一种离子回旋系统的传输器件的检测装置和检测方法

本发明涉及传输器件的电压电流检测，特别是涉及离子回旋系统的传输器件的检测装置和检测方法。

背景技术：

1、高功率连续波稳态运行是离子回旋加热系统发展的主题，未来离子回旋加热系统需要为聚变堆装置连续提供超过几十兆瓦的功率的射频。高功率连续波输出会对系统的稳定性和使用寿命提出新的挑战，尤其是当等离子体波动时，系统局部区域会在短时间产生高达数十千伏的电压和几千安培的电流，会导致系统内打火甚至击穿，严重影响系统的稳定性和使用寿命，除了要提高系统设计的上限外，还需要一套完备且行之有效的测试方法和装置对传输器件的极限性能进行测试。

2、现有测试传输器件的极限电压和极限电流是将传输器件接入大功率直流电路中，通过该电路施加电压到传输器件上，观察传输器件被击穿时的所需电压和计算此时与电压对应的电流，击穿传输器件的电压和对应的电流为极限电压和极限电流，但该方式需要采用大功率直流电源才能施加较大电压到传输器件上，对输入功率要求较高，另外，传输器件的极限电流是根据传输器件的阻值换算而出，并非从测试中获得，存在精度误差。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种离子回旋系统的传输器件的检测装置和检测方法，实现采用较小功率的射频作为电源在传输器件上施加较大的电压，并同时测试获得传输器件的最大极限电压和极限电流，避免采用大功率直流供电设备，提高检测精度。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，包括同轴传输线、阻抗单元及射频探针单元，所述同轴传输线包括主线及支线；

3、所述主线及所述支线均包括内导体及外导体，所述内导体及所述外导体均呈中空管状，所述内导体沿所述外导体的延伸方向同轴设于所述外导体内，所述内导体的外周壁与所述外导体的外周壁之间留有检测空间，且所述内导体与所述外导体之间不导电连接，所述主线的第一端为射频输入端；所述主线的中部具有分支点，所述支线的一端连接于所述支点处，以使得所述支线的内导体与所述主线的内导体、以及所述支线的外导体与所述主线的外导体连接；

4、所述主线的第二端对应的外导体处具有透明窗口；

5、所述阻抗单元安装于所述支线的另一端，所述支线的内导体和外导体均与所述阻抗单元导电连接；

6、所述射频探针单元包括电压探针及电流探针，所述电压探针及所述电流探针均绝缘安装于所述主线的外导体上，且位于所述支点与所述主线的第二端之间，所述电压探针具有电压感应头，所述电流探针具有电流感应头，所述电压感应头及所述电流感应头均位于所述检测空间内。

7、在上述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置中，所述主线包括呈垂直依次连接的第一主线段及第二主线段，所述第一主线段的一端为所述射频输入端，所述第一主线段的另一端连接所述第二主线的一端，所述透明窗口设于所述第二主线段的另一端；

8、所述同轴传输线包括至少两个所述支线，其中一个支线为第一支线，其余支线为第二支线，所述第一支线的一端连接于所述第一主线段及第二主线段的连接支点处，另一端安装所述阻抗单元，所述第一支线的延伸方向与所述第二主线段的延伸方向重合于一直线，所述第二支线的一端连接于所述第一主线段的中部，另一端安装有所述阻抗单元。

9、在上述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置中，设定从所述射频输入端输入的功率的射频的波长为λ，所述第二主线段中的内导体与所述第一支线的内导体的长度之和为l，其中l/λ=n·（0.8~1.2），其中，n为自然数。

10、在上述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置中，所述外导体的内径为b，所述内导体的外径为a，满足关系式：ln(b/a) =50/60∙（0.8~1.2）。

11、在上述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置中，所述内导体位于主线的第二端处的端部外端面呈圆弧面设置。

12、在上述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置中，所述电压感应头为导片，所述导片垂直所述主线的径向设置，且与所述电压探针导电连接；

13、所述电流感应头为导钩，所述导钩的两端分别与所述电流探针和所述主线的外导体的内周壁导电连接形成导环，所述导环的轴线延伸方向与所述主线的轴向相同。

14、在上述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置中，所述内导体内沿其延伸方向开设有水冷回路，所述内导体位于所述主线的射频输入端处的端部呈敞口设置，以使所述冷水回路与所述内导体的外部连通。

15、在上述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置中，所述主线的外导体位于分支点与所述第二端之间间隔设置有充气端口及抽气端口。

16、在上述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置中，还包括摄像单元和红外测温仪，所述摄像单元及所述红外测温仪均设于所述外导体外且正对所述透明窗口设置。

17、在上述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置中，还包括控制单元，所述控制单元分别电连接所述电压探针、所述电流探针及所述阻抗单元，所述控制单元被配置为用于：

18、控制所述阻抗单元的电容，使得能够截止反射的功率的射频；

19、实时获取电压探针对应的电压值及电流探针对应的电流值，并根据待测传输器件与电压探针之间的距离值、待测传输器件与电流探针之间的距离值，计算得到待测传输器件所处位置处的电压值及电流值。

20、一种离子回旋系统的传输器件的测试方法，采用如上所述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，包括步骤：

21、将待测传输器件套设在主线的内导体位于所述第二端与所述支点之间的位置，所述待测传输器件相对于所述电压探针及电流探针沿所述主线的长度方向呈间隔设置，所述待测传输器件的内周壁与内导体的外周壁接触，所述待测传输器件的外周壁与所述外导体的内周壁接触；

22、从所述射频输入端输入功率的射频；

23、从所述透明窗口检测待测传输器件，当待测传输器件发生弧光放电现象时，此时控制单元对应计算得到的待测传输器件的电压值，即为待测传输器件的极限电压值；当待测传输器件的温度到达其熔点时，此时控制单元对应计算得到的待测传输器件的电流值，即为待测传输器件的极限电流值。

24、本发明实施例一种离子回旋系统的传输器件的检测装置和检测方法与现有技术相比，其有益效果在于：

25、本实施例中实现采用较小功率的射频作为电源在传输器件上施加较大的电压，避免采用大功率直流供电设备才能进行测试，降低测试硬件和能耗要求，从而降低实施难度，并通过同时测试获得传输器件的最大极限电压和极限电流，直接测试获得的电压和电流，相对通过中间参数换算得到的电压和电流，具有较高的数据精度。

技术特征：

1.一种用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，其特征在于，包括同轴传输线、阻抗单元及射频探针单元，所述同轴传输线包括主线及支线；

2.根据权利要求1所述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，其特征在于，所述主线包括呈垂直依次连接的第一主线段及第二主线段，所述第一主线段的一端为所述射频输入端，所述第一主线段的另一端连接所述第二主线的一端，所述透明窗口设于所述第二主线段的另一端；

3.根据权利要求2所述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，其特征在于，设定从所述射频输入端输入的功率的射频的波长为λ，所述第二主线段中的内导体与所述第一支线的内导体的长度之和为l，其中l/λ=n·（0.8~1.2），其中，n为自然数。

4.根据权利要求2所述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，其特征在于，所述外导体的内径为b，所述内导体的外径为a，满足关系式：ln(b/a) =50/60∙（0.8~1.2）。

5.根据权利要求1所述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，其特征在于，所述内导体位于主线的第二端处的端部外端面呈圆弧面设置。

6.根据权利要求1所述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，其特征在于，所述电压感应头为导片，所述导片垂直所述主线的径向设置，且与所述电压探针导电连接；

7.根据权利要求1所述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，其特征在于，所述内导体内沿其延伸方向开设有水冷回路，所述内导体位于所述主线的射频输入端处的端部呈敞口设置，以使所述冷水回路与所述内导体的外部连通。

8.根据权利要求1所述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，其特征在于，所述主线的外导体位于分支点与所述第二端之间间隔设置有充气端口及抽气端口。

9.根据权利要求1所述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，其特征在于，还包括摄像单元和红外测温仪，所述摄像单元及所述红外测温仪均设于所述外导体外且正对所述透明窗口设置。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元分别电连接所述电压探针、所述电流探针及所述阻抗单元，所述控制单元被配置为用于：

11.一种离子回旋系统的传输器件的测试方法，其特征在于，采用如权利要求10所述的用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，包括步骤：

技术总结
本发明涉及传输器件的电压电流检测技术领域，具体为一种离子回旋系统的传输器件的检测装置和检测方法，公开了一种用于测试离子回旋系统的传输器件的检测装置，包括同轴传输线、阻抗单元及射频探针单元，所述同轴传输线包括主线及支线，所述主线及所述支线均包括内导体及外导体，待测传输器件套设在主线的内导体上，并与外导体的内周壁接触，还公开了采用上述检测装置的检测方法，实现采用较小功率的射频作为电源在传输器件上施加较大的电压，并同时测试获得传输器件的极限电压和极限电流，避免采用大功率直流供电设备，提高检测精度。

技术研发人员：龙嘘云,刘鲁南,毛玉周,袁帅,张新军,秦成明
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15