摘要：探讨了分压器测量纳秒陡脉冲中的电磁干扰及测量系统的阻抗匹配与否对测量结果的影响。实验表明：（1）在分压器中增加屏蔽能有效的减小测量中的电磁干扰。（2）在测量纳秒陡脉冲中采用双屏蔽线能减小外屏蔽层中流过的暂态电流所引起的干扰，采用镀银测量线以减小信号幅值的衰减。（3）在高压引线端以及同轴测量线的首端增加阻抗匹配能减小测量波形波前振荡。
关键词：测量系统；双屏蔽线；金属屏蔽。
1引言
电磁脉冲是一种瞬变电磁现象。从时域波形看，一般具有陡峭的前沿，脉宽较窄；从频域看，则覆盖了较宽的频带。除了人们熟知的雷电会产生电磁脉冲以外，静电放电以及大功率电子，电气开关的动作也会产生电磁脉冲。特别是核爆炸产生的电磁脉冲，峰值场强极高，上升时间短，因而对各种军用和民用的电子、电气设备与系统的构成威胁最为严重[1][2]。为了在实验室模拟这种瞬变的电场，主要通过电压发生器产生上升沿为几个纳秒，甚至亚纳秒的电压波来实现。上升沿为纳秒的高压脉冲由于幅值高、频带宽、抗干扰要求高而给测量系统提出了苛刻的要求。因此如何提高测量系统的抗干扰能力具有重要的意义。
2测量中的电磁干扰
2.1电磁干扰的主要来源
纳秒陡脉冲测量中的电磁干扰主要来源于[3][4]：
（1）因诸多原因产生的外部空间电磁干扰及由于间隙放电所产生的电磁干扰；（2）测量仪器电源线引入的电源中点电位及电磁干扰；（3）测量电缆外屏蔽层中流过的暂态电流所引起的干扰；对于纳秒脉冲的测量而言，第(3)种来源所引起的干扰影响常表现得最为严重。
图1为电阻分压器，在在没有任何屏蔽措施的条件下测量的波形。（高压臂电阻为 ，低压臂为）。
图1 没有增加任何屏蔽时的测量波形
从图1可以看出，被测信号上面叠加了很大的震荡，且波形在19ns出有一个很小的反峰。
为了减小电磁干扰，可以在分压器的外面加一个金属屏蔽层，一方面可以固定分布电容，以减少分布电容随外界环境而发生变化，另一方面可以屏蔽外界的电磁干扰[5][6]。
3同轴测量线的影响
3.1同轴电缆的阻抗匹配
示波器与分压器之间有一段长度为l、阻抗为z的过渡段，当被测信号ur经电缆传输到过渡段入端B点，当R4≠z时，ur将在B点产生一个反射波ufB和一个透射波utB，其幅值为：
（1）
图2 电缆首端匹配电路图
当信号传输到A点时，在A点产生一个反射波ufA和透射波utA，反射波ufA传输到B点时，再将产生反射波ufB1，反射波ufB1传输到A点时，再产生反射波ufA1，ufB1比ufB滞后一个时间τ(τ=2l(LC)1/2)，以此类推，在示波器上测得的信号是时间间隔为τ的透射波utB，utB1，utB2 utBn的叠加。
3.3高压引线的阻抗匹配
为了避免分压器与试品之间的电场的相互影响，分压器与试品之间要隔开一定的距离。由于所测量的波形是上升沿为几个纳秒的电压波，较短的导线也应看成是分布参数网络。其中C，R是分压器的分布电容和分压器的电阻。如果用单位阶跃电压波，不考虑导线的电阻效应则分压器顶端的电压为：
（2）
式中，δ=1/(2RC)；ω=[1/(LC)-1/(4R2C2)]1/2
因为分压器的阻值为2kΩ∽20 kΩ,不能处于R<(1/2)(L/C)1/2的条件下，所以电路处于振荡状态。也就是说输入的是阶跃电压波，但出现在分压器顶端的是阶跃波叠加衰减振荡波。
若要防止振荡，必须在高压引线中串接阻尼电阻r，可串接r=100Ω时的测量波形。增加阻尼电阻，减少振荡。
4实验测试
设计了电阻分压器，测量线采用双屏蔽线，同时采用阻抗匹配，有无增加屏蔽措施，测量静电电压波形。测量结果如图3所示。红色被测波形采用泰克500M探头，波形上升沿为4.92ns，蓝色波形，经过分压器测得上升沿为4.96ns。
图3 增加屏蔽的静电电压测量波形
5结论
(1)增加屏蔽措施能提高电阻分压器抗干扰能力。
(2)采用镀银双屏蔽线不仅能提高测量线的抗干扰能力，还能减小信号的衰减。
(3)在高频信号的测量中，尽量采用阻抗匹配。
参考文献
[1] 曾正中．实用脉冲功率技术引论[M]．西安：陕西科学技术出版社，2003．
[2] 周壁华，陈彬，石立华．电磁脉冲及其工程防护[M]．北京:国防工业出版社， 2003．
[3] 张仁豫，陈昌渔，王昌长．高电压试验技术[M ]．北京：清华大学出版社，2003：5．
[4] Rungis J , Li Y. Precision digital filters for high voltage impulse measurement systems[J ]. IEEE Trans on PWRD , 1999 , 14 (4) : 121321220.
[5] 陈炜峰，蒋全兴．一种电阻脉冲分压器的研制[J]．高电压技术，2006,32(4):76-77．
[6] 黄德宝,王文昌,卫玲．两种变截面的高压纳秒电阻分压器[J ]. 原子能科学术,1988 ,22 (3) :310－315．
个人简介：贺少林（1984.03-），男，籍贯：湖南，民族：汉；学历：硕士；职称：工程师，研究方向：高电压与绝缘技术
论文作者:王倩倩1,贺少林2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/22
标签：测量论文; 波形论文; 脉冲论文; 电压论文; 电阻论文; 阻抗论文; 屏蔽论文; 《基层建设》2018年第1期论文;