)的火花間隙被擊穿， 從所述輸出端輸出方波信號。
4.一種水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1至3中任意一項所述的方 波發(fā)生器，以及與所述方波發(fā)生器相連的水電阻分壓器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述標(biāo)定系統(tǒng)還包括 功分器和示波器；所述方波發(fā)生器產(chǎn)生的方波信號經(jīng)所述功分器分成兩路信號，其中第一路信號傳輸給 所述示波器，第二路信號傳輸給所述水電阻分壓器，由所述水電阻分壓器傳輸給所述示波ο
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，在所述功分器和所述 示波器之間包括同軸衰減器，所述功分器輸出的第一路信號經(jīng)過所述同軸衰減器傳輸給所 述示波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述水電阻分壓器的 周圍設(shè)置有屏蔽裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述屏蔽裝置由銅皮 組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述同軸衰減器、所述 水電阻分壓器和所述示波器之間都使用同軸電纜傳輸信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，在所述同軸電纜的末 端、所述示波器接口處加裝阻抗與所述同軸電纜的阻抗匹配的電阻。
11.一種水電阻分壓器標(biāo)定方法，其特征在于，包括通過直流電壓為脈沖形成線充電；通過所述脈沖形成線的電壓擊穿高壓氣體開關(guān)的火花間隙以輸出方波信號；將所述方波信號分為兩路信號，其中，第一路信號不經(jīng)過所述水電阻分壓器傳輸給所 述示波器，第二路信號經(jīng)水電阻分壓器傳輸給示波器，以便通過對比兩路信號對所述水電 阻分壓器進(jìn)行標(biāo)定。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的標(biāo)定方法，其特征在于，所述水電阻分壓器的周圍設(shè)置有屏蔽裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的標(biāo)定方法，其特征在于，還包括 所述第二路信號經(jīng)過同軸衰減器后傳輸給所述示波器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的標(biāo)定方法，其特征在于，還包括所述同軸衰減器、所述水電阻分壓器和所述示波器之間都使用同軸電纜傳輸信號給所 述示波器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的標(biāo)定方法，其特征在于，還包括在所述同軸電纜的末端、所述示波器接口處加裝阻抗與所述同軸電纜的阻抗匹配的電
全文摘要
本發(fā)明公開一種水電阻分壓器標(biāo)定系統(tǒng)、方法和方波發(fā)生器。該標(biāo)定系統(tǒng)包括方波發(fā)生器，和與方波發(fā)生器相連的水電阻分壓器；方波發(fā)生器用于提供方波信號，包括連接的直流電壓生成器、脈沖形成線、高壓氣體開關(guān)和輸出端；其中，直流電壓生成器用于輸出直流電壓為脈沖形成線充電；當(dāng)高壓氣體開關(guān)的火花間隙被脈沖形成線的電壓擊穿時，輸出端輸出方波信號。本公開采用方波發(fā)生器對水電阻分壓器進(jìn)行標(biāo)定，產(chǎn)生的方波信號上升沿的速度比較快；采用同軸電纜連接方波源和規(guī)范的測量標(biāo)定系統(tǒng)以及被測水電阻分壓器，寬頻帶同軸衰減器能夠降低原波形的幅度且失真較小，使得最終能夠準(zhǔn)確地標(biāo)定水電阻分壓器。
文檔編號G01R35/02GK102053236SQ201010519809
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者丁衛(wèi)東, 張喬根, 李峰, 李志兵, 王浩, 馬賓 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 西安交通大學(xué)