一种角向传输线B-dot标定平台的设计

基于感应电压叠加器感应腔角向传输线电流探头离线标定的需求,设计了离线标定平台。离线标定平台为平板传输线结构,与在线标定相比,对标定信号的畸变更低。分析了跨平台标定误差的来源,并针对性提出降低误差的措施。分析表明,安装偏心及探头纵向安装深度是跨平台标定误差的最大来源,需要在工程设计中重点关注。实际建立了离线标定平台并开展误差分析,得到跨平台标定误差3.3%的结果。

MV级真空绝缘堆考核实验平台研制及其应用

为解决绝缘堆真空沿面闪络的问题,研制了面向脉冲功率装置应用的真空绝缘堆耐压考核实验平台,建立了绝缘堆考核实验平台等效电路模型,分析了真空绝缘堆环间闪络对绝缘堆电压的影响。基于该平台开展了三种材料绝缘堆的真空沿面耐压考核实验,验证了真空绝缘堆考核实验平台的实用性与可靠性。该工作的开展为脉冲功率装置真空绝缘堆的工程化研制提供参考,同时为新型绝缘材料的应用研究提供考核实验平台。

基于CDEGS的脉冲功率装置接地优化设计

为降低脉冲功率装置接地点地电位升(grounding potential rise,GPR),使用PSpice进行了Marx型脉冲功率装置初步电路模拟,使用CDEGS进行了接地网频域仿真,结合施工难度及效费比,对接地网进行优化。研究了水平地网密度、地网形状、垂直接地极长度、引下线参数对GPR的影响。结果表明,水平地网密度对工频接地电阻影响较小,对高频散流性能影响较大;实验室地面混凝土钢筋可有效降低地面跨步电压;电流注入点采用放射线接地方法可有效提高地网高频散流性能;高频情况下,近距离铺设的垂直接地极屏蔽效应明显;引下线电感是影响接地点GPR的最大因素。优化后地网参数包括埋深为0.4 m,引下线截面半径为0.25 m,16条放射线,垂直接地极长度为7 m,地网间距为1 m。当激励电流为11 MHz,2.6 kA时,注入点GPR较未优化时降低66.3%,降阻效果明显。

电极材料对气体火花开关静态性能的影响

在工作气压和火花间隙固定的条件下,针对稍不均匀场的圆饼形电极开关开展了不同电极材料下开关自击穿实验,开关间隙距离为5mm,工作气压为0.25 MPa,击穿电压平均值为40kV。分别选取了不锈钢、黄铜、钨铜合金和石墨材料作为实验对象,对比了不同电极材料下电极质量损失、电极表面形貌和开关静态特性的差异。实验结果表明,石墨电极质量损失速率略高于金属电极,但是由于石墨电极烧蚀产物多为气体,因此石墨电极绝缘子污染程度远小于金属电极。石墨电极开关在低欠压比下自击穿概率也远小于金属电极开关。三种金属电极开关,其静态特性差异不大,但钨铜电极烧蚀程度显著低于不锈钢和黄铜电极开关。

间隙长度对气体火花开关静态性能的影响

针对快放电直线脉冲变压器驱动源初级储能开关,调节开关气压,进行相同自击穿电压下不同间隙长度的开关自击穿实验。通过监测自击穿电压分布规律变化,研究开关间隙长度对开关自击穿特性的影响。结果表明,当开关间隙长度较大时,电极表面粗糙度较小,表明电极烧蚀程度较低。开关间隙长度为6mm时,开关自击穿电压分散性达到最小,自击穿电压分布符合高斯函数,间隙长度大于6mm时自击穿电压分布符合极限函数。适当增加开关间隙长度使自击穿电压分布失去对称性,有利于开关在低欠压比下获得更好的静态性能。针对电极结构,选择开关间隙长度为6～9mm时能够获得最佳的静态性能。初步分析,引起开关自击穿电压分布发生改变的原因是电场强度的改变对阴极电子发射产生了影响。

“强光一号”等离子体开关及负载稳定性分析

"强光一号"等离子体断路开关(POS)及负载二极管系统工作性能不够稳定,通过分析数据指出POS等离子体源参数差异性是导致系统不稳定的主要原因。POS等离子体源参数重复性测量结果表明,在开关断路时刻等离子体源瞬时发射等离子体密度重复性极差在10%左右,而开关区间累积等离子体密度极差超过100%。开关区间累积等离子体密度和阴极重粒子发射会对POS断路性能产生显著影响。计算表明开关区间累积等离子体密度差异对POS断路电流阈值影响达到200kA,与运行数据统计结果一致;在断路电流阈值相同的条件下,阴极物质逸出对二极管电压影响显著,MCNP程序计算结果表明,产生辐射剂量差别可以达到80%,与统计数据相当。

强光一号POS等离子体源性能参数测量

以强光一号等离子体源(电缆枪)为研究对象,采用电荷收集器(法拉第杯)对强光一号等离子体源性能参数进行测量。实验结果表明:等离子体发射密度与电缆等离子体枪枪芯到枪口的距离正相关,而发射速度与电缆等离子体枪枪芯到枪口的距离负相关;增大电缆枪驱动电压时,等离子体发射密度增速远小于驱动电流增速。重复性研究表明,对由数十支电缆枪组成的等离子体源而言,单支电缆枪放电分散性对其输出等离子体整体分布均匀性影响不大。不确定度分析表明,通过多次重复实验求平均值,可以有效减小实验结果的不确定度,发射密度测量结果的合成标准不确定度在10%以内。

紧凑型双指数脉冲电流源研制

采用"Marx发生器+电源内阻"的方式,研制了一种输出双指数电流脉冲的电流源。Marx发生器各级电容组及匹配电阻均按圆周布置,与脉冲源壳体形成同轴结构,以降低脉冲源的回路电感。电源内阻为62Ω,采用12支HVR高压实体电阻并联,具有稳定的电阻值;同时,研制了一种在电压为30~55kV可以稳定工作的三电极场畸变开关,实现了输出电流峰值可调。实验结果表明,研制的电流脉冲源在输出电流峰值为2.65~5.05kA时连续可调,输出电流波形前沿小于20ns,脉宽大于500ns,符合MIL-STD-188-125-2标准要求。

快前沿直线脉冲变压器多间隙气体开关直流自击穿特性

针对一种用于快前沿直线脉冲变压器（FLTD）的堆栈式多间隙气体开关,研究了电极表面粗糙度、电场不均匀系数、放电电流、气体压强等因素对开关自击穿电压分散性的影响。电极表面粗糙度0.1-0.8μm时,击穿电压平均值没有明显变化,击穿电压分散性小于1.5%;电场不均匀系数为1.20和1.30时,电极烧蚀均匀,开关自击穿电压分散性小于2.0%;放电电流由1.1 kA增加到30.0 kA时,击穿电压的分散性增加了约2倍,电极烧蚀的作用明显增强;工作气压由0.04 MPa增加到0.30 MPa,击穿电压的分散性由1.5%增加到3.6%。初步分析了降低开关自击穿电压分散性的途径和方法。

不同电流下气体开关电极烧蚀特性实验研究

在不同短路电流条件下,进行了不锈钢(1Cr18Ni9Ti)电极气体火花开关连续多次自击穿放电实验,通过测量电极质量损失、表面粗糙度和自击穿电压的变化,研究电极烧蚀特性及其对自击穿性能的影响。实验结果表明:随着放电电流峰值和周期增大,电极材料烧损速率与电容电荷量呈线性增加,而电极表面烧蚀粗糙度与电流峰值呈线性增大,自击穿电压变化达到峰值和稳定区的放电次数减少,但稳定阶段的自击穿电压值及其相对标准偏差同时减少,五种放电电流情况下,自击穿电压概率密度分布均遵循高斯函数。

小型方波脉冲磁场装置的研制

完成了小型方波脉冲磁场装置的双线圈负载设计,在一定区域内获得了近似匀强磁场。采用阻抗2Ω的6级脉冲形成网络作为初级储能和脉冲形成单元,对匹配电阻放电产生了方波脉冲电流波形。研制了一种场畸变气体火花间隙作为主放电开关,有效减小了装置的动作时延和分散性。实验结果表明:负载中心峰值磁感应强度达到0.04T,方波磁场平顶时间约3μs,平顶度小于5%,上升前沿(磁感应强度峰值10%～90%)小于0.5s,装置的动作时延抖动小于10ns(标准偏差)。

多间隙气体开关紫外光预电离结构

针对一种用于快前沿直线脉冲变压器驱动源的多间隙气体开关,设计了针式和孔式两种预电离触发结构,获得了两种预电离结构下开关的自击穿特性和触发特性。实验结果表明:增加预电离针后,开关静态特性没有明显变化,开关自击穿电压平均值变化幅度小于3%;开关触发特性明显改善,开关工作电压150kV、触发电压60kV时,触发抖动减小约20%,触发阈值降低5～10kV。对于针式预电离结构,实验研究了不同触发电压、工作气压、电离间隙距离时紫外光强度的变化规律,结果表明在电离间隙距离1.5～3.0mm时,开关触发抖动小于2.0ns,预电离效果明显。

双指数脉冲电流发生器的电路仿真计算

双指数脉冲电流发生器可用于电子系统端口传导耦合实验,主要用于研究电磁敏感器件的电磁脉冲效应的损伤规律。根据实验要求,该发生器能够输出前沿10ns、脉宽100ns、电流幅值3kA的双指数脉冲电流。建立了该发生器的电路模型,并对杂散电容和电感对输出电流波形的影响进行了分析。模拟计算表明,电流信号的过冲现象和后沿叠加干扰信号的原因可能是电阻负载自身存在的杂散电容和测量电流的线圈附近的杂散电容和电感的共同作用导致的。经过理论计算,如果在测量线圈附近添加适当的滤波设备或者用无损同轴电缆引出电流,能够明显地抑制过冲和干扰。

FLTD系统放电开关自击穿性能优化

针对快前沿直线脉冲变压器驱动源(FLTD)系统中放电开关自击穿性能劣化的问题,模拟计算了带电线缆、FLTD模块结构对开关间隙电场分布的影响规律,研究分析开关自击穿性能下降的主要原因,开展了电晕针均压和电阻均压两种方式下开关自击穿性能对比实验,获得了不同电晕针长度、不同阻值开关自击穿电压的变化规律:两种均压方式下开关自击穿电压分别提高3.2%和4.3%。FLTD系统中放电开关有均压措施的情况下,系统自击穿电压提高8.9%,自放电概率降低60%,系统短路输出电流的稳定性明显提高,电流幅值提高8.1%,标准偏差减小30.8%。

轫致辐射中电子束焦斑漂移现象的抑制

电子束焦斑偏离轴线中心的现象严重影响器件辐射效应实验的效率.介绍了一种简单有效的抑制电子束焦斑偏心的方法,研制了一种小尺寸不锈钢阴极,比较了不锈钢阴极和传统环形天鹅绒阴极在“强光一号”装置上的实验结果.实验结果表明对于小尺寸不锈钢阴极,最大辐射剂量位于靶面中心的概率为67%,位于？35mm 圆圈内的概率为100%.相比传统环形天鹅绒阴极（最大剂量落于中心位置的概率约20%,有60%以上概率偏离中心2~3cm）的实验统计数据,焦斑的偏心现象得到明显的抑制.

工作系数对直流耐压气体开关间隙中初始电子发展特性的影响

为研究工作系数对直流耐压气体开关间隙中初始电子发展特性的影响,利用皮秒级紫外脉冲激光在开关间隙中产生初始电子,通过测量初始电子在间隙中运动所产生的电流,获得了在间隙距离5 mm、气压范围0.1～0.4MPa、工作系数范围50%～75%条件下,工作系数对初始电子发展特性的影响规律。实验结果表明:初始电子的增殖发展程度随着工作系数的提高而增强,并且存在一个对初始电子产生有效电离作用的工作系数阈值;该阈值随着气压从0.1 MPa增至0.4 MPa略有升高,但基本维持在63%±3%范围附近,且与间隙有效电离系数为零时对应的工作系数相一致;随着工作系数进一步地提高,初始电子将通过多代电子崩过程继续发展。为改善气体开关的直流耐压稳定性,可将开关工作系数设置在有效电离工作系数阈值附近。

气体开关触发间隙与过压间隙击穿特性研究

为研究快脉冲直线变压器驱动源(FLTD)多间隙气体开关的触发击穿特性,针对一种环形电极两间隙等效实验开关,开展不同触发电压、工作系数和电极材料下的击穿特性实验,对比两个间隙的击穿延时和抖动,分析间隙击穿特性的主要影响因素和作用机制。实验结果表明:触发间隙击穿延时主要受触发电压影响,而工作系数是过压间隙击穿延时的主要影响因素;开关抖动主要来自于触发间隙,触发间隙抖动随触发电压的增大明显减小,过压间隙抖动基本不随触发电压和工作系数变化且维持在较低值;石墨电极开关的击穿延时和抖动明显小于不锈钢、黄铜和钨铜电极开关,具有良好的触发击穿性能。通过分析指出,是否有预电离可能是两个间隙击穿特性差异的主要原因。

一种多通道高速数据采集系统软件

多通道高速数据采集软件面临:被测信号多样化,通道设置及管理难度大;传输数据并发量大,传输稳定性和瞬时传输速度要求高;测量数据量大,后处理及速度快;实验数据重要性高,测试软件必须稳定可靠的挑战。软件采用模块化+图形化设计,使用SCPI命令对设备及通道进行设置;测试了75台示波器同时上传数据的传输速度;对比了LabVIEW波形显示和GDI+波形绘制的区别;完成了上位机故障情况下数据获取功能设计。结果表明:该数据采集软件可完成75台示波器的管理,实现300通道数据的上传、处理、显示、存储。100 kpts存储深度300通道数据上传时间为9.7 s,300通道波形刷新时间为0.91 s。

聚合物绝缘子表面微孔阵列构筑

针对表面微孔阵列的构筑方法与微孔阵列参数对绝缘子真空沿面闪络性能的影响,设计了2种阵列结构,利用激光旋转微加工的方法在圆柱形有机玻璃绝缘子侧面进行了2种阵列的构筑,同时控制激光作用参数分别获得直径为300μm与200μm的2种表面微孔,最终得到4种微孔阵列结构。扫描电镜(SEM)与三维轮廓仪分析表明,通过激光旋转微加工的方法,实现了直径分别为300μm与200μm,深度为50μm左右的微孔点阵构筑。沿面闪络测试表明,表面微孔构筑能够有效地提升沿面闪络电压(实验中闪络电压提升50%以上),微孔直径越小提升效果越好;在同种微孔直径下,点阵结构对闪络电压无明显影响。

Study on Performance Parameters of the Plasma Source for a Short-Conduction-Time Plasma Opening Switch

Plasma source performance parameters, including plasma ejection density and velocity, greatly affect the operation of a short-conduction-time plasma opening switch （POS）. In this paper, the plasma source used in the POS of Qiangguang I generator is chosen as the study object. At first the POS working process is analyzed. The result shows that the opening performance of the POS can be improved by increasing the plasma ejection velocity and decreasing the plasma density. The influence of the cable plasma gun structure and number on the plasma ejection parameters is experimentally investigated with two charge collectors. Finally a semi-empirical model is proposed to describe the experimental phenomenon.