[发明专利]一种用于电子束焊的栅极电压实时测量装置

说明书

一种用于电子束焊的栅极电压实时测量装置，包括直流高压降压电路，栅极电压降压电路，比例运算电路，光耦隔离放大电路，以及干扰信号处理电路。本发明通过双路电阻局部降压的方式，分别获得对地约‑300V的直流高压采样值以及对地约‑310V的栅极电压叠加直流高压的采样值，并经过差动放大器作差后输入高速光耦放大器中，以获得比例为1：1的对地电压0～‑10V的栅极电压采样值，根据比例关系可以精确的求出栅极电压工作状态下实际的栅极电压值，这种方式有效的弥补了无法直接测量设备工作状态下实际的栅极电压值的缺点，同时能够实现大比例降压，有效的提高了采样的精度。

技术领域

本发明涉及电子束焊接加工技术领域，特别是涉及一种用于电子束焊的栅极电压实时测量装置。

背景技术

在常规的热阴极电子束焊接系统中，栅极电压的作用是为了调节电子束流的大小。通过实时监测工作过程中的栅极电压值，可更有效的调节电子束流的稳定性。由于电子束焊接系统的特殊性，栅极电压必须悬浮于直流高压上，才可实现其对电子束流大小的调节。直流高压亦即加速电压，其值通常可达-60kV甚至更高，而栅极电压最大仅为-2kV，因此栅极电压对地为-60kV～-62kV。在这样高的高压基础上测量出仅为-2kV的栅极电压显然比较困难。

目前，栅极电压通常采用前级低压直流经逆变电路逆变后通过高耐压变压器升压并整流滤波获得，栅极电压正端与直流高压负端相连。当直流高压输出电压值为-60kV时，栅极电压负端输出电压对大地为-60kV～-62kV。现有常见的栅极电压测量方式包括：第一，在不施加直流高压的前提下，测量逆变电路前的低压直流与栅极电压的对应关系，并根据低压直流的值来标定栅极电压值，当实际工作时，直接测量栅极电压电路的低压直流值，根据标定的数值进而推算实际的栅极电压值；第二，采用电阻分压的方式直接从栅极电压的负端获得采样值，并与直流高压的采样值作差后进行放大，最终获得工作状态下的栅极电压值。

在上述方案一中，通过测量低压直流值只能反映设备空载状态下(此处空载状态指设备不出电子束流的状态，此时直流高压回路中无负载电流通过)的栅极电压，而在实际电子束工作中栅极电压将发生变化，因此方案一只能大致反映工况下的栅极电压值，与实际值有部分偏差。上述方案二中，采用电阻分压的方式获得采样值，以60kV的电子束焊机为例，将-60kV直流高压降至-10V，将-62kV栅极负端电压以同样的比例降至约-10.33V，并通过运放电路作差放大得栅极电压的采样值，根据比例关系算出工作工程中实际的栅极电压值，由于采样电路的降压比例非常大，-2kV的栅极电压经过降压后仅为-0.33V，当干扰信号混入后，实际的采样值将受到很大的影响，导致测量精度非常低，并且最终的采样值无法精确的反映实际的栅极电压值。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于电子束焊的栅极电压实时测量装置，合理采用电阻降压和光耦隔离这两种方法，在保证足够的栅极电压采样值的前提下，通过电阻降压至光耦的安全工作区后由光耦放大器高速有效的采集栅极电压的采样值，并输入后级电路中进行实时检测，既保证了栅极电压的测量精度，又实现了实时测量的功能。

一种用于电子束焊的栅极电压实时测量装置，包括：

直流高压降压电路，一端与直流高压负端连接，另一端接地，用于对直流高压进行降压采样以获得直流高压采样值；

栅极电压降压电路，一端与栅极电压负端连接，另一端接地，用于对栅极电压进行降压采样以获得栅极电压采样值；

比例运算电路，第一输入端与直流高压降压电路的采样输出端连接，第二输入端与栅极电压降压电路的采样输出端连接，用于将所述直流高压采样值和栅极电压采样值进行作差以获得栅极电压的作差采样值；

光耦隔离放大电路，输入端与所述比例运算电路的输出端连接，用于将所述作差采样值进行隔离放大以获得栅极电压的对地采样值；

干扰信号处理电路，输入端与所述光耦隔离放大电路的输出端连接，用于将所述对地采样值进行杂波过滤以输出栅极电压的有效测量值。