[发明专利]一种用于多间隙气体开关参数诊断的光纤探测系统

说明书

技术领域

本发明是一种光电探测系统，尤其是一种用于多间隙气体开关放电过程光学诊断的光纤探测器。

背景技术

快前沿直线脉冲变压器驱动源(Fast Linear Transformer Driver，FLTD)是高功率Z箍缩驱动源的一个重要发展方向。基于FLTD技术的大型脉冲功率源往往要求数万只乃至数十万只放电开关同步工作，因此研制低抖动的放电开关，对于促进FLTD脉冲功率源的广泛应用具有重要意义。开关间隙击穿过程及等离子体的形成与发展过程对开关的性能影响很大，因此必须对开关的击穿过程进行诊断，了解其详细的击穿物理过程，为多间隙开关改进和脉冲功率装置性能提高提供重要参数。

多间隙气体开关是FLTD的关键部件之一，要求其性能具有“三低两高”，即：低抖动、低自放率、低电感、高可靠性和长寿命。现在的大型脉冲功率源需要几万甚至几十万只开关同步工作，对开关的低抖动性提出了更高的要求。为了进一步提高用于FLTD的多间隙气体开关的开考性，降低其触发抖动，需要对开关击穿的过程进行详细的研究。传统的研究方法通过监测开关放电过程的电流、电压、气压等参数推测影响放电过程的因素。但是这种方法不能直接反映多间隙气体开关工作时开关击穿的时序过程和紫外预电离光强对开关触发及开关抖动的影响。

发明内容

本发明在于克服现有技术的不足，提出了一种用于多间隙气体开关参数诊断的光纤探测系统，该测量系统可以直接测量多间隙气体开关工作时开关击穿的时序过程和紫外预电离光强对开关触发及开关抖动的影响，为分析和评价多间隙气体开关的性能提供了参数。

本发明的技术方案是：

一种用于多间隙气体开关参数诊断的光纤探测系统，其特殊之处在于：

包括一个用于探测多间隙气体开关预电离针紫外光预电离强度的紫外光纤探测器、多只探测多间隙气体开关环形电极击穿时序的光纤束探测器；

所述紫外光纤探测器包括紫外光纤和紫外光电倍增管；所述紫外光纤的探头穿过多间隙气体开关密封外壳上的光纤密封节探入多间隙气体开关内部，并设置在多间隙气体开关的预电离针上方；所述紫外光纤的输出端与紫外光电倍增管相连；

所述光纤束探测器包括与气体开关间隙数量一致的光纤束和相应数量的光电倍增管；所述光纤束的探头穿过多间隙气体开关密封外壳上的光纤密封节探入多间隙气体开关内部，并设置在正对其所测量间隙的位置；所述光纤束的输出端与光电倍增管连接；

所述紫外光电倍增管和光电倍增管与高压电源连接，所述紫外光电倍增管和光电倍增管输出端均接示波器。

上述光纤束为多根长度相等的光纤，所述每根光纤的探头布置在所测量间隙的一周，且在所述环形电极横截剖面方向，环形电极外沿的任意一处均至少位于一根光纤的数值孔径角所对应的区域内；在所述环形电极轴线剖面方向，每个间隙位于且只能位于测量该间隙光纤的数值孔径角所对应的区域内。

上述光纤密封节包括带有环形凹槽的法兰和橡胶密封垫，所述橡胶密封垫设置在法兰的环形凹槽内；所述法兰的中心为通孔，所述光纤包层镀金后穿过法兰中心的通孔，并密封焊接在法兰上。

上述紫外光纤的探头与预电离针的距离为30mm。

上述的紫外光纤为芯径200μm的石英光纤，所述紫外光电倍增管为9425B型日盲光电倍增管；所述光纤束的光纤为芯径62.5μm的石英光纤；

上述光纤束包括5根光纤，均布在所测量间隙的一周。

上述的法兰由可伐材料制成。

本发明具有的有益效果有：

1、本发明利用设置在多间隙气体开关内部、预电离针上方的紫外光纤及探测器，实现了紫外预电离光强的测量，进而得到预电离对开关抖动的影响；本发明利用设置在气体开关有机玻璃外壳处的多只光纤束及探测器，实现了多间隙气体开关击穿时序的直接测量；同时采用光纤束进行放电时序测量，利用光在光纤中延时与光纤长度相关，易于准确获取并标定等特点，确保了开关击穿时序测量的准确度。

2、本发明将光纤束包含若干只相等长度的光纤并设置在所测量间隙的一周，且环形电极外沿在横截面方向的任意一处均至少位于一根光纤的数值孔径角所对应的区域内，同时每个间隙在轴线方向位于且只能位于测量该间隙光纤的数值孔径角所对应的区域内，确保了每个光纤束只能对应接收所测量间隙的信号，且能够接收该间隙全部区域的信号，确保了每个气体间隙特性测量的准确度。