CN104459276A - 一种测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈，感应线圈包括超微晶磁芯和绕制在超微晶磁芯上的铜带，超微晶磁芯和铜带置于环状屏蔽外壳内；所述积分电阻采用多个并联的碳膜电阻，多个并联的碳膜电阻置于屏蔽外壳内。本发明的纳秒脉冲电流罗氏线圈可以实现对纳秒脉冲电流的测量，在实际使用中其测试效果比较好，其最高可以测试前沿为几个纳秒的电流脉冲，电流幅值可以测到几个千安。

Description

一种测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈

技术领域

本发明涉及一种测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈，是一种通过改进一般罗氏线圈的感应线圈，积分电阻从而减小罗氏线圈本身的自激震荡，改善其相应频率，从而实现测试纳秒脉冲电流。

背景技术

随着脉冲功率技术的发展，高压脉冲信号的上升沿越来越快，对脉冲测量的要求也越来越高，脉冲电流的测量一般采用同轴分流器或罗氏线圈。而罗氏线圈具有无源，且和测试设备无直接电气接触的优点得到了广泛应用。

目前微秒级的电流信号测量常用外积分式罗式线圈，由于用于外积分式罗式线圈必须经过一个RC积分回路，所以其测量的频率相应受到限制，在纳秒级电流信号的测量中很难应用。自积分罗氏线圈的频率相应高，是测量微秒亚微秒电流的理想手段。但是采用一般的自积分罗氏线圈测量纳秒脉冲电流会存在一些问题。其主要存在的问题有：

1、感应线圈的电感和寄生电容较大，容易产生自激震荡。

2、积分电阻寄生电感，电容较大使测试信号产生失真。

3、输出信号电压脉冲幅值较高，达到几千伏。一般衰减器很难用于此类信号的衰减。

基于这些因素，传统自积分罗氏线圈很难测试纳秒脉冲电流，需要对自积分线圈进行特殊的设计才能用于纳秒脉冲电流的测量。

MARX发生器放电电流具有前沿陡，前沿在几个纳秒，幅值大，电流幅值在几千安培。一般的自积分罗氏线圈无法满足测试要求。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈，解决脉冲功率技术中MARX发生器放电产生的纳秒级电流的测量问题。

技术方案

一种测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈，包括感应线圈和积分电阻；其特征在于：所述感应线圈包括超微晶磁芯和绕制在超微晶磁芯上的铜带，超微晶磁芯和铜带置于环状屏蔽外壳内；所述积分电阻采用多个并联的碳膜电阻，多个并联的碳膜电阻置于屏蔽外壳内，屏蔽外壳上设有信号输入和信号输出端口；所述超微晶磁芯外缠绕绝缘胶带。

所述多个并联的碳膜电阻为3个以上。

所述安置超微晶磁芯和铜带的环状屏蔽外壳厚度为2mm。

所述铜带的宽度为8mm，厚度为0.15mm。

所述安置碳膜电阻的屏蔽外壳的厚度为2mm。

所述积分电阻的取值范围为10-100欧姆。

所述碳膜电阻采用2瓦的碳膜电阻。

有益效果

本发明提出的一种测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈，感应线圈包括超微晶磁芯和绕制在超微晶磁芯上的铜带，超微晶磁芯和铜带置于环状屏蔽外壳内；所述积分电阻采用多个并联的碳膜电阻，多个并联的碳膜电阻置于屏蔽外壳内。

本发明与现有的自积分罗氏线圈比较，具有以下特点：

1、磁芯采用响应频率更高的超微晶磁芯，用铜带代替导线，减小导线自身的寄生电感和寄生电容。铜带在磁芯上缠绕6匝。

2、积分电阻采用寄生电感较小的多个碳膜电阻并联，以此减少积分电阻本身的寄生电感，防止发生自激震荡。由于在积分电阻端感应的电压较大，所以采用2W的碳膜电阻。积分电阻取10-100欧姆。

3、由于在积分电阻端感应的电压较高，衰减器采用耐压达8千伏的脉冲衰减器，以此来衰减测试信号的电压。

附图说明

图1：纳秒脉冲电流罗氏线圈组成图

图2：感应线圈结构图

图3：感应线圈截面图

图4：积分电阻结构

图5：罗氏线圈电路原理图

1-感应线圈，2-积分电阻，3-脉冲衰减器，4-铜带，5-屏蔽外壳，6-超微晶磁芯，7-碳膜电阻，8-电阻的屏蔽外壳，9、10-信号输入输出端口。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明实施例：纳秒脉冲电流罗氏线圈主要由感应线圈1，积分电阻2组成。测试时，积分电阻2与脉冲衰减器3连接，测试电流A从感应线圈正中心穿过。其组成图如图1所示。

其中感应线圈包括三个部分，为超微晶磁芯6，铜带4和屏蔽外壳5，屏蔽外壳的厚度为2mm。其具体组成如图2所示。超微晶磁芯外缠绕绝缘胶带，防止把铜带短路。铜带在磁芯外缠绕6匝，铜带的宽度为8mm，厚度为0.15mm，铜带之间用绝缘胶带绝缘。

积分电阻包括积分电阻的屏蔽外壳8和多个碳膜电阻7组成，其结构如图3所示，屏蔽外壳的厚度为2mm。积分电阻的取值范围为10-100欧姆，其由多个碳膜电阻并联组成。主要目的是减少积分电阻的电感，降低测试波形的失真，由于在测试大脉冲电流的时候，在积分电阻上感应的电压较高，所以采用2瓦的碳膜电阻，来防止积分电阻的失效。衰减器采用的是脉冲衰减器，其功率为3瓦，最大峰值电压为8KV，标称衰减量为-60dB，输入阻抗为50欧姆，输出阻抗也为50欧姆，带宽为DC-400MHz。采用脉冲衰减器的主要原因是感应线圈感应出高压脉冲其幅值达到几个千伏，一般衰减器长时间工作在脉冲高压的条件下很容易实效。

本实施例测试时，罗氏线圈是通过测量导线上变化的电流产生的磁场在线圈上感应出的电信号，来确定导线上电流的大小。如图1所示，当变化的电流流过感应线圈正中心的时候，就会引起导线周围的磁场发生变化。变化的磁场就会在感应线圈两端产生电压。由图4所示的罗氏线圈电路原理。罗氏线圈的线路方程为：

$M\frac{{\mathrm{di}}_1}{\mathrm{dt}}=L_0\frac{{\mathrm{di}}_2}{\mathrm{dt}}+(R_0+R_1)i_2\left(t\right)$

当的时候罗氏线圈满足自积分条件则有：

$M\frac{{\mathrm{di}}_1}{\mathrm{dt}}\≈L_0\frac{{\mathrm{di}}_2}{\mathrm{dt}}$

所测电压为：U_m＝R₁i₂＝MR₁i₁/L₀

由此可以看到在线圈感应系数M和电路参数R₁和L₀一定的情况下所测电压U_m和所测电流i₁成正比，从而实现对电流的测量。

本发明的纳秒脉冲电流罗氏线圈可以实现对纳秒脉冲电流的测量，在实际使用中其测试效果比较好，其最高可以测试前沿为几个纳秒的电流脉冲，电流幅值可以测到几个千安。

Claims (7)

1.一种测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈，包括感应线圈和积分电阻；其特征在于：所述感应线圈包括超微晶磁芯和绕制在超微晶磁芯上的铜带，超微晶磁芯和铜带置于环状屏蔽外壳内；所述积分电阻采用多个并联的碳膜电阻，多个并联的碳膜电阻置于屏蔽外壳内，屏蔽外壳上设有信号输入和信号输出端口；所述超微晶磁芯外缠绕绝缘胶带。

2.根据权利要求1所述测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈，其特征在于：所述多个并联的碳膜电阻为3个以上。

3.根据权利要求1所述测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈，其特征在于：所述安置超微晶磁芯和铜带的环状屏蔽外壳厚度为2mm。

4.根据权利要求1所述测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈，其特征在于：所述铜带的宽度为8mm，厚度为0.15mm。

5.根据权利要求1所述测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈，其特征在于：所述安置碳膜电阻的屏蔽外壳的厚度为2mm。

6.根据权利要求1所述测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈，其特征在于：所述积分电阻的取值范围为10-100欧姆。

7.根据权利要求1或2所述测量纳秒脉冲电流的罗氏线圈，其特征在于：所述碳膜电阻采用2瓦的碳膜电阻。