用于纳秒级高压脉冲测量的同轴－对称分立型电容分压器

摘要

纳秒级高压脉冲测量的同轴-对称分立型电容分压器，用于脉冲功率技术或电力系统纳秒级暂态高电压的测量，能够无损的将高幅值瞬态电压信号转换成示波器等记录仪器能够测量的低电压。该发明采用了4个分压器平衡横截面电场分布的测量方案，这种方式可以使分压器横截面的高频电场均匀分布，提高测量的响应带宽，同时，由于低压臂电容采用容值较大的分立电容元件，在实现较大的电容分压比时，较之现有的同轴型电容分压器，会大大减小分压器的外形尺寸，进一步减小电容分压器的寄生电感，提高测量带宽，同时给安装空间有限的条件下使用带来较大的便利。与现有技术相比，具有结构紧凑、体积小，响应频带宽的优点，适用于高电压快速变化的脉冲测量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种同轴-对称分立型电容分压器，具体涉及一种用于脉冲功率技术或电力系统的用于纳秒级高压脉冲测量的同轴-对称分立型电容分压器。

背景技术

当要测量的脉冲电压不太高，且被测量系统的负载阻抗较小时，用电阻分压器能准确测量脉冲电压。如果被测量系统的电压等级较高，则需要考虑电阻分压器的绝缘耐压问题，绝缘长度的增加以及绝缘材料的影响将增加电阻分压器的寄生电容和寄生电感，限制了测量带宽，另外，在被测系统的负载阻抗较大时，电阻分压器有分流作用，对被测系统会产生额外影响。

电容分压器是一种传统的电压测量装置，它克服了电阻分压器的缺点，对被测量系统影响非常小，分压比高。而其原理简单、响应快、功率较大、测量失真较小，广泛应用于高压实验系统。电容分压器一般可分为平板型、分立型和同轴型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够无损的将高幅值瞬态电压信号转换成示波器等记录仪器能够测量的低电压的用于纳秒级高压脉冲测量的同轴-对称分立型电容分压器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：在圆柱形铜导体与屏蔽接地外壳之间浇注环氧树脂，该环氧树脂将植入电极包裹，在屏蔽接地外壳的外侧沿径向方向等间距开4个螺孔，并与分压盒的装配螺纹连接，分压盒的低压电容C_L的信号侧通过接线柱与植入电极连接，整个电容分压器通过屏蔽接地外壳上的接地端子接地。

本发明的分压盒由金属材料制成，分压盒内的低压电容C_L作为电容分压器的低压臂，分压盒通过装配螺纹与屏蔽接地外壳的螺孔连接，4个分压盒的其中一个装配SMA插座作为电容分压器的低电压输出端口，SMA插座的信号端通过匹配电阻R_p与低压电容C_L的信号侧连接，SMA插座的接地端与屏蔽壳连接。

本发明采用同轴与分立元件的组合型，其中，高压臂电容采用母线与植入电极构成的同轴结构，二次低压臂电容采用4组等值的分立电容元件，并分别安装于高压同轴结构周围的4个几何对称位置。

本发明采用基于电感应原理的电容分压方式，由于感应电场的传递媒质可以是绝缘介质，因此，能有效地实现高电压的隔离；其次，本发明采用同轴与分立元件的组合型结构，其中，高压臂电容采用母线与植入电极构成的同轴结构，二次低压臂电容采用4组等值的分立电容元件，分别安装于高压同轴结构周围的4个几何对称位置。这种方式可以使分压器横截面的高频电场均匀分布，提高测量带宽。同时，由于低压臂电容采用容值较大的分立电容元件，在电容分压器的分压比较大时，能够大大减小整个电容分压器的外形尺寸，进一步减小电容分压器的寄生电感，提高其测量带宽，并给安装空间有限的条件下使用带来较大的便利。

以上的测量原理和技术措施，使得本发明在满足测量带宽及分压比的前提下，能够可靠地实现高电压的隔离并对测量环境中的电磁干扰进行有效的屏蔽。本发明具有结构紧凑、体积小，响应频带宽等优点，适用于高电压快速变化的脉冲测量。

附图说明

图1是本发明外部整体结构示意图；

图2是本发明内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

本发明的圆柱形铜导体1处于中间，植入电极2围绕着圆柱形铜导体1，二者之间的分布电容构成电容分压器的高压臂，分压盒4中的低压电容C_L作为电容分压器的低压臂，高压臂通过接线柱5与低压臂串连后，经屏蔽接地外壳3及接地端子7接地形成电容分压回路，电容分压器的低压信号通过安装于一个分压盒4上的SMA插座引出。

在圆柱形铜导体1与屏蔽接地外壳3之间浇注环氧树脂6，该环氧树脂6将植入电极2包裹。在屏蔽接地外壳3的外侧沿径向方向等间距开4个螺孔与分压盒4的装配螺纹10连接，分压盒低压电容C_L的信号侧通过接线柱5与植入电极2连接。电容分压器通过屏蔽接地外壳3上的接地端子8接地。

4个分压盒4环绕在屏蔽接地外壳3的外侧，在空间位置上对称分布，分压盒4内的电容C_L作为电容分压器的低压臂，要求电容量较大而承受的电压较低，这样能获得较大的分压比，从而实现用低压仪表测量高压的目的。电容C_L的信号侧通过接线柱5与植入电极2连接，接地侧与屏蔽盒8连接。其中一个分压盒4的电容C_L(信号侧)通过匹配电阻R_P与SMA插座9连接，用于低电压信号的引出，SMA插座9安装于屏蔽盒的侧表面。

工作时，低电压信号通过SMA插座9及同轴电缆送至示波器，其波形从示波器读出并进行数据记录。