一种产生快前沿高电压单脉冲矩形波的电脉冲发生装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种单脉冲矩形波发生装置，特别是涉及一种产生前沿< 0.8ns、幅值15?50kV可调、宽度为1ns左右的高电压单脉冲矩形波发生装置。
【背景技术】
[0002]单脉冲矩形波发生装置用于产生具有一定宽度的单脉冲矩形波，由于发生装置中开关及连接结构等非理想因素的限制，实际输出波形为具有一定前后沿的近似梯形波。在不与GB/T 9317-1988中方波定义相混淆的情况下，为与本领域通常称呼相一致，在本发明中称这种矩形波为方波。其发生装置称为方波发生器。
[0003]方波发生器在高电压、脉冲功率技术和电磁脉冲效应研宄等领域中有重要的用途，例如校验测量系统、作为效应实验信号源等。随着技术的发展，前沿为数纳秒的脉冲在上述领域中经常会遇到。在这种情况下，对于高电压、大电流的测量而言，如果对分压器、分流器、罗可夫斯基(Rogowski)线圈等测量系统进行方波响应校验，就要求方波脉冲信号不但有快的前沿，而且要有高的幅值。如果使用幅值较低的方波作为方波响应实验的信号源，经测量系统衰减后的输出信号就很微弱，易受电磁干扰的影响，不易给出正确的结果。此夕卜，电磁脉冲效应研宄对快前沿、高幅值的脉冲信号源的需求越来越迫切，对方波发生器同样提出了快前沿和高幅值的要求。因此，研制前沿< 1ns、幅值50kV左右的高电压方波发生器是很必要和有实际意义的。
[0004]已经公开发表的方波脉冲发生器的研宄有以下文献:
[0005][I]毛志国，邹晓兵，刘锐等.一种1kV方波电压发生器[J].高电压技术.2007，33(10)41 ?44
[0006][2]刘锐，邹晓兵，王新新.用于标定分压器的高电压毫微秒脉冲发生器[J].电工电能新技术.200625 (02) 64?66
[0007][3]张琦，石立华，邵志学.50 Ω输出的四形成线纳秒级高电压方波发生器设计[J].电波科学学报2011，26(5):938?943
[0008][4]贺元吉，张亚洲，李传胪.一种高压ns级脉冲形成电路.高电压技术，2000，26(4): 13 ?15
[0009][5] S.Katsuki, K.Moreira, F.Dobbs et al.Bacterial decontaminat1nwith nanosecond pulsed electric fields.Power Modulator Symposium,2002and2002High-Voltage Workshop, July, 2002:648-651
[0010]文献[1-4]采取同轴传输线配合气体火花开关或真空开关产生方波脉冲，前沿最短做到2ns，幅值最高10kV。
[0011]文献[5]使用固态三板传输线配场畸变开关产生方波脉冲，生成前沿2ns、幅值30kV的方波脉冲。
[0012]以上文献中所使用的开关均为气体开关，间隙电感较大，不易达到前沿0.8ns的指标。目前，满足前沿小于2ns的方波发生器通常使用汞润开关作为其中的闭合开关，虽然输出方波的前沿很快，但方波的幅值通常只有几百伏到2kV左右。目前了解到国内外一些方波发生器的性能参数，这些方波发生器尚不能同时满足幅值高和前沿快两个方面的要求，或者技术过于复杂。
[0013]中国国家发明专利00113814.6(—种快前沿高电压方波脉冲发生器)介绍了一种高电压方波发生器，该发生器使用单个放电间隙薄膜介质开关，绝缘薄膜一侧的开关电极为杯盖形，内部安装针状金属细杆，利用电磁铁驱动撞击薄膜进行触发。绝缘薄膜另一侧的开关电极采取套筒状变直径同轴结构，与单根或多根并联的工业标准同轴电缆相连，传输线与开关结构相应，采用单根或多根并联的工业标准同轴电缆，布置为双传输线形式，中间接阻抗为传输线阻抗2倍的负载。工作时给传输线加高电压，驱动电磁铁触发薄膜开关使之快速闭合，在传输线中引起电磁波折、反射过程，在负载上形成方波脉冲。该方波脉冲由标准同轴电缆引出。对按该发明设计的原理样机的测试结果表明，该发生器输出方波脉冲的前沿可达I至2ns，电压幅值可达12kV，波形规则。根据该专利技术内容形成一篇文献如下:
[0014][6]马连英，曾正中，费国强，等.基于绝缘薄膜开关的快前沿高压方波发生器[J].电工电能新技术，2001 (3):38-40
[0015]相关专利00113814.6，所存在的问题有:
[0016]a、输出端为同轴型输出，对部分应用不方便，例如对于非同轴结构的分压器、分流器等，在同轴型输出的方波发生器上标定并不方便，虽然可以采用转换输出结构，但转换中将带来波形畸变，影响标定等应用。
[0017]b、由于采用标准同轴电缆作为高电压脉冲形成部件，为了配合同轴电缆而设计的同轴型薄膜开关的工作电压偏低，难以满足幅值在12kV以上的应用需求。
[0018]C、薄膜开关横向放置，容易磨损，对开关设计与加工精度的要求高，结构复杂，降低了可靠性。
[0019]专利201420058247 (—种基于薄膜开关的全自动方波发生器)是在专利00113814.6基础上增加了自动换膜装置，并未解决以上问题。
【发明内容】
[0020]针对现有技术中所存在的问题，本发明的目的是获得一种前沿< 0.8ns、电压幅值15?50kV可调的针对非同轴结构应用的方波发生器。本发明采用三板传输线结构，解决了专利00113814.6在非同轴结构应用中波形畸变的问题；该结构更方便非同轴结构测量探头的安装测试，也容易将电压提升至50kV。另外，本发明通过采用垂直放置薄膜开关的方式，减小了磨损，在设计与加工方面不需高要求也可达到足够的定位精度，提高了可靠性。
[0021]本发明的技术解决方案:
[0022]一种产生快前沿高电压单脉冲矩形波的电脉冲发生装置，包括主机和薄膜开关，其特殊之处在于:所述主机包括主机外壳1、下板电极2、中板电极3、上板电极4、中板引出电极5、上板引出电极6、至少三个下板支撑绝缘子10、至少三个第一通用支撑绝缘子11、至少三个第二通用支撑绝缘子32、下脉冲输出电极12、上脉冲输出电极13，主机盖板18和负载电阻15 ；
[0023]所述下板支撑绝缘子10固定在主机外壳I底部，所述下板电极2固定在下板支撑绝缘子10上，所述下脉冲输出电极12穿过主机外壳I的侧壁且与下板电极2固定连接，所述下脉冲输出电极12与主机外壳I的侧壁密封连接；
[0024]所述第一通用支撑绝缘子11固定在下板支撑绝缘子10上方，所述中板电极3固定在第一通用支撑绝缘子11上，所述中板引出电极5的一端与中板电极3固定连接，所述中板引出电极5的另一端穿过主机外壳I的侧壁且与主机外壳I接触处密封连接；
[0025]所述第二通用支撑绝缘子32固定在第一通用支撑绝缘子11上，所述上板电极4固定在第二通用支撑绝缘子32上，所述上脉冲输出电极13穿过主机外壳I的侧壁且与上板电极4固定连接，所述上脉冲输出电极13与主机外壳I的侧壁密封连接；所述上板引出电极6穿过主机外壳I的侧壁且与上板电极4固定连接，所述上板引出电极6与主机外壳I的侧壁密封连接；所述主机盖板18位于主机壳体I上方；
[0026]所述负载电阻15固定在下脉冲输出电极12和上脉冲输出电极13之间，所述薄膜开关19固定在中板引出电极5和上板引出电极6之间。
[0027]上述薄膜开关19包括下电极20、上电极21、触发针22、触发针拉杆23、连接座24、触发电磁铁25、触发针复位弹簧26、电磁铁吸盘27、换膜电磁铁28、换膜复位弹簧29、电磁铁固定板30和绝缘薄膜31 ；
[0028]所述下电极20固定在中板引出电极5上，所述上电极21固定在上板引出电极6上，所述触发针拉杆23和触发针22固定连接，所述触发针22位于上电极21内，所述触发针拉杆23的另一端穿过触发电磁铁25与触发针复位弹簧26后同触发针复位弹簧26另一端紧固。所述触发电磁铁25和上电极21固定连接，所述触发电磁铁25另一端和电磁铁吸盘27紧固。所述连接座24固定在上板引出电极6上，所述触发针拉杆23、触发电磁铁25、触发针复位弹簧26和电磁铁吸盘27均位于连接