一種基于薄膜開關(guān)的全自動方波發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于薄膜開關(guān)的全自動方波發(fā)生器，包括觸發(fā)單元，輸出傳輸線，依次連接的高壓直流電源、充電電阻、同軸傳輸線的芯線、同軸傳輸線的芯線、薄膜開關(guān)、同軸傳輸線的皮線、負(fù)載電阻、同軸傳輸線的皮線、接地端子；輸出傳輸線的芯線和皮線分別與負(fù)載電阻的兩端連接；還包括低壓直流電源、PLC模塊、供膜單元、電磁鐵；供膜單元包括帶轉(zhuǎn)軸絕緣膜、步進(jìn)電機(jī)、卷膜裝置；步進(jìn)電機(jī)在PLC模塊驅(qū)動下驅(qū)動卷膜裝置轉(zhuǎn)動，帶轉(zhuǎn)軸絕緣膜的自由端被轉(zhuǎn)動的卷膜裝置帶動后穿過薄膜開關(guān)的兩電極之間；PLC模塊控制高壓直流電源的通斷。為克服薄膜開關(guān)換膜不方便、使用效率低的技術(shù)問題，實現(xiàn)了全自動換膜、充電、觸發(fā)。
【專利說明】一種基于薄膜開關(guān)的全自動方波發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于脈沖功率裝置，具體涉及一種全自動快沿方波發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]在高電壓、脈沖功率技術(shù)、電力系統(tǒng)及電磁脈沖效應(yīng)等研究領(lǐng)域，由于電流電壓等級較高，脈沖波形上升沿快，針對這些脈沖的測試一般沒有標(biāo)準(zhǔn)的探測器件，需要根據(jù)具體波形和環(huán)境設(shè)計測量器件，在使用前需要對這些器件進(jìn)行標(biāo)定。對高電壓、大電流而言，如果對分壓器、分流器、羅科夫斯基線圈等測量系統(tǒng)進(jìn)行方波響應(yīng)校驗，要求方波源不但要有快前沿，而且要有高幅值。
[0003]常見的方波發(fā)生器輸出電壓5V - 2kV之間，通常采用半導(dǎo)體開關(guān)或者水銀開關(guān)構(gòu)成方波形成電路，由于器件性能的限制，輸出電壓2kV以上的高電壓方波發(fā)生器在國內(nèi)市場上未見產(chǎn)品出售，而低電壓方波發(fā)生器并不能完全滿足測量器件標(biāo)定要求。
[0004]高電壓方波發(fā)生器通常采用氣體開關(guān)或者薄膜開關(guān)作為放電開關(guān)。輸出電壓達(dá)到10kV。氣體開關(guān)性能受氣壓影響較大，在低壓時前沿較慢。另外由于需要氣瓶、充氣控制等附屬系統(tǒng)，使得整個發(fā)生器體積較大，使用不方便。薄膜開關(guān)優(yōu)點是前沿快，但是由于薄膜為消耗品，每次擊穿后需要更換，嚴(yán)重影響使用效率，目前未見成品基于薄膜開關(guān)的方波發(fā)生器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服薄膜開關(guān)換膜不方便、使用效率低的技術(shù)問題，本實用新型提出一種基于薄膜開關(guān)的全自動方波發(fā)生器。
[0006]本實用新型的技術(shù)解決方案是:
[0007]—種基于薄膜開關(guān)的全自動方波發(fā)生器，包括觸發(fā)單兀15,輸出傳輸線5,依次連接的高壓直流電源13、充電電阻6、第一同軸傳輸線I的芯線、第二同軸傳輸線3的芯線、薄膜開關(guān)4、第二同軸傳輸線3的皮線、負(fù)載電阻2、第一同軸傳輸線I的皮線、接地端子；所述輸出傳輸線5的芯線和皮線分別與負(fù)載電阻2的兩端連接；其特殊之處在于:
[0008]還包括低壓直流電源22、PLC模塊11、供膜單元、電磁鐵12 ；
[0009]所述供膜單元包括帶轉(zhuǎn)軸絕緣膜14、步進(jìn)電機(jī)20、卷膜裝置；所述步進(jìn)電機(jī)在PLC模塊驅(qū)動下驅(qū)動卷膜裝置轉(zhuǎn)動，所述帶轉(zhuǎn)軸絕緣膜的自由端被轉(zhuǎn)動的卷膜裝置帶動后穿過薄膜開關(guān)的兩電極之間；
[0010]所述低壓直流電源向PLC模塊、觸發(fā)單元和電磁鐵供電；
[0011]所述觸發(fā)單元在PLC模塊控制下刺穿絕緣膜；
[0012]所述電磁鐵在PLC模塊控制下驅(qū)動觸發(fā)單元壓緊或松開薄膜開關(guān)的兩電極；
[0013]所述PLC模塊控制高壓直流電源的通斷。
[0014]還包括機(jī)箱10 ；
[0015]所述機(jī)箱前面板上設(shè)置有觸摸屏8和按鈕9 ;所述觸摸屏8和按鈕9用于控制PLC模塊；
[0016]所述觸發(fā)單元15，高壓直流電源13、充電電阻6、薄膜開關(guān)4、低壓直流電源、PLC模塊、供膜單元、電磁鐵均設(shè)置在機(jī)箱內(nèi)；
[0017]所述機(jī)箱后面板上設(shè)置有兩個電纜充電接口 17，所述兩個電纜充電接口分別連接外部的第一同軸傳輸線I和第二同軸傳輸線3。
[0018]所述接地端子21和輸出傳輸線5設(shè)置在機(jī)箱后面板上。
[0019]本實用新型的有益效果:
[0020]1、本實用新型通過自動換膜結(jié)構(gòu)設(shè)計、PLC總體控制結(jié)合，實現(xiàn)了全自動換膜、充電、觸發(fā)，解決了薄膜開關(guān)換膜不方便，使用效率低的問題。
[0021]2、本實用新型提出的基于薄膜開關(guān)的全自動方波發(fā)生器能夠?qū)崿F(xiàn)觸摸屏控制全自動換膜，人機(jī)界面友好，操作方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是方波發(fā)生器電路原理圖；
[0023]圖2是基于薄膜開關(guān)的全自動方波發(fā)生器布局圖；
[0024]圖3是自動換膜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]附圖標(biāo)記為:
[0026]1-第一同軸傳輸線,2-負(fù)載電阻,3-第二同軸傳輸線，4-薄膜開關(guān),5-輸出傳輸線，6-充電電阻，8-觸摸屏，9-按鈕，10-機(jī)箱，I1-PLC模塊，12-電磁鐵，13-高壓直流電源，14-帶轉(zhuǎn)軸絕緣膜，15-觸發(fā)單元，16-220V電源接口，17-電纜充電接口，18-薄膜開關(guān)陰極，19-輸出傳輸線接口，20-步進(jìn)電機(jī)，21-接地端子，22-低壓直流電源。
【具體實施方式】
[0027]薄膜開關(guān)工作原理是:
[0028]開關(guān)兩電極之間采用厚度為幾十微米量級的絕緣膜(聚丙烯、聚酯等)作為絕緣材料，在充電過程中絕緣膜不擊穿，待充電完成后，由觸發(fā)單元將絕緣膜戳破，絕緣膜失去絕緣能力，開關(guān)快速放電。由于開關(guān)體積緊湊，電感小，因此可以產(chǎn)生快前沿脈沖。
[0029]本實用新型設(shè)計了一種自動換膜、充電和觸發(fā)的結(jié)構(gòu)，包括I個電磁鐵、一個步進(jìn)電機(jī)、一臺高壓直流電源模塊、I個觸發(fā)單元和一臺低壓直流模塊組合工作。
[0030]首先用通過電磁鐵將薄膜開關(guān)觸發(fā)結(jié)構(gòu)拉開，然后采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動，帶動卷軸旋轉(zhuǎn)，將絕緣膜拉動一定距離，換膜完成后電磁鐵關(guān)閉，觸發(fā)結(jié)構(gòu)與薄膜開關(guān)接觸，高壓直流電源模塊給電纜傳輸線充電，之后觸發(fā)單元動作，完成觸發(fā)。整個過程采用PLC模塊控制，觸摸屏操作。
[0031]在圖1所示電路中:高壓直流電源13通過充電電阻6和電阻2為第一同軸傳輸線I和第二同軸傳輸線3充電,充電完畢后,觸發(fā)開關(guān)4,開關(guān)導(dǎo)通，電磁波在同軸傳輸線傳輸過程為波過程，最終在負(fù)載電阻2上形成脈沖方波。
[0032]在圖2所示實施例中，PLC模塊11控制電磁鐵12、步進(jìn)電機(jī)20、觸發(fā)單元15、高壓直流電源13和低壓直流電源22按照以下流程工作:
[0033]a、電磁鐵12吸合，帶動觸發(fā)單元15與薄膜開關(guān)陰極18拉開一定距離；[0034]b、步進(jìn)電機(jī)20轉(zhuǎn)動,帶動絕緣膜14轉(zhuǎn)動；
[0035]C、電磁鐵12斷電，觸發(fā)單元15與薄膜開關(guān)陰極18接觸；
[0036]d、高壓直流電源13通過電纜充電接口 17向電纜充電；
[0037]e、觸發(fā)單元內(nèi)部電磁鐵動作，完成觸發(fā)。
[0038]在圖2所示實施例中，觸摸屏8可完成加壓幅值設(shè)置、實驗次數(shù)設(shè)置、實驗狀態(tài)顯示等功能；按鈕9可完成方波發(fā)生器啟動、關(guān)閉和急停功能；薄膜開關(guān)陰極18具備結(jié)構(gòu)緊湊的特點，其特征阻抗與外接電纜阻抗必須匹配。
[0039]電磁鐵12首先動作，帶動觸發(fā)單元15與薄膜開關(guān)陰極18拉開一定距離，然后步進(jìn)電機(jī)20轉(zhuǎn)動,帶動絕緣膜14轉(zhuǎn)動一定距離,最后電磁鐵12斷電,觸發(fā)單元15與薄膜開關(guān)陰極18接觸，完成換膜。
【權(quán)利要求】
1.一種基于薄膜開關(guān)的全自動方波發(fā)生器，包括觸發(fā)單元(15)，輸出傳輸線(5)，依次連接的高壓直流電源(13)、充電電阻(6)、第一同軸傳輸線(I)的芯線、第二同軸傳輸線(3)的芯線、薄膜開關(guān)(4)、第二同軸傳輸線(3)的皮線、負(fù)載電阻(2)、第一同軸傳輸線(I)的皮線、接地端子；所述輸出傳輸線(5)的芯線和皮線分別與負(fù)載電阻(2)的兩端連接；其特征在于: 還包括低壓直流電源(22)、PLC模塊(11)、供膜單元、電磁鐵(12)； 所述供膜單元包括帶轉(zhuǎn)軸絕緣膜(14)、步進(jìn)電機(jī)(20)、卷膜裝置；所述步進(jìn)電機(jī)在PLC模塊驅(qū)動下驅(qū)動卷膜裝置轉(zhuǎn)動，所述帶轉(zhuǎn)軸絕緣膜的自由端被轉(zhuǎn)動的卷膜裝置帶動后穿過薄膜開關(guān)的兩電極之間； 所述低壓直流電源向PLC模塊、觸發(fā)單元和電磁鐵供電； 所述觸發(fā)單元在PLC模塊控制下刺穿絕緣膜； 所述電磁鐵在PLC模塊控制下驅(qū)動觸發(fā)單元壓緊或松開薄膜開關(guān)的兩電極； 所述PLC模塊控制高壓直流電源的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于薄膜開關(guān)的全自動方波發(fā)生器，其特征在于:還包括機(jī)箱(10)； 所述機(jī)箱前面板上設(shè)置有觸摸屏(8)和按鈕(9);所述觸摸屏(8)和按鈕(9)用于控制PLC模塊； 所述觸發(fā)單元(15)，高壓直流電源(13)、充電電阻(6)、薄膜開關(guān)(4)、低壓直流電源、PLC模塊、供膜單元、電磁鐵均設(shè)置在機(jī)箱內(nèi)； 所述機(jī)箱后面板上設(shè)置有兩個電纜充電接口(17)，所述兩個電纜充電接口分別連接外部的第一同軸傳輸線(I)、第二同軸傳輸線(3)； 所述接地端子(21)和輸出傳輸線(5)設(shè)置在機(jī)箱后面板上。
【文檔編號】G05B19/05GK203745850SQ201420058247
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年1月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月30日
【發(fā)明者】張國偉, 陳志強(qiáng), 孫鳳榮, 王海洋, 陳維青, 曾正中, 馬蓮英 申請人:西北核技術(shù)研究所