一种用于监测FLTD模块中气体开关自放电的系统及方法与流程

本发明涉及一种脉冲功率系统的监测系统及方法，具体涉及一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统及方法。

背景技术：

1、快脉冲直线变压器驱动源(fastlineartransformerdriver,fltd)是近十几年来迅速发展起来的一种新型脉冲功率系统，能够直接产生百ns上升前沿的高功率脉冲，同时兼具结构紧凑、参数调整灵活等特点。基于fltd技术的大型脉冲功率系统通常由数十个至数百个fltd模块组成，每一个fltd模块包含十几至数十只气体开关，因此大型fltd系统将包含成千上万只气体开关。开关自放电是指开关在还未充电到指定电压之前就放电的现象，其对fltd系统稳定性、可靠性和输出参数有不利影响。因此在fltd系统中应设法降低气体开关自放电概率。有效监测fltd模块中气体开关自放电情况，对于掌握气体开关自放电特性，同时优化提升fltd模块工作性能，具有重要的实际意义。

2、现有技术中，fltd模块气体开关自放电的监测方法还不完善，常用的监测方法主要还是观察法，即通过观察气体开关的充电电压幅值，同时聆听放电声音，判断fltd模块中是否有气体开关出现自放电。该方法的缺陷如下：一方面，该方法存在一定的人为判读误差，且当实验量较大时，实验人员必须全程值守；另一方面，该方法只能判断出fltd模块内是否有气体开关发生自放电，无法判断fltd模块中哪只气体开关出现自放电。随着fltd技术进一步发展，上述监测方法目前已无法满足实验需求，有待研制精度更高、更智能的监测系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中fltd模块气体开关自放电时，通过人为观察，存在判读误差、工作量大且在实验中难以判断出fltd模块中自放电气体开关具体位置的技术问题，而提供一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统及方法。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

3、一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统，其特殊之处在于：包括隔离整流单元、计数器、锁存器、单片机、工控机和电容分压器；

4、隔离整流单元的输入端与电容分压器的输出端连接，电容分压器安装在fltd模块上且与待监测气体开关同轴设置，当待监测气体开关放电时，电容分压器产生脉冲信号；

5、隔离整流单元的输出端与锁存器的触发端连接；

6、单片机的输出端与计数器的输入端连接，计数器的输出端与锁存器的输入端连接，计数器用于记录待监测气体开关的充电时间，并将充电时间送入锁存器；

7、锁存器的输出端通过spi接口与单片机的输入端连接，锁存器用于在接收到电容分压器送来的触发信号时，输出计数器当前的记录时间至单片机；

8、单片机用于在待监测气体开始开关充电时，控制计数器开始计时，并在充电结束后将锁存器发送的记录时间与时间阈值进行对比，输出对比结果；

9、单片机与工控机通信连接，工控机用于人机交互参数设置和显示对比结果。

10、进一步地，在fltd模块上盖板上与待监测气体开关同轴设置有通孔；

11、电容分压器设置于通孔中。

12、进一步地，所述电容分压器包括依次连接的bnc接头、连接杆和取样电极；

13、bnc接头的一端与fltd模块上盖板的通孔在外侧壁的开口处连接，bnc接头的另一端与隔离整流单元的输入端连接；

14、连接杆位于fltd模块上盖板的通孔内且与通孔内壁之间构成电容分压器低压臂；

15、取样电极位于fltd模块上盖板的通孔在内侧壁的开口处连接，且与待监测气体开关的顶部之间构成电容分压器高压臂。

16、进一步地，所述连接杆为圆柱状结构；

17、取样电极为盘形结构；

18、取样电极的直径小于fltd模块上盖板的通孔的直径。

19、进一步地，所述bnc接头为bnc-ky密封接头；

20、连接杆与fltd模块上盖板的通孔内壁之间的距离为4～6mm；

21、取样电极与待监测气体开关顶部的距离为15～20mm；

22、取样电极的外边缘与fltd模块上盖板的通孔内壁之间的距离为2～3mm。

23、进一步地，所述连接杆的材料为黄铜；

24、取样电极的上边缘倒角半径1mm，材料为黄铜。

25、同时，本发明还提供了一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的方法，基于上述用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统，其特征在于，包括以下步骤：

26、步骤1、在工控机中设置时间阈值t0，并写入到单片机中；

27、步骤2、使用工控机通过控制单片机为计数器送入复位信号，使计数器归零；

28、步骤3、单片机控制外部高压电源为待监测气体开关开始充电，同时为计数器送入使能信号，计数器开始计时；

29、步骤4、当待监测气体开关放电时，电容分压器产生的脉冲信号经隔离整流单元转化为方波信号后，触发锁存器，锁存器存储此时计数器的记录时间t1，并输入到单片机中；

30、步骤5、判断

31、单片机对比计数器的记录时间t1和步骤1中设置的时间阈值t0；

32、当t1＞t0时，则待监测气体开关为正常放电；

33、当t1≤t0时，则待监测气体开关为自放电，并将自放电监测结果送入工控机进行显示。

34、进一步地，所述步骤1中，时间阈值t0为：

35、待监测气体开关正常充电至预设电压所需的时间。

36、进一步地，所述步骤1中，时间阈值t0为20s。

37、进一步地，所述步骤4具体为：

38、当待监测气体开关放电时，电容分压器产生的脉冲信号经隔离整流单元转化为3.3v方波信号，方波信号触发锁存器，锁存器存储此时计数器的记录时间t1，并经过spi接口输入到单片机中。

39、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

40、1、本发明用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统，在无人值守的情况下，能够实现自动监测fltd模块中待监测气体开关的自放电情况。

41、2、本发明用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统，可以准确监测出fltd模块中哪一只气体开关出现自放电，具有监测精度高的特点。

42、3、本发明用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统，拓展能力强，且可以根据被监测气体开关的数量进行灵活拓展。

43、4、本发明用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统，结构简单、操作方便、准确性高、稳定性强、不需实验人员全程值守。

技术特征：

1.一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统，其特征在于：包括隔离整流单元(1)、计数器(2)、锁存器(3)、单片机(4)、工控机(5)和电容分压器(7)；

2.根据权利要求1所述的一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统，其特征在于：

7.一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的方法，基于权利要求1-6任一所述的一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的系统，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的方法，其特征在于，步骤1中，所述时间阈值t0为：

9.根据权利要求8所述的一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的方法，其特征在于：

10.根据权利要求7-9任一所述的一种用于监测fltd模块中气体开关自放电的方法，其特征在于，步骤4具体为：

技术总结
本发明涉及一种脉冲功率系统的监测系统及方法，具体涉及一种用于监测FLTD模块中气体开关自放电的系统及方法，解决现有技术中FLTD模块气体开关自放电时，通过人为观察，存在判读误差、工作量大且在实验中难以判断出FLTD模块中自放电气体开关具体位置的技术问题。该用于监测FLTD模块中气体开关自放电的系统，包括隔离整流单元、计数器、锁存器、单片机、工控机和电容分压器；当待监测气体开关放电时，电容分压器产生脉冲信号；单片机用于在待监测气体开始开关充电时，控制计数器开始计时，并在充电结束后将锁存器发送的记录时间与时间阈值进行对比，输出对比结果。

技术研发人员：翟戎骁,孙铁平,呼义翔,尹佳辉,张天洋,伍麒霖,丛培天,邱孟通
受保护的技术使用者：西北核技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13