一種小間隙放電時延測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于靜電放電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種放電時延測量裝置，尤其是涉及一種小間隙放電時延測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電放電(Electrostatic Discharge)是指具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移。靜電的來源是多方面的，如人體、塑料制品、有關(guān)的儀器設(shè)備以及電子元器件本身。靜電放電對電氣電子設(shè)備的危害是非常嚴重的，會造成設(shè)備性能下降或出現(xiàn)故障。靜電放電領(lǐng)域，電壓在幾千伏甚至幾百伏的低電壓放電經(jīng)常發(fā)生。大部分情況下的靜電放電會將電流注入接地部分。然而航空航天、工業(yè)生產(chǎn)以及消費類電子產(chǎn)品中存在大量的間隙，間隙的一端接信號線，另一端接地，中間為空氣，最常見的如PCB間隙。當帶電體觸碰電子產(chǎn)品時會產(chǎn)生一次放電，間隙兩端會積累電荷從而產(chǎn)生電壓差，就有可能帶來二次放電。放電的時延會導(dǎo)致間隙兩端的電壓差遠超過擊穿電壓從而導(dǎo)致更大的放電的峰值電流和較小的上升時間。由于二次放電發(fā)生在電子系統(tǒng)內(nèi)部，很可能導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障甚至損毀(比如引起集成電路的死鎖)。因此研宄放電的時延非常有必要，因而需要對時延進行測量。
[0003]放電時延(如圖1電壓從V。上升到V5所需時間)只有幾納秒至幾毫秒，時延的精確測量是非常困難的。然而間隙兩端的電壓難以測量，故通過檢測兩次放電電流的時間差來對放電時延進行測量。當兩次放電電流的時間差較大時，如圖2，放電起始點可分辨，此時時延較易測量，但當時間差小于1ns時，如圖3，一次和二次放電電流混疊在一起，二次放電起始點難以確定，這就使精確地測量放電時延異常困難。有關(guān)典型幾何形狀(間隙距離為幾毫米，電壓低于20kV)的放電時延的測量目前尚無相關(guān)文獻記載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種放電時延的測量裝置及相應(yīng)的測量方法，能夠精確地測量小間隙之間的放電二次擊穿時延。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種小間隙放電時延測量裝置，包括放電形成組件、放電測量組件和計算機，所述放電形成組件包括高壓電源、繼電器、電容、電極和接地塊，所述電極和接地塊之間存在間隙；所述放電測量組件包含兩條測量通道和示波器，其中第一通道包括電流探頭，第二通道包括光纖和光電轉(zhuǎn)換器；所述計算機分別與繼電器、高壓電源和示波器相連，計算機能夠控制高壓電源為電容充電，計算機還能向繼電器線圈發(fā)送電信號從而控制繼電器開關(guān)的開閉；所述電容通過繼電器開關(guān)與電極相連，所述電流探頭夾持在電極上、用于測量間隙的電流，所述電流探頭將接收到的電流信號傳輸給示波器；所述光纖放置于間隙中，所述光電轉(zhuǎn)換器通過光纖接收間隙中產(chǎn)生的光信號，所述光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號后傳輸給示波器，所述示波器將接收到信號傳輸至計算機中，計算機根據(jù)示波器中顯示的波形圖提取相應(yīng)的參數(shù)來計算間隙的放電時延。
[0007]進一步的，所述示波器置于法拉第籠內(nèi)。
[0008]進一步的，所述第一通道與第二通道之間無耦合。
[0009]進一步的，所述電流探頭通過電纜與示波器相連。
[0010]進一步的，所述光電轉(zhuǎn)換器通過電纜與示波器相連。
[0011]進一步的，所述電極為鋁棒，可更換為其它任何金屬材料。
[0012]一種小間隙放電時延測量方法，包括如下步驟:
[0013]步驟A，高壓電源為電容充電；
[0014]步驟B，電容為間隙充電，電流探頭采集間隙產(chǎn)生的電流并將電信號傳輸至示波器中；
[0015]步驟C，放電產(chǎn)生，光電轉(zhuǎn)換器采集間隙中產(chǎn)生的光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號后傳輸至示波器中，電流探頭采集間隙產(chǎn)生的放電電流并傳輸至示波器中；
[0016]步驟D，計算機根據(jù)示波器中的波形圖采集所需時間參數(shù)1\、T2, 后通過下述步驟計算得到放電時延:
[0017](a)當時延較大T2可讀取時，由下式可得放電時延:
[0018]Tafs = T2-T!-^;
[0019]或先由下式得到第一通道與第二通道之間信號傳輸?shù)臅r間差
[0020]t延遲=T光-T2,
[0021]再通過下式計算得出放電時延:
[0022]T時延=T光-T「t延遲-t0；
[0023](b)當時延較大T2不可讀取時，由下式可得放電時延:
[0024]T時延=T光-T「t延遲-t0；
[0025]其中T1是繼電器開關(guān)打開電容對間隙充電的起始時刻，T 2是第一通道輸出的放電電流閾值時間，是第二通道輸出的檢測到光信號的閾值時間。
[0026]進一步的，步驟(b)中的預(yù)先在較低電壓下測試得出。
[0027]有益效果:
[0028]本發(fā)明提供的間隙放電時延測量裝置采用雙通道法，同步采集放電時產(chǎn)生的光信號和電信號，能夠準確測量出小間隙的放電時延，無論是二次放電觸發(fā)點易判別的情況還是二次放電觸發(fā)點不易判別的情況，本發(fā)明都能實現(xiàn)放電時延的精確測量，測量精度高，適用范圍廣。本發(fā)明裝置簡單，操作步驟簡便，測量結(jié)果準確可靠。
【附圖說明】
[0029]圖1為時延曲線；其中，V從開始充電到到達靜態(tài)擊穿電壓的時間；ts:統(tǒng)計時延，即在外施電壓作用下出現(xiàn)有效的觸發(fā)電子所需要的時間；tf:放電時延，即出現(xiàn)觸發(fā)電子后，放電通道發(fā)展直至貫穿整個間隙而完成擊穿所需要的時間；
[0030]圖2為時延較大時的電流曲線；
[0031]圖3為時延小于1ns時的電流曲線；
[0032]圖4為本發(fā)明提供的小間隙放電時延測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0033]以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進行詳細說明，應(yīng)理解下述【具體實施方式】僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0034]本發(fā)明提供一種小間隙放電時延測量裝置，如圖4所示，包括放電形成組件、放電測量組件和計算機，所述放電形成組件包括高壓電源、繼電器、電容、電極和接地塊，所述電極和接地塊之間存在間隙；所述放電測量組件包含兩條測量通道(第一通道和第二通道)和示波器，其中第一通道包括電流探頭，用于傳輸充放電過程中的電信號，第二通道包括光纖和光電轉(zhuǎn)換器，用于傳輸充放電過程中的光信號，這兩條通道間無耦合；所述計算機分別與繼電器、高壓電源和示波器相連，計算機能夠控制高壓電源為電容充電，計算機還能向繼電器線圈發(fā)送電信號從而控制繼電器開關(guān)的開閉；所述電容通過繼電器開關(guān)與電極相連，所述電流探頭夾持在電極上、用于測量間隙中的電流，所述電流探頭通過電纜將接收到的電流信號傳輸給示波器；所述光纖放置于間隙中，所述光電轉(zhuǎn)換器通過光纖接收間隙中產(chǎn)生的光信號，所述光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號后通過電纜傳輸給示波器，所述示波器將接收到信號傳輸至計算機中。計算機根據(jù)示波器中顯示的波形圖提取相應(yīng)的參數(shù)來計算間隙的放電時延。電極和接地塊之間存在間隙寬度在0.之間為佳，本裝置能夠準確測量出上述范圍內(nèi)的放電時延。
[0035]由于靜電放電時的電磁脈沖干擾非常強，而系統(tǒng)如果要正常工作，必須得有非常好的抗干擾能力，因此本裝置中的示波器應(yīng)置于法拉第籠內(nèi)進行電磁屏蔽，避免放電時的強電磁干擾，其它部分置于一個小型環(huán)境實驗箱，實驗箱可進行溫濕度控制。
[0036]此外，本裝置采用光纖接收間隙中產(chǎn)生的光信號而非電信號，也避免了放電時的電磁干擾耦合到電纜上進入示波器形成干擾。
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