[发明专利]基于PCB式磁感应线圈的B-dot探头及电流空间分布测量系统

说明书

技术领域

本发明提出一种B-dot电流探头及电流测量系统，在超高功率脉冲传输、真空磁绝缘传输线、感应电压叠加器和Z箍缩实验等快脉冲电流测量中具有重要应用。

背景技术

超高功率脉冲技术能够在实验室获得极端高温、高压、高能密度和强辐射等极端物理实验条件，在Z箍缩惯性约束聚变、辐射效应和天体物理等前沿科学研究中具有重要的应用。束流传输测量是大型脉冲功率装置运行监控、参数测量和开展物理实验不可缺少的环节。

超高功率脉冲装置中的脉冲电流(束流)测量具有以下特点：(1)被测脉冲电流前沿快，上升时间通常为10～100纳秒；(2)脉冲电流幅值高，电流峰值在千安甚至兆安量级；(3)环境复杂，环境等离子体或高能电子、强辐射等均可能使电流探测器失效；(4)电流探测器需求数量多，要求一致性好。

B-dot电流探头由于响应快、灵敏度高、抗干透能力强、对被测对象的影响小等优点在等离子体参数诊断、真空磁绝缘传输线和直线感应加速器等方面广泛应用。美国Sandia国家实验室ZR装置(脉冲电流26MA，上升时间100ns，电功率55TW)采用24个B-dot来监测外层磁绝缘电流，为装置功率分析和物理实验提供了重要数据。国内中国工程物理研究院“神龙一号”直线感应加速器采用B-dot阵列来监测脉冲电子束的束流强度和束心位置。

当多个B-dot探头组成阵列用于测量脉冲电流空间分布均匀性时，要求各探头灵敏度和频响特性一致，探头之间灵敏度差异应远低于被测电流角向分布不均匀系数。但目前的B-dot探头的磁感应线圈通常采用漆包线或钢芯电缆缠绕成小圆环，多个B-dot磁感应线圈的一致性难以保证，致使B-dot灵敏度差异较大，给数据分析特别是束流动力学研究带来了极大不便。

发明内容

为了提高超高功率脉冲装置中的脉冲电流(束流)测量的准确性，本发明提供一种基于印制电路板(PrintedCircuitBoard,PCB)式磁感应线圈的B-dot电流探头，同时，本发明还提供了一种基于该B-dot电流探头的电流测量系统。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于PCB式磁感应线圈的B-dot电流探头，包括磁感应线圈、电缆连接器及支撑固定装置，

所述磁感应线圈用于探测磁通密度的变化，所述电缆连接器用于测量信号的引出，所述支撑固定装置用于电磁感应线圈和/或电缆连接器的支撑固定；

其特殊之处在于：

所述磁感应线圈在电路板上沿同一方向顺时针或逆时针布线，形成PCB式磁感应线圈，

PCB式磁感应线圈1一端设置有磁感应线圈接地区11，定义设置磁感应线圈接地区的一端为PCB式磁感应线圈的接地端1A，与接地端相对的另一端定义为PCB式磁感应线圈的顶端1B，

所述支撑固定装置包括金属支撑环3及金属屏蔽盖2，所述金属支撑环3的一侧开设有与接地端相匹配的第一定位卡槽31，接地端1A插在第一定位卡槽31内；所述金属屏蔽盖2设置在顶端1B且与金属支撑环3相扣合并通过紧固螺钉6紧固，

所述金属屏蔽盖2上还开设有狭缝7，所述狭缝7的长边方向垂直于磁感应线圈平面，所述金属屏蔽盖3在抑制强电磁和强辐射干扰的同时，通过狭缝7让磁场引入磁感应线圈。

上述支撑固定装置还包括连接器安装法兰4，所述电缆连接器安装法兰4设置在金属支撑环3的外侧，所述电缆连接器安装法兰4上设置有第一电缆连接器安装孔，所述金属支撑环3与电缆连接器安装孔的相对处设置有第二电缆连接器安装孔，所述电缆连接器4通过第一电缆连接器安装孔及第二电缆连接器安装孔与PCB式磁感应线圈1电气连接，引出测量信号；

所述金属屏蔽盖2、金属支撑环3及电缆连接器安装法兰4之间通过同一紧固螺钉6连接；所述紧固螺钉6从连接器安装法兰4处旋入，依次紧固金属支撑环3与金属屏蔽盖2。

上述金属屏蔽盖2上设置有与PCB式磁感应线圈的顶端1B相匹配的第二定位卡槽8，当金属屏蔽盖2与金属支撑环3相扣和时，PCB式磁感应线圈的顶端1B插入第二定位卡槽8内。

上述PCB式磁感应线圈接地端1A设置有凹口，所述凹口包括第一凹口13和第二凹口14，所述第一凹口13从印制板外侧向内开设，形状呈矩形，所述第二凹口14从第一凹口13的底部中心向印制板中心开设，所述第二凹口14的底部位于印制板中心，所述电缆连接器5的接触件位于第二凹口处14与磁感应线圈的始端接触，引出测量信号。

上述PCB式磁感应线圈1为双层板，所述磁感应线圈在印制板上采用顶层、底层双层布线，两层线圈之间通过金属过渡孔12导通。