[发明专利]一种D-dot传感器的制作方法

说明书

本发明涉及一种脉冲电压传感器制作方法，具体涉及一种D‑dot传感器的制作方法，应用于前沿时间在ns至百ns量级，幅值在MV级的电压脉冲D‑dot传感器设计，解决现有D‑dot传感器的电路模型过度简化，不能完整反映D‑dot传感器的响应能力，且未能明确阐述D‑dot传感器的电路参数与结构参数关系的技术问题。该D‑dot传感器的制作方法，包括以下步骤：步骤1：确定目标D‑dot传感器的结构参数；步骤2：依据待测信号，确定D‑dot传感器的设计指标；步骤3：建立D‑dot传感器的设计指标与其电路参数之间的数值关系；步骤4：建立D‑dot传感器的电路参数与其结构参数之间的数值关系；步骤5：依据步骤4获得的结构参数制作目标D‑dot传感器。能够从设计指标出发，有效的指导D‑dot传感器的主体结构设计。

技术领域

本发明涉及一种脉冲电压传感器的制作方法，具体涉及一种D-dot传感器的制作方法，应用于前沿时间在ns至百ns量级，幅值在MV级的电压脉冲D-dot传感器设计。

背景技术

在脉冲功率装置中，针对MV级电压脉冲测量，通常采用电容耦合传感器。通过合理设置电容耦合传感器的电路参数，其输出信号可以是待测电压脉冲的微分波形，即微分型电容耦合传感器(又称D-dot传感器)。所获得的微分信号经过数值积分或RC积分回路可将微分信号复原。若采用数值积分，测量系统的硬件组成非常简洁，仅由D-dot传感器自身和测量电缆组成；测量系统的响应特性基本取决于D-dot传感器的几何结构和介质材料，因此D-dot传感器设计方法的核心是明确电容耦合D-dot传感器结构参数与响应特性的数值关系。

目前D-dot传感器在脉冲功率装置中已获得广泛应用。圣地亚实验室的PBFA-Z(Particle Beam Fusion Accelerator)装置即采用该D-dot传感器对双板传输线电压和绝缘堆栈电压进行测量。中国工程物理研究院也采用D-dot传感器对初级试验平台中脉冲电压进行了测量。尽管上述研究工作成功将D-dot传感器应用在脉冲功率装置中，但是依然缺乏准确完善的设计方法。

针对D-dot传感器的物理设计方法，应该是从设计指标出发，明确D-dot传感器的响应能力要求，进而给出D-dot传感器的电路参数和结构参数的要求。目前关于D-dot传感器的设计工作存在以下问题：

1、D-dot传感器电路模型过度简化，不能完整反映微分型电容耦合D-dot传感器的响应能力。典型的D-dot传感器电路模型如图1所示，图中V₁(t)为被测脉冲电压，V₂(t)为D-dot传感器的输出电压，C₁为D-dot传感器与高压电极的电容，C₂为D-dot传感器对地电容，R为负载电阻或者是信号电缆阻抗；其对应的回路方程为：

该模型未考虑回路电感的影响，并且(A)式的求解，只是在1/(ωC₂)R的条件下，给出了V₁和V₂的近似关系为：

(B)式仅刻画了D-dot传感器的理想工作状态，不能描述D-dot传感器实际的传递函数。

2、未能明确阐述D-dot传感器的电路参数和结构参数的关系。设计工作对D-dot传感器的响应特性是否满足要求缺少预判，只能依赖实验确定。

发明内容

本发明的目的是针对现有D-dot传感器的电路模型过度简化，不能完整反映D-dot传感器的响应能力，且未能明确阐述D-dot传感器的电路参数与结构参数关系的技术问题，而提供一种D-dot传感器的制作方法，建立了D-dot传感器设计指标与结构参数的数值关系。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

本发明一种D-dot传感器的制作方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：