[发明专利]感应电压叠加器次级电流测量系统及其标定装置与方法

说明书

技术领域

本发明提出一种测量感应电压叠加器次级电流角向分布的B-dot阵列及标定方法，在感应电压叠加器、真空磁绝缘传输线等脉冲功率装置中具有重要应用。

背景技术

磁绝缘感应电压叠加器(Magneticallyinductionvoltageadders,MIVA)是一种强流脉冲功率加速器拓扑结构，可产生电压几MV～几十MV，电流几十kA～数百kA的高功率电脉冲，在γ射线辐射效应模拟、材料动力学实验、高功率微波等领域具有重要应用。MIVA由多级兆伏级感应腔串联组成，每级感应腔可视为变比为1：1的脉冲变压器。基于电磁感应原理，馈入各级感应腔的脉冲电压在同一个次级上感应叠加。通常情况下，电脉冲是在感应腔初级单端口或几端口馈入，这种馈入方式决定了感应腔初、次级电流在不同角向位置存在空间分布差异，即角向非均匀分布。对MIVA初、次级电流空间角向分布的测量，是研究感应腔工作特性、评估MIVA次级磁绝缘行为和功率传输特性的重要手段。但是，MIVA次级磁绝缘传输线极强的空间电子干扰及复杂的电磁环境，给次级电流角向分布测量带来了极大挑战。

B-dot电流探头由于响应快、抗干扰能力强、对被测对象影响小等优点在真空磁绝缘传输线、直线感应加速器等方面广泛应用。多个B-dot组成电流探头阵列，可以测量脉冲电流的空间分布。美国Sandia国家实验室RITS(RadiographicIntegratedTestStand)装置采用36个B-dot监测次级内筒、外筒电流角向分布，36个B-dot探头安装在功率传输方向3个不同的轴向位置，每个轴向位置内、外筒各均匀布置6个B-dot。这36个B-dot组成的探头阵列，可测量RITS装置次级磁绝缘传输线阴、阳极电流角向分布，在RITS功率传输研究中发挥了重要作用。但RITS-6装置所用B-dot阵列的设计及标定方法在公开文献中未见报道。

当多个B-dot探头组成阵列用于测量脉冲电流角向分布时，要求各探头灵敏度和频响特性一致，探头之间灵敏度差异应远低于被测电流角向分布的差异。但目前的B-dot探头的磁感应线圈通常采用漆包线或钢芯电缆缠绕成小圆环，多个B-dot磁感应线圈的一致性难以保证，致使B-dot灵敏度差异较大。

发明内容

本发明提出一种多个PCB式B-dot组成的电流探头阵列，用于测量感应电压叠加器次级电流角向分布，并给出了探头阵列的标定方法。

本发明的技术解决方案：

一种感应电压叠加器次级电流空间分布测量系统，所述感应电压叠加器包括中心内筒4、接地端外筒2及各级兆伏级感应腔1，在各级兆伏级感应腔1的出口处设置有过渡段外筒5，所述接地端外筒2、各级兆伏级感应腔1及各级兆伏级感应腔所对应的过渡段外筒5均设置在中心内筒4的外侧，且沿中心外筒的始端至末端依次串接，

所述感应电压叠加器次级电流空间分布测量系统包括多个B-dot电流探头阵列，其特殊之处在于：

每个B-dot电流探头阵列3均分为两个小组分别设置于过渡段外筒5和对应的中心内筒4上，且过渡段外筒5与中心内筒4的B-dot电流探头安装位置一一对应。

上述每个B-dot电流探头包括至少一个磁感应线圈、电缆连接器及支撑固定装置，所述磁感应线圈用于探测磁通密度的变化，所述磁感应线圈在电路板上沿同一方向顺时针或逆时针布线，形成PCB式磁感应线圈31；所述电缆连接器用于测量信号的引出；所述支撑固定装置用于PCB式磁感应线圈和/或电缆连接器的支撑固定。

上述PCB式磁感应线圈31的数量为多个，多个磁感应线圈同向串联使用；

或所述PCB式磁感应线圈31的数量为两个，两个磁感应线圈反向并联使用。

上述PCB式磁感应线圈31为双层板，磁感应线圈在印制板上采用顶层、底层双层布线，两层线圈之间通过金属过渡孔35导通。

上述PCB式磁感应线圈31上的线圈顶层布线32始于印制板正面的中心，由印制板顶层的中心向顶端方向顺时针由外而内布线，顶层布线结束后，顶层布线的终点通过金属过渡孔35在下层按照顺时针方向布线，线圈下层布线33终止于印制板反面的接地区34。

上述的感应电压叠加器次级电流空间分布测量系统的标定装置，其特殊之处在于：

在感应电压叠加器的结构上，移除各级兆伏级感应腔1，在各级兆伏级感应腔1对应的位置设置标定外筒6，标定外筒6与过渡段外筒5连接，标定外筒6直径与过渡段外筒5直径相同，标定外筒6与过渡段外筒5共同组成标定装置外筒。