Устройство для измерения параметров импульсов тока и напряжения в коаксиальной линии передачи

(с 15 6 й 19/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ИДЕТЕЛ ЬСТВУ АВТОРСКОМ Изобретен физике в части мерения парам пряжения в коа может быть исп пульсных токовЦелью изо ние применим печения во ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Кременцов В.И Сахаров К.Ю., СвекисЯ.Г. Генератор высоковольтных наносекундимпульсов на основе ртутного геркона ВКН,Тезисы докладов 14 Всесоюзной научнотехнической конференции, МНПО "ВНИИОФИ", 1989, с. 132,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСОВ ТОКА И НАПРЯ)КЕНИЯ В КОАКСИАЛЪНОЙ ЛИНИИПЕРЕДАЧИ(57) Область использования: изобретениеотносится к технической физике в части создания устройств для измерения параметров импульсов тока и напряжения вкоаксиальной линии передачи и может бытьиспользовано в метрологии импульсных токов и напряжений. Сущность изобретения;устройство для измерения параметров имие относится к техническои создания устройств для изетров импульсов тока и наксиальной линии передачи и ользовано в метрологии ими напряжений.бретения является расширеости устройства путем обесзмож ности измерения пульсов тока и напряжения в коаксиальной линии передачи содержит отрезок коаксиальной линии с входным и выходным ВЧ- разъемами на концах, снабженный измерительной линией, первый электрод измерительной линии выполнен в виде проводника, размещенного в диэлектрическом наполнителе отрезка коаксиальной линии вдоль ее Оси под наружным электродом коаксиальной линии. Вторым электродом измерительной линии служит наружный электрод коаксиальной линии. Измерительная линия со стороны входного ВЧ-разъема с помощью линии связи подключена к регистратору, Электрод-проводник измерительной линии выполнен в виде спирали. Диэлектрический наполнитель коаксиальной линии образован двумя коаксйальными трубками из материалов с одинаковой диэлектрической проницаемостью, между поверхностями которых навит спиральный проводник, что позволяет расширить область применения путем обеспечения возможности измерения импульсов большей длительности с одновременным улучшением технологичности. 1 ил,импульсов большеи длительности с одновременным улучшением технологичности,На чертеже представлена принципиальная схема устройства для. измерения параметров импульсов тока и напряжения в коаксиальной линии передачи.Устройство содеркит отрезок коаксиальной линии с внутренним эльктродам 1, наружным электродом 2 и с входным 3 и выходным 4 ВЧ-разъемами на концах, Разь 1798704емы соединены с соответствующими электродами 1 и 2 коаксиальной линии коническими переходами 5, Отрезок снабжен измерительной линией с одним электродом в виде проводника 6, размещенного вдоль оси коаксиальной линии под наружным электродом 2 коэксиальной линии, являющимся одновременно вторым электродом измерительной линии. При этом начало 7 измерительной линии (со стороны входного разьема 3) с помощью линии связи 8 подключено к регистратору 9. Электрод-проводник 6 измерительной линии выполнен в виде спирали. Диэлектрический наполни- тель между электродами 1 и 2 коаксиальной линии образован двумя коаксиальными трубками 10 и 11 из материалов с одинаковой диэлектрической проницаемостью (наи ример, из полиэтилена, фторопласта и др.), Между поверхностями трубок 10 и 11 навит упомянутый спиральный проводник 6. Источник импульсов напряжения и тока на чертеке не показан, на чертеже стрелкой указано направление распространения Импульсов напрякения и тока, Конец измерительной линии обозначен позицией 12 и. показан ненагруженным,Устройство работает следующим образом.Через входной разъем 3 в устройство поступает импульс напряжения и соответст- . вующий ему импульс тока. Указанные импульсы порождают в пространстве между электродами 1 и 2 отрезка коаксиальной линии электромагнитную ТЕМ-волну, распространяющуюся в направлении от входного разьема 3 к выходному рээьему 4 со скоростью ч=.с/ Й (с - скорость света в вакууме, я - диэлектрическая проницаемость материала; из которого выполнен диэлектрический наполнитель коаксиальной линии). ТЕМ-волна является источником возбуждения вторичных волн напряжения и тока в указанной измерительной линии, В результате этого процесса в начале 7 измерительной линии, нагруженной на волновое сопротивление линии связи 8, появляется импульс напряжения, который по линиисвязи 8 передается в регистратор 9, где измеряются его параметры: время нарастания фронта, длительность, амплитуда. неравно-. мерность плоской вершины.Процесс возбуждения и распространения вторичных волн напряжения и тока в измерительной линии описывается теорией Длинных линий, согласно которой снимаемый с начала 7 измерительной линии импульс напряжения в течение времени =(1 о+1)/ч 1 ц длина проводника 6, 1 -длина отрезка коаксиальной линии между 0,=1/2 О 1 п "2 а 1+ сов аП В 1+сова 15.= Л.1 п(В 2/а) 11+ + 1 где В 1, В 2 - радиусы внутреннего 1 и Наружного 2 электродов отрезка коаксиальной линии; а - радиус намотки спирального проводника 6; а - угол наклона спирали к оси отрезка коаксиальной линии.Время т определяется тремя параметрами (1,1, ч), каждый из которых в данном устройстве может варьироваться независимо от двух других, Так, длина 1 спирального проводника 6 при постоянной длине 1 отрезка коаксиальной линии может быть многократно увеличена за счет уменьшения шага и увеличения диаметра намоткиспирали. При этом величина 1 ч может нэ несколько порядков превосходить велйчину 1. Кроме того, значение г может быть увеличено за счет снижения скорости ч распространения ТЕМ-волны в коаксиальной линии, Это достигается использованием материалов с большим значением диэлектрической проницаемости я для изготовления наполнителя коаксиальной линии (например; иэ керамики разного типа, к примеру, из рутилэ (Т 102) с е = 85), Если же нет необходимости снижать значение скорости ч, то можно испольэовать традиционные материалы; фторопласт и полиэтилен (значение е =2,25).Таким образом, за счет описанного конструктивного выполнения устройства со спиральным электродом-проводником и диэлектрическим напОлнителем отрезка коаксиальной линии в виде двух коаксиальных трубок оно допускает варьировэние параметрами 1, 1 и ч, что расширяет применимость устройства, для измерения параметров импульсов напряжения и тока в широком диапазоне их длительностей.Описываемое устройство обладает одновременно с указанным преимуществом и началом 7 и концом 12 измерительной линии повторяет по форме импульсы напряжения и тока в коаксиальной линии.5 Амплитуда Оо импульса напряжения, снимаемого с. начала 7 измерительной линии, например, при условии, что волновое сопротивление линии связи 8 равно волновому сопротивлению измерительной линии, связана с амплитудами, О и 1 импульсов напряжения и тока в коаксиальной линии соотношениями:повышенной по сравнению с прототипом технологичностью изготовления. В прототипе электрод-проводник измерительной линии протянут непосредственно под оплеткой отрезка коаксиального кабеля, яв ляющейся вторым электродом измерительной линии, При этом длина 1 такого электрода-проводника не превышаетдлины 1 к отрезка коаксиального кабеля и не может быть регулируема в большую сторону для 10 измерения импульсов большей длительности, а прокладка такого проводника протягиванием под оплеткой технологически крайне затруднена и приводит к деформациям и повреждениям оплеткиотрезка ко аксиального кабеля, т;е. к изменению волнового сопротивления кабеля. В описанном устройстве одновременно с возможно-.стью регулирования в большую сторону длины 1 спирального электрода-проводни ка улучшена технологичность устройства за счет того, что наполнитель измерительной. . линии состоит из двух коаксиальных трубок, спиральный проводник 6 помещается на поверхность внутренней трубки 10 (которую, 25 например, протачивают или отливают в форму и др.а проводник 6 напыляют или.наносят гальваническим способом и др, на свободную поверхность трубки 10), послечего поверх проводника на плотной посадке 30 размещается наружная трубка 11 из материала с такой же диэлектрической. проницаемостью, что и у трубки 10, а поверх трубки 11 также на плотной посадке располагается внешний электрод отрезка коаксиальной 35 линии 2, При этом,с одной стороныне происходит деформации наружного электрода отрезка коаксиальной линии - процесс укладки проводника значительно упрощен, а с другой стороны,.расположение проводни ка в однородной диэлектрической среде (диэлектрик трубок 10, 11) обеспечивает прохождение ТЕМ-волны через устройство без искажений, что позволяет измерять параметры импульсов заданной длительно сти.Так, например, при практической реализации устройства были изготовлены варианты устройства с 1 к=0,2 м, 1 ц=4,3 м и с 1 к=0.5 м, 1 о=44,5 м, приэтом измерены параметры 50 импульсов тока и напряжения с длительностью до 25 нс и до 250 нс соответственно (устройство прототип обеспечивает измерение параметров импульсов длительностью не более 10 нс), Как показали экспериментальные исследования, верхний предел диапазона длительности измеряемых импульсов практически неограничен и определяется лишь разумными с точки зрения реального использования габаритами устройства,Таким образом, описанное устройство обладает в сравнении с прототипом расширенным диапазоном применимости за счет обеспечения возможности измерения параметров импульсов большей длительности и одновременно улучшенной технологичностью, что позволяет использовать его в составе государственного специального эталона единиц напряженности импульсных электрических и магнитных полей в качестве делителя импульсов высокого напряжения амплитудой до 20 кВ, длительностью импульса не менее 20 нс,Формула изобретения Устройство для измерения параметров импульсовтока и напряжения в коаксиальной линии передачи, содержащее отрезок коаксиальной линии с входным и выходным ВЧ-разъемами на концах, снабженный измеритегьной линцей, один электрод которой выполнен в виде проводника, размещенного в диэлектрическом наполни- теле отрезка коаксиальной ликии вдоль ее оси, а вторымэлектродом измерительной линии является наружный электрод коаксиальной линии, при этом измерительная линия со стороны входного ВЧ-разъема с помощью линии связи подключена к регистратору, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения применимости устройства путем обеспечения возможности измерения импульсов большей длительности с одновременным улучшением технологичности, электрод-проводник измерительной линии выполнен в виде спирали, диэлектрический наполкитель коаксиальной линии образован двумя коаксиальными трубками из материалов с одинаковой диэлектрической проницаемостью, между поверхностями которых навит спиральный электрод-проводник,1798704 Соста вител ь С. Ал ьбе Техред М,Моргентал Редактор ктор М,Петрова Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 каз 7 б 9 Тираж Подписное ВНИКПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5