CN104048569B - 一种微秒级同轴型同步控制开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微秒级同轴型同步控制开关，其特征在于：绝缘主体的两端分别与前盖和后盖形成螺纹连接，在前盖与后盖之间设有内管；前盖紧贴着输出接线环，输出接线环紧贴着绝缘管，绝缘管延伸***后盖内；输入接线环紧贴着后盖，内环面与绝缘管，外环面与绝缘主体形成紧配合；导爆索通过前盖、内管和后盖，两端由紧固环分别与前盖和后盖螺纹连接固定。本发明提出的一种微秒级同轴型同步控制开关，通过导爆索燃爆，驱动内铜管膨胀，破坏绝缘材料，使得内外铜管密实接触，实现开关闭合的装置。该开关可用于控制爆磁压缩发生器中不同容量种子电源放电开关的闭合，可靠性高、耐压性好、闭合时间短、且价格低。

Description

一种微秒级同轴型同步控制开关

技术领域

本发明属于同步控制开关，具体涉及一种微秒级同轴型同步控制开关。

背景技术

在脉冲功率技术中，爆磁压缩发生器由于具有能量密度大、体积小等优势，是一种广泛应用的高功率脉冲源。在该发生器的工作过程中，精确控制种子电源开关闭合与撬断开关闭合的时间间隔是关键技术之一。导爆索具有爆速高、能量大，且不受杂散电流和雷电感应的影响等特点，能满足爆磁压缩发生器工作中对种子电源开关和撬断开关的闭合的时间要求。导爆索燃爆不但可以引爆柱状药，而且其释放的能量能驱动开关闭合，所以在爆磁压缩发生器的延时控制中多采用导爆索延时。

在爆磁压缩发生器的不同应用中，种子电源电容的容量也有较大区别，为了满足不同容量的种子电源对开关的要求，所以要求在撬断开关闭合前，种子电源开关闭合后要保持闭合状态，同时要求开关具有较大的耐压性能。

在同步开关的设计中带来如下的问题：

1、通过导爆索燃爆实现开关的可靠闭合；

2、开关闭合后，不再断开；

3、开关闭合前要有足够高地耐压性(耐压性不小于20KV)。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种微秒级同轴型同步控制开关。

技术方案

一种微秒级同轴型同步控制开关，其特征在于包括前盖1、输出接线环2、导爆索3、绝缘管4、内管5、输入接线环6、绝缘主体7、后盖8和紧固环9；绝缘主体7的中心设有不同直径的台阶通孔，绝缘主体7的两端分别与前盖1和后盖8形成螺纹连接，在前盖1与后盖8之间设有内管5；前盖1紧贴着输出接线环2，输出接线环2紧贴着绝缘管4，绝缘管4延伸***后盖8内；输入接线环6紧贴着后盖8，内环面与绝缘管4，外环面与绝缘主体7形成紧配合；导爆索3通过前盖1、内管5和后盖8，两端由紧固环9分别与前盖1和后盖2螺纹连接固定；在输出接线环2和输入接线环6的绝缘主体7部位设有对外的连接孔；所述导爆索3与绝缘管4、内管5形成松配合。

所述输入接线环6和输出接线环2沿圆环面均匀设有多个圆孔。

所述圆孔为4个圆孔。

所述圆孔直径为5mm。

所述绝缘管4采用台阶式外形结构，与输出接线环2连接的一端为大直径，采用两节圆弧过度为小直径。

所述绝缘管4的大直径为26mm，小直径为1mm。

所述内管5采用紫铜材料，壁厚为2mm。

所述导爆索的外径不大于5.5mm，爆速不低于6500m/s，导爆索的长度Δl＝(T/4+t1-t2)u，其中：t1为需要同步开关的闭合时间，u为导爆索的爆速，t2为发生器撬断开关的闭合时间，T/4为发生器种子电源放电的首个1/4周期。

所述输入接线环6和输出接线环2采用黄铜。

所述绝缘主体7采用了尼龙材料。

有益效果

本发明提出的一种微秒级同轴型同步控制开关，通过导爆索燃爆，驱动内铜管膨胀，破坏绝缘材料，使得内外铜管密实接触，实现开关闭合的装置。该开关可用于控制爆磁压缩发生器中不同容量种子电源放电开关的闭合，可靠性高、耐压性好、闭合时间短、且价格低。

根据同轴型同步开关研制目的，在爆磁压缩发生器试验中进行了检验。依据爆磁压缩发生器种子电源闭合开关的要求，本发明具有以下特点：

1、可靠性高，一旦引爆导爆索，开关就能实现闭合。不受杂散电流或者电感等影响，也不受一般力学行为的影响，适用于各种复杂环境中使用；

2、开关一旦闭合，能保证持续导通，直至撬断开关闭合。适用于各种放电时间较长的大容量种子电源；

3、耐压高，开关的耐压值能达到20KV，能满足一般种子电源放电开关的需要；

4、闭合时间短，能达到微秒量级。

附图说明

图1：同轴型同步开关结构原理图(左侧为导爆索引入端)

1.前盖、2.输出接线环、3.导爆索、4.绝缘管、5.内管、6.输入接线环、7.绝缘主体、8.后盖、9.紧固环；

图2：内管结构图

图3：接入接线环结构图

图4：绝缘管结构图

图5：开关闭合后电流源及爆磁压缩发生器工作电流

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明实施例包括前盖1、输出接线环2、导爆索3、绝缘管4、内管5、输入接线环6、绝缘主体7、后盖8和紧固环9；绝缘主体7的中心设有不同直径的台阶通孔，绝缘主体7的两端分别与前盖1和后盖8形成螺纹连接，在前盖1与后盖8之间设有内管5；前盖1紧贴着输出接线环2，输出接线环2紧贴着绝缘管4，绝缘管4延伸***后盖8内；输入接线环6紧贴着后盖8，内环面与绝缘管4，外环面与绝缘主体7形成紧配合；导爆索3通过前盖1、内管5和后盖8，两端由紧固环9分别与前盖1和后盖2螺纹连接固定；在输出接线环2和输入接线环6的绝缘主体7部位设有对外的连接孔；所述导爆索3与绝缘管4、内管5形成松配合。

所述输入接线环6和输出接线环2沿圆环面均匀设有4个圆孔，圆孔直径为5mm。

所述绝缘管4采用台阶式外形结构，与输出接线环2连接的一端直径为26mm，采用两节圆弧过度直径为1mm。

导爆索的外径不大于5.5mm，爆速不低于6500m/s。内管5采用延展性能良好的紫铜材料，输入接线环6和输出接线环2采用硬度较大的黄铜，绝缘主体7采用了耐压性较好的尼龙材料。装配方法是：导爆索穿过同步开关的内管，一端连接引爆***，另一端连接需要导通的单元。同步开关结构图如图1所示。工作过程是：当***引爆导爆索3，导爆索3燃爆到同步开关的内管5，燃爆产生高压气体，驱动内管5膨胀，并破坏内管5与输入接线环6和输出接线环2之间的绝缘材料，使得导爆索3(它在燃爆后，相当于一段导体)与输入接线环6和输出接线环2产生密实接触，实现开关导通。

在同步开关的内管5的壁厚采用2mm，导爆索3燃爆刚好能驱动其膨胀破坏绝缘筒，而不致内管5破坏，如图2所示。输入接线环6和输出接线环2上沿圆环面均匀开4个直径为5mm的预制圆孔，当导爆索3燃爆产物驱动内管5膨胀时，孔与输入输出接线环轮廓形成的贯穿面能有效的将绝缘管4破坏，使得内管5沿两个接线环上的预制孔形成凸起，内管5与两个接线环的密实接触，保证了导爆索3与输入接线环6和输出接线环2导通，而且开关一旦导通，将不在断开，其结构如图3所示。为了防止延时引爆过程中绝缘管4与绝缘主体7沿绝缘管表面击穿，绝缘管采用台阶式外形结构，且采用大圆弧过度，增加两者之间的距离，如图4所示。绝缘管壁厚为1mm，伦理击穿电压为100KV，能满足1-20KV的耐压要求。

安装关系：首先前盖1和绝缘主体7螺纹连接，前盖1右边紧贴着输出接线环2，输出接线环2紧贴着绝缘管4，绝缘管4里面和内管5外面紧配合，外面与绝缘主体7里面和输入接线环6里面紧配合，输入接线环6外面和绝缘主体7里面紧配合，输入接线环6的右边和后盖8左边紧贴，后盖8和绝缘主体7螺纹连接，左右两个紧固环9分别与前盖1和后盖2螺纹连接，可以夹紧导爆索3使之不能移动，导爆索3还与绝缘管4、内管5里面松配合，绝缘主体7还分别在开孔的位置与输出接线环2和输入接线环6螺纹连接。

使用中：首先测定同步开关的闭合时间t1(导爆索燃爆到同步开关的端面到开关闭合的时间)再根据导爆索的爆速u、发生器撬断开关的闭合时间t2及发生器种子电源放电的首个1/4周期-T/4。确定延时用导爆索的长度Δl＝(T/4+t1-t2)u。

使用导爆索的长度为l＝Δl+100+73mm，即剪切长度为l的导爆索。然后将导爆索一端连接起爆***相接，另一端穿过同轴型同步开关，连接电枢管，同步开关的引入端端面与导爆索的标记点对齐。

将导同轴型同步开关上的高压线分别与种子电源高压端和爆磁压缩发生器的高压引入端连接。引爆***后，开关闭合，测量到开关闭合电流及爆磁压缩发生器的工作电流如图5所示。

导爆索爆速大于6500m/s，即单位毫米燃爆所需要时间约为0.15μs，通过导爆索燃爆产生高温高压气体，驱动开关内管迅速膨胀，破坏绝缘管，实现开关导通，闭合时间能达到微秒量级，能实现精确闭合。

Claims (9)

1.一种微秒级同轴型同步控制开关，其特征在于包括前盖(1)、输出接线环(2)、导爆索(3)、绝缘管(4)、内管(5)、输入接线环(6)、绝缘主体(7)、后盖(8)和紧固环(9)；绝缘主体(7)的中心设有不同直径的台阶通孔，绝缘主体(7)的两端分别与前盖(1)和后盖(8)形成螺纹连接，在前盖(1)与后盖(8)之间设有内管(5)；前盖(1)紧贴着输出接线环(2)，输出接线环(2)紧贴着绝缘管(4)，绝缘管(4)延伸***后盖(8)内；输入接线环(6)紧贴着后盖(8)，内环面与绝缘管(4)，外环面与绝缘主体(7)形成紧配合；导爆索(3)通过前盖(1)、内管(5)和后盖(8)，两端由紧固环(9)分别与前盖(1)和后盖(2)螺纹连接固定；在输出接线环(2)和输入接线环(6)的绝缘主体(7)部位设有对外的连接孔；所述导爆索(3)与绝缘管(4)、内管(5)形成松配合。

2.根据权利要求1所述微秒级同轴型同步控制开关，其特征在于：所述输入接线环(6)和输出接线环(2)沿圆环面均匀设有多个圆孔。

3.根据权利要求2所述微秒级同轴型同步控制开关，其特征在于：所述圆孔为4个圆孔。

4.根据权利要求2或3所述微秒级同轴型同步控制开关，其特征在于：所述圆孔直径为5mm。

5.根据权利要求1所述微秒级同轴型同步控制开关，其特征在于：所述绝缘管(4)采用台阶式外形结构，与输出接线环(2)连接的一端为大直径，采用两节圆弧过度为小直径。

6.根据权利要求1所述微秒级同轴型同步控制开关，其特征在于：所述内管(5)采用紫铜材料，壁厚为2mm。

7.根据权利要求1所述微秒级同轴型同步控制开关，其特征在于：所述导爆索的外径不大于5.5mm，爆速不低于6500m/s，导爆索的长度Δl＝(T/4+t1-t2)u，其中：t1为需要同步开关的闭合时间，u为导爆索的爆速，t2为发生器撬断开关的闭合时间，T/4为发生器种子电源放电的首个1/4周期。

8.根据权利要求1所述微秒级同轴型同步控制开关，其特征在于：所述输入接线环(6)和输出接线环(2)采用黄铜。

9.根据权利要求1所述微秒级同轴型同步控制开关，其特征在于：所述绝缘主体(7)采用了尼龙材料。