专利名称：电容分压器线下方波响应实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于脉冲高电压测量技术领域，具体涉及一种电容分压器线下方波响 应实验装置，应用于脉冲功率装置上使用的电容分压器的频率响应能力的检测。
背景技术：
电容分压器是脉冲功率装置上常用的脉冲高电压测量探头。分压器需要进行标定 以确定刻度因素和频率响应能力等性能参数。国军标GJB6367-2008《纳秒级分压器和电流 线圈的方波标校方法》中的相关规定给出电容分压器标定方法为在线标定，即电容分压器 安装在被测量装置上，给被测量装置馈入脉冲信号来实现。在线标定方法需要为被测量装 置设计相应的信号馈入装置，对于一些大型装置的绝缘堆和传输线，实现纳秒量级快前沿 方波信号的馈入存在一定的困难。并且由于测量高电压的电容分压器分压比较大，会产生 标定时分压器输出信号小，波形干扰严重的问题。在标定过程中，还需要实现信号源与被测 量装置的阻抗匹配，可能存在被测量装置上的电压低于信号源的输出电压以及匹配不好造 成波形畸变的问题。脉冲功率装置上使用的电容分压器高压臂为结构电容，因此刻度因素应当使用在 线标定来确定。如果使用前沿为几十至百纳秒量级的信号进行标定，解决馈入和匹配等问 题比较容易，但不能检验电容分压器对纳秒量级前沿的快信号响应能力。
发明内容为检验电容分压器对纳秒量级前沿快信号的响应能力，本实用新型提供一种电容 分压器线下方波响应实验装置。本实用新型能实现信号源、射频电缆和被标定分压器的匹 配，测量被标定分压器的输入和输出电压，可以实现电容分压器的方波响应特性分析。本实用新型的电容分压器线下方波响应实验装置，其特点是，所述的装置中的方 波信号源的输出连接到输入信号电缆的一端，输入信号电缆的另一端与三通连接器连接。 三通连接器的另两端分别连接源输出信号电缆和转接电缆的一端，源输出信号电缆的另一 端与源输出信号连接器连接，转接电缆的另一端与电极连接。电极与电容分压器之间通过 绝缘材料隔离；电容分压器的输出端与分压器输出信号电缆的一端连接，分压器输出信号 电缆的另一端与分压器输出信号连接器连接。本实用新型的电容分压器线下方波响应实验装置的电路中的电极、电容分压器 和绝缘材料形成一结构电容。本实用新型中的方波信号源的脉冲电压通过输入信号电缆和匹配电阻被示波器 测试通道记录，与输入信号电缆连接的三通连接器将方波信号源电压通过电极和绝缘耦合 到电容分压器，电极与电容分压器形成线下标定时的高压臂电容。分压器输出信号电缆连 接到示波器测试通道，记录电容分压器的输出信号。三通连接器与电极之间转接电缆的长 度为0. 5cnTl. 5cm，对应的电长度0. 025、. 075 ns,因此对ns量级前沿的方波脉冲没有影 响。由于线下标定实验时，不改变电容分压器的结构，因此分压器的分布参数及频率响应能力不发生改变。设计合适的电极面积以及绝缘厚度，可以使高压臂电容的容抗远大于50 Ω，可视为高阻，因此对于通过源输出信号电缆、匹配电阻和示波器测试通道构成的50 Ω 回路没有影响。同时，适当的电极和绝缘也可以使电容分压器输出电压幅值合适，满足了电 容分压器的方波标定的需求。本实用新型可以解决电容分压器在一些大型装置绝缘堆和传输线上在线标定时 出现的馈入信号畸变问题，通过电容分压器的线下标定能够检验电容分压器对纳秒量级前 沿快信号的响应能力。标定时，由于与负载电阻回路并联的电容分压器的电抗很高，方波信 号源的等效负载为50 Ω，直接实现了阻抗匹配而无需使用阻抗变换器，结构简单且避免了 由于阻抗失配造成的信号畸变问题。由于线下标定时电容分压器的输出电压由电极面积和 绝缘厚度决定，设计合适的尺寸可以得到百毫伏量级的输出电压，因此提高了信噪比，能够 解决标定时的干扰问题。

图1为本实用新型实施例的结构示意图。图2为本实用新型实施例的电路原理图。图3为本实用新型实施例得到的波形效果图。图中，1.方波信号源 2.输入信号电缆 3.三通连接器 4.源输出 信号电缆 5.源输出信号连接器 6.转接电缆 7.电极 8.绝缘材料 9.电容分压器 10.分压器输出信号电缆 11.分压器输出信号连接器 21.高 压臂电容 22.对地电容 31.匹配电阻 32.积分电路 33.示波器测试通 道I 34.示波器测试通道II。
具体实施方式
以下结合附图详细描述对本实用新型作进一步的详细描述。 实施例图1为本实用新型的结构示意图，从图1中可以看出，本实用新型的本实用新型的 电容分压器线下方波响应实验装置中，方波信号源1的输出连接到输入信号电缆2的一端。 输入信号电缆2的另一端与三通连接器3连接。三通连接器3的另两端分别与连接源输出 信号电缆4的一端和转接电缆6的一端连接。源输出信号电缆4的另一端与源输出信号连 接器5连接，转接电缆6的另一端与电极7连接。电极7与电容分压器9之间通过绝缘材 料8隔离，电容分压器9的输出端与分压器输出信号电缆10的一端连接，分压器输出信 号电缆10的另一端与分压器输出信号连接器11连接。本实施例中转接电缆6长度为1厘 米。图2为本实用新型中的电路原理图。从图2中可看出，本实用新型中方波信号源 1的脉冲输出电压通过输入信号电缆2后连接到两个并联的回路。一个回路是由波阻抗为 50 Ω的源输出信号电缆4，以及电阻值为50 Ω的匹配电阻31和示波器测试通道133组 成。由于这个回路是50 Ω匹配的，因此示波器测试通道133所记录的波形是方波信号源 1的脉冲输出电压，即电容分压器的输入电压。另一个回路是电容分压器9及其输出回路，包括分压器输出信号电缆10、积分电路32以及示波器测试通道1134，示波器测试通道1134 得到电容分压器的输出电压。在图2中，电容分压器9用高压臂电容21和对地电容22替 代表示。高压臂电容21是电容分压器9与绝缘材料8和电极7形成的结构电容。当设置 电极7的面积以及绝缘材料8的厚度为合适值，使高压臂电容21的容抗远远大于1 kQ，则 该回路对通过源输出信号电缆4的另一个并联回路没有影响。根据高压臂电容21与积分 电路32的数值计算电容分压器9的分压比，可以得到幅值和信噪比合适的输出电压。对比 电容分压器9的输入和输出电压可以实现电容分压器9的方波响应分析。图3为本实用新型实施例得到的波形效果图。本实施例中方波信号源采用惠普公 司生产的型号为HP8114A的产品。图3中上方波形为源输出信号波形；中间和下方的波形 为本实用新型连接不同的电容分压器时得到的分压器输出波形，波形图的横坐标为20 ns/ 格。中间的输出波形与源输出信号波形一致，表明电容分压器方波响应合格；下方的输出波 形与源输出信号波形不一致，表明电容分压器方波响应不合格。通过本实用新型可以检验 电容分压器对纳秒量级前沿快信号的响应能力。以上对本实用新型的详细描述是按照电容分压器9为外积分式，且连接积分电路 32的方式进行的。可以想到，如果分压器输出信号连接器11连接是匹配电阻，记录波形后 使用数值积分的方式得到电容分压器的输出电压，或者电容分压器9为自积分式电容分压 器，分压器输出信号连接器11连接匹配电阻的直接得到电容分压器的输出电压等方式，也 在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种电容分压器线下方波响应实验装置，其特征是所述的装置中的方波信号源(1)的输出连接到输入信号电缆(2)的一端，输入信号电缆(2)的另一端与三通连接器(3)连接；三通连接器(3)的另两端分别连接源输出信号电缆(4)和转接电缆(6)的一端，源输出信号电缆(4)的另一端与源输出信号连接器(5) 连接，转接电缆(6)的另一端与电极(7)连接；电极 (7)与电容分压器(9)之间通过绝缘材料(8)隔离；电容分压器(9)的输出端与分压器输出信号电缆(10)的一端连接，分压器输出信号电缆(10)的另一端与分压器输出信号连接器(11)连接。
2.根据权利要求1所述的电容分压器线下方波响应实验装置，其特征是所述的转接 电缆(6)的长度为0.5 cm 1.5cm。
专利摘要本实用新型提供一种电容分压器线下方波响应实验装置。本实用新型中的方波信号源的输出连接到输入信号电缆的一端，输入信号电缆的另一端与三通连接器连接。三通连接器的另两端分别连接源输出信号电缆和短电缆的一端，源输出信号电缆的另一端与源输出信号连接器连接，短电缆的另一端与电极连接，电极与电容分压器之间通过绝缘材料隔离。电容分压器的输出端与分压器输出信号电缆的一端连接，分压器输出信号电缆的另一端与分压器输出信号连接器连接。本实用新型能实现信号源、射频电缆和被标定分压器的匹配，测量被标定分压器的输入和输出电压，可以实现电容分压器的方波响应特性分析。
文档编号G01R15/06GK201725026SQ20102025198
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者丰树平, 仇旭, 付佳斌, 卫兵, 卿燕玲, 杨礼兵 申请人:中国工程物理研究院流体物理研究所