一种小间隙放电时延测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于静电放电技术领域，涉及一种放电时延测量装置，尤其是涉及一种小间隙放电时延测量装置。
【背景技术】
[0002]静电放电(Electrostatic Discharge)是指具有不同静电电位的物体互相靠近或直接接触引起的电荷转移。静电的来源是多方面的，如人体、塑料制品、有关的仪器设备以及电子元器件本身。静电放电对电气电子设备的危害是非常严重的，会造成设备性能下降或出现故障。静电放电领域，电压在几千伏甚至几百伏的低电压放电经常发生。大部分情况下的静电放电会将电流注入接地部分。然而航空航天、工业生产以及消费类电子产品中存在大量的间隙，间隙的一端接信号线，另一端接地，中间为空气，最常见的如PCB间隙。当带电体触碰电子产品时会产生一次放电，间隙两端会积累电荷从而产生电压差，就有可能带来二次放电。放电的时延会导致间隙两端的电压差远超过击穿电压从而导致更大的放电的峰值电流和较小的上升时间。由于二次放电发生在电子系统内部，很可能导致设备发生故障甚至损毁(比如引起集成电路的死锁)。因此研宄放电的时延非常有必要，因而需要对时延进行测量。
[0003]放电时延(如图1电压从V。上升到V5所需时间)只有几纳秒至几毫秒，时延的精确测量是非常困难的。然而间隙两端的电压难以测量，故通过检测两次放电电流的时间差来对放电时延进行测量。当两次放电电流的时间差较大时，如图2，放电起始点可分辨，此时时延较易测量，但当时间差小于1ns时，如图3，一次和二次放电电流混叠在一起，二次放电起始点难以确定，这就使精确地测量放电时延异常困难。有关典型几何形状(间隙距离为几毫米，电压低于20kV)的放电时延的测量目前尚无相关文献记载。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明公开了一种放电时延的测量装置及相应的测量方法，能够精确地测量小间隙之间的放电二次击穿时延。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0006]一种小间隙放电时延测量装置，包括放电形成组件、放电测量组件和计算机，所述放电形成组件包括高压电源、继电器、电容、电极和接地块，所述电极和接地块之间存在间隙；所述放电测量组件包含两条测量通道和示波器，其中第一通道包括电流探头，第二通道包括光纤和光电转换器；所述计算机分别与继电器、高压电源和示波器相连，计算机能够控制高压电源为电容充电，计算机还能向继电器线圈发送电信号从而控制继电器开关的开闭；所述电容通过继电器开关与电极相连，所述电流探头夹持在电极上、用于测量间隙的电流，所述电流探头将接收到的电流信号传输给示波器；所述光纤放置于间隙中，所述光电转换器通过光纤接收间隙中产生的光信号，所述光电转换器将光信号转化为电信号后传输给示波器，所述示波器将接收到信号传输至计算机中，计算机根据示波器中显示的波形图提取相应的参数来计算间隙的放电时延。
[0007]进一步的，所述示波器置于法拉第笼内。
[0008]进一步的，所述第一通道与第二通道之间无耦合。
[0009]进一步的，所述电流探头通过电缆与示波器相连。
[0010]进一步的，所述光电转换器通过电缆与示波器相连。
[0011]进一步的，所述电极为铝棒，可更换为其它任何金属材料。
[0012]一种小间隙放电时延测量方法，包括如下步骤:
[0013]步骤A，高压电源为电容充电；
[0014]步骤B，电容为间隙充电，电流探头采集间隙产生的电流并将电信号传输至示波器中；
[0015]步骤C，放电产生，光电转换器采集间隙中产生的光信号并将其转换为电信号后传输至示波器中，电流探头采集间隙产生的放电电流并传输至示波器中；
[0016]步骤D，计算机根据示波器中的波形图采集所需时间参数1\、T2, 后通过下述步骤计算得到放电时延:
[0017](a)当时延较大T2可读取时，由下式可得放电时延:
[0018]Tafs = T2-T!-^;
[0019]或先由下式得到第一通道与第二通道之间信号传输的时间差
[0020]t延迟=T光-T2,
[0021]再通过下式计算得出放电时延:
[0022]T时延=T光-T「t延迟-t0；
[0023](b)当时延较大T2不可读取时，由下式可得放电时延:
[0024]T时延=T光-T「t延迟-t0；
[0025]其中T1是继电器开关打开电容对间隙充电的起始时刻，T 2是第一通道输出的放电电流阈值时间，是第二通道输出的检测到光信号的阈值时间。
[0026]进一步的，步骤(b)中的预先在较低电压下测试得出。
[0027]有益效果:
[0028]本发明提供的间隙放电时延测量装置采用双通道法，同步采集放电时产生的光信号和电信号，能够准确测量出小间隙的放电时延，无论是二次放电触发点易判别的情况还是二次放电触发点不易判别的情况，本发明都能实现放电时延的精确测量，测量精度高，适用范围广。本发明装置简单，操作步骤简便，测量结果准确可靠。
【附图说明】
[0029]图1为时延曲线；其中，V从开始充电到到达静态击穿电压的时间；ts:统计时延，即在外施电压作用下出现有效的触发电子所需要的时间；tf:放电时延，即出现触发电子后，放电通道发展直至贯穿整个间隙而完成击穿所需要的时间；
[0030]图2为时延较大时的电流曲线；
[0031]图3为时延小于1ns时的电流曲线；
[0032]图4为本发明提供的小间隙放电时延测量装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0034]本发明提供一种小间隙放电时延测量装置，如图4所示，包括放电形成组件、放电测量组件和计算机，所述放电形成组件包括高压电源、继电器、电容、电极和接地块，所述电极和接地块之间存在间隙；所述放电测量组件包含两条测量通道(第一通道和第二通道)和示波器，其中第一通道包括电流探头，用于传输充放电过程中的电信号，第二通道包括光纤和光电转换器，用于传输充放电过程中的光信号，这两条通道间无耦合；所述计算机分别与继电器、高压电源和示波器相连，计算机能够控制高压电源为电容充电，计算机还能向继电器线圈发送电信号从而控制继电器开关的开闭；所述电容通过继电器开关与电极相连，所述电流探头夹持在电极上、用于测量间隙中的电流，所述电流探头通过电缆将接收到的电流信号传输给示波器；所述光纤放置于间隙中，所述光电转换器通过光纤接收间隙中产生的光信号，所述光电转换器将光信号转化为电信号后通过电缆传输给示波器，所述示波器将接收到信号传输至计算机中。计算机根据示波器中显示的波形图提取相应的参数来计算间隙的放电时延。电极和接地块之间存在间隙宽度在0.之间为佳，本装置能够准确测量出上述范围内的放电时延。
[0035]由于静电放电时的电磁脉冲干扰非常强，而系统如果要正常工作，必须得有非常好的抗干扰能力，因此本装置中的示波器应置于法拉第笼内进行电磁屏蔽，避免放电时的强电磁干扰，其它部分置于一个小型环境实验箱，实验箱可进行温湿度控制。
[0036]此外，本装置采用光纤接收间隙中产生的光信号而非电信号，也避免了放电时的电磁干扰耦合到电缆上进入示波器形成干扰。
[0037