Устройство для измерения параметров импульсов тока и напряжения в коаксиальной линии передачи Советский патент 1993 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к технической физике в части создания устройств для измерения параметров импульсов тока и напряжения в коаксиальной линии передачи и может быть использовано в метрологии импульсных токов и напряжений.

Целью изобретения является расширение применимости устройства путем обеспечения возможности измерения

импульсов большей длительности с одновременным улучшением технологичности.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для. измерения параметров импульсов тока и напряжения в коаксиальной линии передачи.

Устройство содержит отрезок коаксиальной линии с внутренним электродом 1, наружным электродом 2 и с входным 3 и выходным 4 ВЧ-разъемами на концах. Разъ00

XI о

Јь

емы соединены с соответствующими электродами 1 и 2 коаксиальной линии коническими переходами 5, Отрезок снабжен измерительной линией с одним электродом в виде проводника б, размещенного вдоль оси коаксиальной линии под наруЗкным электродом 2 коаксиальной линии, являющимся одновременно вторым электродом измерительной линии. При этом начало 7 измерительной линии (со стороны входного разъема 3) с помощью линии связи 8 подключено к регистратору 9. Элёктрод-про- водн ик 6.измерительной линии выполнен в виде спирали. Диэлектрический наполнитель между электродами 1 и 2 коаксиальной линии образован двумя коаксиальными трубками 10 и 11 из материалов с одинаковой диэлектрической проницаемостью (на- п ример, из полиэтилена, фторопласта и др.). Между поверхностями трубок 10 и 11 навит упомянутый спиральный проводник 6. Источник импульсов напряжения и тока на чертеже не показан, на чертеже стрелкой указано направление распространения импульсов напряжения 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 соответствующий ему импульс тока. Указанные импульсы порождают в пространстве между электродами 1 и 2 отрезка коаксиальной линии электромагнитную ТЕМ-волну, распространяющуюся в направлении от входного разъема 3 к выходному разъему 4 со скоростью v с/ vS (с - скорость света в вакууме, е - 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 полиниисвя- зи 8 передается в регистратор 9, где измеряются его параметры: время нарастания фронта, длительность, амплитуда, неравномерность 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 г(1и+1к)/У (1ц - длина проводника 6, « длина отрезка коаксиальной линии между началом 7 и концом 12 измерительной линии) повторяет по форме импульсы напряжения и тока в коаксиальной линии.

Амплитуда Uu импульса напряжения, снимаемого с начала 7 измерительной линии, например, приусловии, что волновое сопротивление линии связи 8 равно волновому сопротивлению измерительной линии, связана с амплитудами. UK и IK импульсов напряжения и тока в коаксиальной линии соотношениями:

п -ч/он ln(R2/a) г V j cos а , . и 1 /2 и -|n(rVRi) 1 + 1 + cos a

0

5

0

5

30

UU fiKln(R2/a) ,

0 где RL R2- 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.

5 Время т определяется тремя параметрами (lu, IK, V), каждый из которых в данном устройстве может варьироваться независимо от двух других. Так, длина lu спирального проводника 6 при постоянной

0 длине 1К отрезка коаксиальной линии может быть многократно увеличена за счет уменьшения шага и увеличения диаметра намотки спирали. При этом величина lu может на несколько порядков превосходить величину

5 |к. Кроме того, значение т может быть увеличено за счет снижения скорости v распространения ТЕМ-волны в коаксиальной линии. Это достигается использованием материалов с большим значением диэлектрической проницаемости е для изготовления наполнителя коаксиальной линии (например, из керамики разного типа, к примеру, из рутила (ТЮ2) с е 85), Если же нет необходимости снижать значение скорости v, то можно использовать традиционные материалы: фторопласт и полиэтилен (значение ,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 варьирование параметрами lu, IK и v, что расширяет применимость устройства, для измерения параметров импульсов напряжения и тока в широком диапазоне их длительностей,

Описываемое устройство обладает одновременно с указанным преимуществом и

повышенной по сравнению с прототипом технологичностью изготовления. В прототипе электрод-проводник измерительной линии протянут непосредственно под оплеткой отрезка коаксиального кабеля, являющейся вторым электродом измерительной линии. При этом длина lu такого электрода-проводника не превышает длины 1к отрезка коаксиального кабеля и не может быть регулируема в большую сторону для измерения импульсов большей длительности, а прокладка такого проводника протягиванием под оплёткой технологически крайне затруднена и приводит к деформациям и повреждениям оплетки отрезка коаксиального кабеля, т.е. к .изменению волнового сопротивления кабеля. В описанном устройстве одновременно е возможностью регулирования в большую сторону длины 1и спирального электрода-проводника 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, например, протачивают или отливают в форму и др., а проводник 6 напыляют или. наносят гальваническим способом и др. на свободную поверхность трубки 10), после чего поверх проводника на плотной посадке размещается наружная.трубка 11 из материала с такой же диэлектрической проницаемостью, что и у трубки ю, а поверх трубки 11 также на плотной посадке располагается внешний электрод отрезка, коаксиальной линии 2. При этом,с одной стороны.не происходит деформации наружного электрода отрезка коаксиальной линии - процесс укладки проводника значительно упрощен, а с другой стороны;расположение проводника в однородной диэлектрической среде (диэлектрик трубок 10, 11) обеспечивает прохождение ТЕМ-волны через устройство без искажений, что позволяет измерять параметры импульсов заданной длительности.

Так, например, при практической реализации устройства были изготовлены варианты устройства с ,2 м, ,3 м и с ,5 м, .-5. м, при этом измерены параметры импульсов тока и напряжения с длительн остью до 25 не и до 250 не соответственно (устройство прототип обеспечивает измерение параметров импульсов длительностью не более 10 не). Как показали зксперимен- 5 тальные исследования, верхний предел диапазона длительности измеряемых импульсов практически неограничен и определяется лишь разумными с точки зрения реального использования габаритами уст10 ройства.

Таким образом, описанное устройство обладает в сравнении с прототипом расширенным диапазоном применимости за счет обеспечения возможности измерения пара5 метров импульсов большей длительности и одновременно улучшенной технологичностью, что позволяет использовать его в составе государственного специального эталона единиц напряженности импульс0 ных электрических и магнитных полей в качестве делителя импульсов высокого напряжения амплитудой до 20 кВ, длительностью, импульса не менее 20 не. Формулаизобретения

5 Устройство для измерения параметров импульсов тока и напряжения в коаксиальной линии передачи, содержащее отрезок коаксиальной линии с входным и выходным ВЧ-разъемами на концах, снабженный из0 мерительной линией, один электрод которой выполнен в виде проводника, размещенного в диэлектрическом наполнителе отрезка коаксиальной линии вдоль ее оси, а вторым электродом измерительной

5 линии является наружный электрод коаксиальной линии, при этом измерительная линия со стороны входного ВЧ-разьема с помощью линии связи подключена к регистратору, отличающееся тем, что, с

0 целью расширения применимости устройства путем обеспечения оозмохшости измерения импульсов большей длительности с одновременным улучшением технологичности, электрод-проводник измерительной ли5 нии выполнен в виде спирали, . диэлектрический наполнитель коаксиальной линии образован двумя коаксиальными трубками из материалов с одинаковой диэлектрической проницаемостью, между по0 верхностями которых навит спиральный

электрод-проводник.

Область использования: изобретение относится к технической физике в части создания устройств для измерения параметров импульсов тока и напряжения в коаксиальной линии передачи и может быть использовано в метрологии импульсных токов и напряжений. Сущность изобретения: устройство для измерения параметров импульсов 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-разьема с помощью линии связи подключена к регистратору. Электрод-проводник измерительной линии выполнен в виде спирали. Диэлектрический наполнитель коаксиальной линии образован двумя коаксиальными 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. ел С