專利名稱：同軸屏蔽氣體火花開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種同軸結(jié)構(gòu)的雙間隙橫向針觸發(fā)的氣體火花開關(guān)，其結(jié)構(gòu)得到優(yōu) 化并與負(fù)載匹配，適用于高峰值、快前沿電脈沖的產(chǎn)生。
背景技術(shù)：
電磁脈沖及其工程防護(hù)的理論和技術(shù)仍然是當(dāng)今世界各大國(guó)研究的熱點(diǎn)之一。目 前的研究熱點(diǎn)一方面是利用脈沖功率技術(shù)研制快前沿、高重復(fù)頻率、窄脈沖模擬器及超級(jí) EMP(Super-EMP)模擬器，另一方面是EMP效應(yīng)及其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展。高功率脈沖技術(shù)中，開 關(guān)技術(shù)具有特殊重要的地位，它不僅決定了脈沖功率裝置的輸出特性，甚至是脈沖功率系 統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。為了使電磁脈沖模擬器的脈沖前沿時(shí)間降低、波形光滑、減少對(duì)環(huán)境的輻射 干擾，設(shè)計(jì)了同軸屏蔽式高壓氣體火花開關(guān)。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題與高功率脈沖技術(shù)一樣，核電磁脈沖模擬技術(shù)中，開關(guān)技術(shù)具有特殊重 要的地位。它不僅決定了裝置的輸出特性，甚至是模擬系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。開關(guān)既要求能傳 輸大功率、低的時(shí)間抖動(dòng)，還要求具有低的電感和低的損耗電阻。常采用三電極場(chǎng)畸變型氣 體開關(guān)，主要構(gòu)型可分為兩種一種是在一個(gè)電極中心開孔，引入觸發(fā)針；另一種是在開關(guān) 電極的中間平面部位，即中心電位面為零處，放入圓環(huán)片，構(gòu)成觸發(fā)電極。氣體火花開關(guān)的結(jié)構(gòu)形式、電極形狀、觸發(fā)形式及觸發(fā)脈沖、氣體壓力等都會(huì)對(duì)脈 沖波形參數(shù)產(chǎn)生較大的影響，必須認(rèn)真對(duì)待。上述兩種結(jié)構(gòu)形式的開關(guān)在主電極間隙d很 小、極間電壓極高、要求波形上升時(shí)間小于3ns的情況下，存在著觸發(fā)及波形調(diào)節(jié)困難、輻 射干擾等缺點(diǎn)。技術(shù)方案本實(shí)用新型的同軸屏蔽式高壓氣體火花，按照特性阻抗匹配的原理將 其設(shè)計(jì)成同軸式結(jié)構(gòu)，并將儲(chǔ)能電容器裝入其中，不僅有助于降低電感并使結(jié)構(gòu)緊湊、加快 脈沖的上升沿，而且可以解決屏蔽、支撐及接地問(wèn)題，同時(shí)更便于實(shí)現(xiàn)與同軸電纜的過(guò)渡連 接；采用橫向雙間隙針觸發(fā)結(jié)構(gòu)，以方便對(duì)開關(guān)內(nèi)電場(chǎng)的調(diào)節(jié)及觸發(fā)位置的調(diào)整，并可以阻 斷主脈沖通過(guò)觸發(fā)極的分流問(wèn)題，使開關(guān)可同時(shí)適用于產(chǎn)生正負(fù)脈沖。本實(shí)用新型的軸屏蔽式高壓氣體火花開關(guān)包括放電主電極；觸發(fā)針電極；輸出主 電極；絕緣體；輸出銅線；錐形金屬輸出過(guò)渡段；金屬罩殼；絕緣套筒；金屬端蓋；氣咀；阻 斷間隙；觸發(fā)引線；聯(lián)接螺栓、螺母；觸發(fā)間隙；直流高壓電極；其中，金屬罩殼的一端與錐 形金屬輸出過(guò)渡段通過(guò)聯(lián)接螺栓、螺母連接，金屬罩殼的另一端與金屬端蓋連接；在金屬罩 殼中設(shè)有絕緣套筒，在絕緣套筒的中間設(shè)有放電主電極，在放電主電極的一端設(shè)有直流高 壓電極；在錐形金屬輸出過(guò)渡段的內(nèi)部設(shè)有絕緣體，在絕緣體的中間設(shè)有輸出銅線，在絕緣 體的內(nèi)端設(shè)有與放電主電極在一條軸線上的輸出主電極；觸發(fā)針電極位于放電主電極和輸 出主電極之間；在觸發(fā)針電極的上部設(shè)有觸發(fā)引線，觸發(fā)針電極與觸發(fā)引線之間設(shè)有阻斷 間隙。[0007]所述的觸發(fā)針電極為微彎的針狀，且可旋轉(zhuǎn)性，便于調(diào)整其與放電主電極和輸出 主電極的距離及主電場(chǎng)的分布，實(shí)現(xiàn)良好的可觸發(fā)性。錐形金屬輸出過(guò)渡段的錐角為45° 60°，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，減少傳輸?shù)姆瓷浜驼袷?。開關(guān)的外層金屬屏蔽罩由一個(gè)空心金屬罩殼及兩端分別通過(guò)法蘭及螺紋聯(lián)接與 之相連的端蓋和錐形輸出過(guò)渡段構(gòu)成，端蓋上裝有氣咀；在外層金屬屏蔽罩圓柱段內(nèi)裝有 絕緣套筒，套筒內(nèi)裝有低感儲(chǔ)能電容，其一端與端蓋有效電連接，另一端與一主電極1及直 流高電壓輸入極相連，另一主電極3與主電極1相對(duì)并相距數(shù)毫米，主電極3的輸出端與輸 出銅線良好連接，兩者外層套有絕緣體，該絕緣體一部分嵌入絕緣筒內(nèi)，一部分與輸出過(guò)渡 段密合，尾部與輸出銅線一起穿出過(guò)渡段通過(guò)連接器與輸出同軸電纜相連，主電極3與絕 緣體間通過(guò)螺紋聯(lián)接及密封圈密封，絕緣體與過(guò)渡段間通過(guò)螺紋聯(lián)接及密封圈密封；空心 金屬罩殼外有兩個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)中央各有一個(gè)螺紋通孔通入殼內(nèi)，分別用于直流高電壓輸入 電極和觸發(fā)電極，該兩電極與罩殼通過(guò)絕緣套隔離，并通過(guò)螺紋聯(lián)接及密封圈保證氣密性； 觸發(fā)電極一端為微彎的針狀伸入主電極1、3之間，可旋轉(zhuǎn)調(diào)整，另一端為較大的平面位于 金屬罩殼外的絕緣盒內(nèi)，與觸發(fā)脈沖的輸入引線相距數(shù)毫米形成阻斷間隙；直流高電壓輸 入電極、觸發(fā)電極及輸出銅線與絕緣材料之間填充有高壓硅脂；開關(guān)主體的特性阻抗與負(fù) 載阻抗相同，過(guò)渡段錐角為45° 60°。利用微彎的針狀觸發(fā)電極的可旋轉(zhuǎn)性調(diào)整其與兩主電極間的距離及主電場(chǎng)的分 布，實(shí)現(xiàn)良好的可觸發(fā)性。利用觸發(fā)引線與觸發(fā)電極間的空氣間隙(阻斷間隙)實(shí)現(xiàn)對(duì)主脈沖的旁路阻斷， 便于使用正、負(fù)脈沖觸發(fā)和用于正負(fù)脈沖源；利用阻斷間隙與觸發(fā)針和主電極間的觸發(fā)間 隙使觸發(fā)針形成電荷極聚效應(yīng)，改善觸發(fā)性能。利用錐角為45° 60°的錐形輸出過(guò)渡段實(shí)現(xiàn)與脈沖源的輸出傳輸線的阻抗匹 配，減少傳輸?shù)姆瓷浜驼袷?。有益效?、微彎的針狀觸發(fā)電極的可旋轉(zhuǎn)性有利于調(diào)節(jié)其與兩主電極間的距離及主電場(chǎng) 的分布，實(shí)現(xiàn)良好的可觸發(fā)性能。2、阻斷間隙有利于使用正、負(fù)脈沖觸發(fā)，并可用于形成正負(fù)脈沖；3、阻斷間隙與觸發(fā)間隙有利于觸發(fā)針形成電荷極聚效應(yīng)，改善觸發(fā)性能；4、錐形輸出過(guò)渡段實(shí)現(xiàn)有利于減少傳輸?shù)姆瓷浜驼袷帲?、屏蔽一體式結(jié)構(gòu)有利于系統(tǒng)的有效電感，有利于減小輻射干擾；6、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有放電主電極1 ；輸出主電極3 ；觸發(fā)針電極2 ；絕緣體4 ；輸出銅線5 ；錐形 金屬輸出過(guò)渡段6 ；金屬罩殼7 ；絕緣套筒8 ；金屬端蓋9 ；氣咀10 ；阻斷間隙11 ；觸發(fā)引線 12 ；聯(lián)接螺栓、螺母13、14 ；觸發(fā)間隙15 ；直流高壓電極16。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型同軸屏蔽式高壓氣體火花的外層金屬屏蔽罩由一個(gè)空心金屬罩殼7 及兩端分別通過(guò)法蘭及聯(lián)接螺栓、螺母13、14與之相連的端蓋9和錐形輸出過(guò)渡段6構(gòu)成， 端蓋9上裝有氣咀10 ；在空心金屬罩殼7內(nèi)裝有絕緣套筒8，套筒8內(nèi)裝有低感儲(chǔ)能電容 (圖中未示出)，其一端與端蓋9有效電連接，另一端與一主電極1及直流高電壓輸入極16 相連，另一主電極3與主電極1相對(duì)并相距數(shù)毫米，主電極3的輸出端與輸出銅線5良好連 接，兩者外層套有絕緣體4，絕緣體4 一部分嵌入絕緣筒8內(nèi)，一部分與輸出過(guò)渡段6密合， 尾部與輸出銅線5 —起穿出過(guò)渡段6通過(guò)連接器與輸出同軸電纜相連(圖中未示出)，主電 極3與絕緣體4間通過(guò)螺紋聯(lián)接及密封圈(圖中未示出)密封，絕緣體4與過(guò)渡段6間通 過(guò)螺紋聯(lián)接及密封圈(圖中未示出)密封；空心金屬罩殼7外有兩個(gè)凸臺(tái)(圖中只示出一 個(gè))，凸臺(tái)中央各有一個(gè)螺紋通孔通入金屬罩殼7內(nèi)，分別用于直流高電壓輸入電極16和觸 發(fā)電極3，該兩電極與罩殼7通過(guò)絕緣套隔離，并通過(guò)螺紋聯(lián)接及密封圈(圖中未示出)保 證氣密性；觸發(fā)電極2—端為微彎的可旋轉(zhuǎn)調(diào)整的針狀，伸入主電極1、3之間形成觸發(fā)間隙 15，另一端為較大的平面位于金屬罩殼7外的絕緣盒內(nèi)，與觸發(fā)脈沖的輸入引線12相距數(shù) 毫米形成阻斷間隙11 ；直流高電壓輸入電極16、觸發(fā)電極2及輸出銅線5與絕緣材料之間 填充有高壓硅脂；開關(guān)主體的特性阻抗與負(fù)載阻抗相同，過(guò)渡段6錐角為45° 60°。材料、形狀、連接方式的選擇金屬罩殼7內(nèi)表面為圓柱直筒形，外表面主體為圓柱形，兩端為法蘭結(jié)構(gòu)，材料為 金屬鋁或銅或不銹鋼；輸出過(guò)渡段6為圓錐形過(guò)渡到圓柱形，并帶有兩個(gè)法蘭分別用于與 罩殼7及輸出連接器相連，材料均為金屬鋁或銅或不銹鋼；主電極1、3為子彈頭，氣隙間距 為數(shù)毫米，觸發(fā)電極為微彎的針狀，材料均為不銹鋼；絕緣套筒8的材料為聚四氟乙烯或有 機(jī)玻璃，絕緣體4的材料為聚四氟乙烯，其它絕緣材料為聚四氟乙烯或聚甲醛，內(nèi)絕緣填充 有高壓硅脂；儲(chǔ)能電容為高壓無(wú)感圓柱狀同軸脈沖電容器。
權(quán)利要求1.一種同軸屏蔽式高壓氣體火花開關(guān)，其特征在于該火花開關(guān)包括放電主電極(1)； 觸發(fā)針電極⑵；輸出主電極⑶；絕緣體⑷；輸出銅線(5)；錐形金屬輸出過(guò)渡段(6)；金 屬罩殼(7)；絕緣套筒(8)；金屬端蓋(9)；氣咀(10)；阻斷間隙(11)；觸發(fā)引線(12)；聯(lián)接 螺栓、螺母(13、14)；觸發(fā)間隙(15)；直流高壓電極(16)；其中，金屬罩殼(7)的一端與錐 形金屬輸出過(guò)渡段(6)通過(guò)聯(lián)接螺栓、螺母(13、14)連接，金屬罩殼(7)的另一端與金屬端 蓋(9)連接；在金屬罩殼(7)中設(shè)有絕緣套筒(8)，在絕緣套筒(8)的中間設(shè)有放電主電極 (1)，在放電主電極(1)的一端設(shè)有直流高壓電極(16)；在錐形金屬輸出過(guò)渡段(6)的內(nèi)部 設(shè)有絕緣體G)，在絕緣體的中間設(shè)有輸出銅線(5)，在絕緣體的內(nèi)端設(shè)有與放電 主電極⑴在一條軸線上的輸出主電極(3)；觸發(fā)針電極(2)位于放電主電極⑴和輸出 主電極C3)之間；在觸發(fā)針電極O)的上部設(shè)有觸發(fā)引線(12)，觸發(fā)針電極( 與觸發(fā)引 線(12)之間設(shè)有阻斷間隙(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸屏蔽式高壓氣體火花開關(guān)，其特征在于所述的觸發(fā)針電 極(2)為微彎的針狀，且可旋轉(zhuǎn)性，便于調(diào)整其與放電主電極(1)和輸出主電極C3)的距離 及主電場(chǎng)的分布，實(shí)現(xiàn)良好的可觸發(fā)性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸屏蔽式高壓氣體火花開關(guān)，其特征在于錐形金屬輸出過(guò) 渡段(6)的錐角為45° 60°，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，減少傳輸?shù)姆瓷浜驼袷帯?br> 專利摘要同軸屏蔽式高壓氣體火花開關(guān)，一種同軸結(jié)構(gòu)的雙間隙橫向針觸發(fā)的電脈沖控制觸發(fā)的氣體火花開關(guān)，其按照特性阻抗匹配的原理設(shè)計(jì)而成，并將儲(chǔ)能電容器裝入其中，不僅有助于降低電感并使結(jié)構(gòu)緊湊、加快脈沖的上升沿，而且可以解決屏蔽、支撐及接地問(wèn)題，同時(shí)更便于實(shí)現(xiàn)與同軸電纜的過(guò)渡連接；采用橫向雙間隙針觸發(fā)結(jié)構(gòu)，以方便對(duì)開關(guān)內(nèi)電場(chǎng)的調(diào)節(jié)及觸發(fā)位置的調(diào)整，并可以阻斷主脈沖通過(guò)觸發(fā)極的分流問(wèn)題，使開關(guān)正、負(fù)脈沖觸發(fā)，并可同時(shí)用于產(chǎn)生正負(fù)脈沖。適于用做產(chǎn)生高峰值、快前沿電脈沖的轉(zhuǎn)換開關(guān)。
文檔編號(hào)H01T7/00GK201904538SQ20102056117
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者姜飛, 張偉, 胡景森, 陳煒?lè)?申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)