专利名称：双端匹配的快响应无源阻容积分器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能够实现脉冲信号积分运算的双端匹配的快响应无源阻容积分器，与微分探头配合使用，应用于高电压大电流快脉冲的测量。
背景技术：
在脉冲功率技术领域，对于高电压大电流快脉冲的测量，经常会采用微分探头，比如微分型电容分压器、罗氏线圈等，而微分信号需要通过积分运算来获得原被测波形。积分运算既可以采用数值积分也可以采用器件积分。采用数值积分时，需要对积分前的信号进行预处理，比如去除零漂、选取积分的时段等，否则积分后的波形可能会与原波形有较大差异，而且采用数值积分不能实时显示被测信号的波形，正是上述原因限制了数值积分的应用。高电压大电流快脉冲的时间范围通常在纳秒至微秒时间量级，器件积分往往采用无源阻容积分器。由于测量信号的频谱范围宽，因此积分器自身的分布参数以及两端的匹配情况会引起波形发生畸变，严重时甚至无法获得正确的被测信号。为减小积分器对测量波形的影响，需要优化积分器件的参数并对积分器的结构尤其是器件之间的连接方式进行设计。如工程物理研究院卫兵等申请的实用新型专利《同轴型无源阻容积分器》，积分器为同轴结构，积分电容为特制的薄片圆环结构，并且积分电容采用了压接的电气连接方式，减小了积分器的杂散电感，提高了积分器的频率响应上限。本实用新型考虑了积分器输出输入两端与测量电缆的匹配，采用了穿芯结构的积分电容，进一步减小了积分电容的分布电感，提高了积分器的频率响应上限，同时通过增长积分电阻的长度，减小了分布电容对测量的影响。
发明内容为了克服现有无源阻容积分器未考虑双端匹配的问题，同时为了提高积分器的响应频率，降低积分器在测量快信号时对波形的不利影响，本实用新型提供一种双端匹配的快响应无源阻容积分器。该积分器考虑了连接测量电缆时两端匹配的问题，并减小了积分电容的杂散电感与积分电阻的两端分布电容，降低了积分器对测量波形的不利影响，拓展了积分器的响应频率上限，适用于纳秒至微秒时间量级高电压大电流脉冲的测量。本实用新型的双端匹配的快响应无源阻容积分器，包括输入端匹配电阻、积分电阻、积分电容、输出端匹配电阻、输入端电缆座、输入端盖板、积分器外壳、积分电容连接盘、 输出端盖板、输出端电缆座，其特征在于输入端电缆座为标准电缆座，在积分器内部，电缆座的芯线通过若干低电感膜电阻并联到积分器的外壳，并联后电阻的阻值为50 Ω，与测量电缆的阻抗一致，积分器输入端匹配电阻采用螺钉压接连接，输出端电缆座为标准电缆座， 在积分器内部积分电容与输出端电缆座的芯线间通过串联49 Ω电阻，实现输出端与测量电缆的阻抗匹配，积分器为同轴结构。上述的积分器的外壳为两个半圆环对接而成，积分电容采用螺纹连接方式的穿芯电容，积分电容与积分器外壳之间无连线，减小了积分电容的杂散电感。上述的积分器，其输入端匹配电阻为6个阻值为300 Ω的低电感膜电阻并联构成， 积分电阻为2 3个阻值为数百Ω的低电感膜电阻串联构成，积分电容为穿芯结构，电容值为4 IOnF,具体由积分器的积分常数决定。电容的一极是积分电容的芯线，另一极为电容的固定螺栓，输出端匹配电阻是阻值为49Ω的低电感膜电阻。本实用新型的双端匹配的快响应无源阻容积分器，其特点是(1)积分器的输入端为标准电缆座，在积分器内部，电缆座的芯线通过若干低电感膜电阻并联到积分器的外壳，并联后电阻的阻值与测量电缆的阻抗一致，避免了测量信号在积分器输入端的折反射； (2)积分器输入端匹配电阻采用螺钉压接的连接方式，避免了焊接时温度过高对电阻的损害并简化了操作；(3)积分器的输出端也是标准电缆座，在积分器内部积分电容与电缆座芯线间通过串联电阻实现输出端与测量电缆的阻抗匹配，避免了测量信号在积分器输出端的折反射；(4)积分器为同轴结构，外壳为两个半圆环对接而成，积分电容采用了螺纹连接方式的穿芯电容。目前积分电容通常为数个陶瓷圆片电容并联焊接到积分电阻上，或是采用螺钉压接到积分电阻上，因此与积分电容的串联杂散电感较大，会引出测量波形发生畸变。本实用新型的积分电阻与积分电容之间无连线，最大程度的减小了串联杂散电感，提高了积分器的响应频率上限；( 通过增长积分电阻的长度来减小电阻两端的分布电容，降低了分布电容对测量波形的畸变。通过资料调研表明，现有积分器未考虑积分电阻分布电容对测量的影响，但利用等效电路模拟表明，积分电阻两端的分布电容对测量波形影响明显，其重要性仅次于积分电容杂散电感的影响。本实用新型的积分器两端均考虑了与测量电缆的匹配，并通过降低积分器件的杂散电感与积分电阻两端的分布电容，提高了积分器的响应频率上限，克服了在测量ns量级快脉冲信号时会出现的过冲、震荡等波形畸变问题，可用于高电压大电流快脉冲的测量。
图1是本实用新型的等效电路图。图2是本实用新型第一个实施例的纵剖面结构图。图3是图2中I-I方向的剖视图。图4是图2中II-II方向的视图。图中，1.输入端匹配电阻，2.积分电阻，3.积分电容，4.输出端匹配电阻，5.输入端电缆座，6.输入端盖板，7.积分器外壳，8.积分电容连接盘，9.输出端盖板，10.输出端电缆座。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型进一步说明。图1是本实用新型的电路原理图。输入端匹配电阻1的阻值与测量电缆阻抗一致，为50 Ω ；积分电阻2的取值在数百Ω到数十kQ之间，积分电容3的取值为数nF，具体数值由测量要求的积分时间常数确定；输出端匹配电阻4的阻值略低于测量电缆的阻抗，为49 Ω，输出端匹配电阻4的主要作用是吸收从示波器沿测量电缆反向传输回积分器的电压波。[0019]本实用新型实施例的外形尺寸为140mm(包括两端电缆座)，结构紧凑，主要部件均为轴对称结构。图2 图4中，积分器的外壳7是两半圆环对接而成，接口处为嵌套结构，能够有效屏蔽外界电磁辐射。电缆座5、10与积分器两端盖板6、10利用螺钉固定在一起，电缆座为标准产品。输入端匹配电阻1为6个阻值为300 Ω的低电感膜电阻并联构成，能够有效减小输入端匹配电阻1的电感。积分电阻2为3个阻值为300 Ω的低电感膜电阻串联构成，能够有效减小积分电阻两端的分布电容。积分电容3为穿芯结构，电容值为6nF，电容的一极是积分电容的芯线，另一极为电容的固定螺栓。积分电容3的结构与连接方式能够有效减少积分电容的杂散电感。输出端匹配电阻4是阻值为49 Ω的低电感膜电阻。本实用新型实施例的主要安装过程是(1)将输入端匹配电阻1的一端、输入端电缆座5的芯线以及积分电阻2的一端焊接在一起；(2)将焊接后的输入端电缆座5与输入端盖板6固定好后，再将输入端匹配电阻1的另一端用螺钉固定在输入端盖板6上；(3)将积分电容3拧紧固定在积分电容连接盘8上，实现了积分电容3对地连接；⑷将3只积分电阻2首尾相连焊接在一起，积分电阻2的另一端与积分电容3的芯线焊接在一起；(5)将输出端电缆座10与输出端盖板9通过螺钉固定好后，将输出端匹配电阻4的一端焊接到输出端电缆座10的芯线，电阻的另一端与积分电容3另一极芯线焊接好；(6)利用螺钉将积分器外壳7与输入端盖板6、积分电容连接盘8、输出端盖板9固定好。本实用新型实施例安装完成。
权利要求1.一种双端匹配的快响应无源阻容积分器，包括输入端匹配电阻、积分电阻、积分电容、输出端匹配电阻、输入端电缆座、输入端盖板、积分器外壳、积分电容连接盘、输出端盖板、输出端电缆座，其特征在于输入端电缆座为标准电缆座，在积分器内部，电缆座的芯线通过若干低电感膜电阻并联到积分器的外壳，并联后电阻的阻值为50 Ω，与测量电缆的阻抗一致，积分器输入端匹配电阻采用螺钉压接连接，输出端电缆座为标准电缆座，在积分器内部积分电容与输出端电缆座的芯线间通过串联49 Ω电阻，实现输出端与测量电缆的阻抗匹配，积分器为同轴结构。
2.如权利要求1所述的双端匹配的快响应无源阻容积分器，其特征在于外壳为两个半圆环对接而成，积分电容采用螺纹连接方式的穿芯电容。
3.如权利要求1或2所述的双端匹配的快响应无源阻容积分器，其特征在于输入端匹配电阻为6个阻值为300Ω的低电感膜电阻并联构成，积分电阻为2 3个阻值为数百Ω 的低电感膜电阻串联构成，积分电容为穿芯结构，电容值为4 IOnF,电容的一极是积分电容的芯线，另一极为电容的固定螺栓，输出端匹配电阻是阻值为49Ω的低电感膜电阻。
专利摘要本实用新型涉及一种能够实现脉冲信号积分运算的双端匹配的快响应无源阻容积分器，与微分探头配合使用，应用于高电压大电流快脉冲的测量。包括输入端匹配电阻、积分电阻、积分电容、输出端匹配电阻、输入电缆座、输入端盖板、积分器外壳、积分电容连接盘、输出端盖板、输出电缆座及外壳。该积分器考虑了连接测量电缆时两端匹配的问题，并通过选用螺纹连接方式的穿芯电容与增大积分电阻的长度，减小了积分电容的杂散电感与积分电阻的两端分布电容，降低了积分器对测量波形的不利影响，拓展了积分器的响应频率上限，适用于纳秒至微秒时间量级高电压大电流脉冲的测量。
文档编号G01R15/00GK202075322SQ20112001102
公开日2011年12月14日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者刘志刚, 姜晓峰, 孙凤举, 尹佳辉, 张众, 梁天学, 王志国, 贾伟, 魏浩 申请人:西北核技术研究所