电警棍的输出波形
虎哥2010/10/26高电压技术 IP:四川
以前从来没有测过高压的波形,俺今天非要测一测,

于是自制了一根分压器,采用高频电阻分压,并在必要的地方并联有高压电容进行频带补偿。输入阻抗约为80兆欧,输出阻抗为0.8兆欧。如果用电警棍对探针和地之间放电(电警棍不接触探针),则只有非常细弱的火花(放电距离仍然和两极直接放电差不多)。测试时是把电警棍直接连接在分压器上的。

测试系统由分压器和示波器组成。用了一台老式示波器,这样如果出现意外烧坏了也不可惜。示波器探头采用10比1,输入阻抗1兆欧,带宽200MHz的探头,示波器输入阻抗1兆欧。实际分压比约为180。示波器灵敏度为5V/div,实际相当于探头上50V/div。

自制的高频分压器

IMG_4863.jpg IMG_4864.jpg IMG_4867.jpg

测试系统的连接

     IMG_4877.jpg IMG_4878.jpg IMG_4881.jpg

放电的波形

每格10微秒
IMG_5871.jpg

每格20微秒
IMG_5872.jpg

每格50微秒
IMG_5874.jpg

每格50微秒,中心线的电压偏移为500V。
IMG_5876.jpg       

可以看到峰值有多高了吧。不过这个不一定准确,一方面可能还要高些,因为已经远远超出示波器的最大量程(示波器配十分之一探头只能量到250V),另一方面这不是第一个峰,实际上是跟随第一个峰而产生的阻尼震荡的第一个正半周的顶峰。下回争取做一个一千分之一的分压器,应该能做出准确的测试。

目前读得的第一个下降脉冲的电压是-1200V,说明该电警棍的输出电压约为-216KV。是不是觉得这个值偏大?但是这个确实是测出来的,一个高频电源,电压如果本来不高,也有可能在传输线上产生高电压。所以这个结果不一定真实。但是比上次我用电力局的工频分压器测出来的已经好多了。

电警棍放电的脉冲宽度非常小,实际不到5微秒,(第一个下降的脉冲),基带相当于频率0.2MHz,谐波至少到20MHz以上去了。

在这个脉冲之后,紧跟着一个上升的脉冲(窄至2微秒),该脉冲还未归零时,接着就是典型的阻尼震荡的正弦波,不知这个波是电警棍自己产生的,还是测试系统内部产生。可能与直接把电警棍接在探针上有关系。

测试系统还不完善,或者说高频特性还不足够好。
来自:电气工程 / 高电压技术
15
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~~空空如也
立棍
14年3个月前 IP:未同步
263377
高频交流可能是为了更易击穿气体,制造出电离通道。
其中的直流成分才是电人的。
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sukeytang
14年3个月前 IP:未同步
263379
[s:251] 虎哥真是牛人啊,我们玩高压的总算是有可能精确测得放电电压了,不用再利用球隙来估测了。
[s:92] 希望能继续改进,测试好后出一个教程类的帖子,我们每人做一个。
[s:246] 250兆赫的示波器还不心疼啊,我刚买的一个二手20M的模拟示波器用起来都超级小心,生怕弄坏了。
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joyeep
14年3个月前 IP:未同步
263380
我想这个可以解释为什么测出那么高的尖峰脉冲了吧。 风暴3.jpg
风暴2.jpg
风暴1.jpg
+200
科创币
虎哥
2010-10-28
分享一种升压器结构。
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立棍
14年3个月前 IP:未同步
263382
这么高内阻,感抗的作用微乎其微吧? LC网络的绝大大部分能量被R消耗了,
据我瞎猜可能不会产生明升压。
+180
科创币
虎哥
2010-10-28
积极发言并提出质疑
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hambaby
14年3个月前 IP:未同步
263385
个人提几点建议
1、棒子的结构可以采取比PVC更高档的材料,比如98%高铝陶瓷管、石英玻璃管、锅炉用观察玻璃管等,高压电阻的PCB放置进去后,采用高质量的微晶蜡(以前习惯称呼为提纯地蜡)熔化后整体灌封。
这样的结构,可以防止棒子因为机械震动等因素分布电容发生变化,空气湿度、气压变化导致高值电阻表面寄生漏电阻发生变化。
采用蜡而不是环氧树脂的理由是维修方便,万一测试结果发现设计不理想,可以很方便的解体重新设计。

2、串联电阻分压器的并联电容,由于高阻值电阻与棒子结构的分布电容相对稳定,不需要额外在并联高压固定或可调电容,调整电容分压比,只需要调整和测量仪表并联的那只低阻电阻的并联电容数值。
这样的设计,可以使棒子的输入电容更小,对于被测量电路的状态影响更小,缺点是棒子测量中的物理位置、姿态,可能影响到对大地(电路地、底盘)的分布电容,需要谨慎考虑。

3、关于标定的信号源
高压、高频、高度稳定输出幅度的信号源,商品很少见,DIY也不容易。
建议采用高压定幅度矩形波代替,实现方式:
小电流稳压DC高压电源——无感电阻——电子管阳极——地
电子管的栅极可以采用通用的函数信号发生器的方波10KHz驱动,DC高压和管子型号,则取决于希望的输出幅度。
理论上,这个电路可以获得良好的上升/下降沿的方波。
+600
科创币
虎哥
2010-10-28
非常好的改进意见。
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虎哥作者
14年3个月前 IP:未同步
263421
频率特性的测试结果出来了,不过是用50欧小信号系统经过简单匹配以后测得的。在直流到几百千赫兹,衰减量基本稳定在100倍。当频率升高以后,衰减量下降,1MHz时只有二十几倍,超过60MHz后,只衰减几倍。经过分析判断,主要问题在输出级。用一根高阻尼同轴电缆代替输出的两根普通电线,重新测试,发现在30MHz以下,频率特性都比较好。重新接电警棍,测得电压约150V,即27千伏。
由于修改电路可能对线路板造成了污染,分压器出现了几次内部跳火,看来绝缘还是不够。
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虎哥作者
14年3个月前 IP:未同步
263422
经过改进,终于得到了一个完整的波形测试结果。

高压测试棒和示波器探头的总分压比约为3410倍。测得的峰值电压为7.0V,计算得到电警棍的输出电压是23.9KV。

这一测试结果与昨天的不正确的结果经频率特性修正以后的值比较接近,应该说是比较可靠的。此电警棍的最大可靠放电距离(针尖)是4.5厘米,5厘米时偶尔可以放电。

IMG_4884.jpg
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ehco
14年3个月前 IP:未同步
263431
虎哥用的警棍模块是哪种输出结构的?测量的时候,两个电极之间有放电吗?
若测试时未放电,貌似只有电容放电二次变压形式的(类似特斯拉)的有这种效果哦。
倍压整流的出来就是直流电。
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虎哥作者
14年3个月前 IP:未同步
263484
你说得完全正确,这个确实是两截组合的那种,内部也有一个放电间隙。
现在已经试过,有放电跳火和直接连接(无跳火),测量结果除电压有点差别外,实际上差不多。
但是这么长的棒子,高频特性一定会很有问题。最明显的目标,就是要把长度缩短。如果能用20厘米(现在高达50厘米)长度,做到35KV窄脉冲放电不跳火,那么高频感应就会小很多。
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ehco
14年3个月前 IP:未同步
263488
有放电跳火和直接连接(无跳火),测量结果除电压有点差别

差别多大?虎哥能否上个实测数据,好估算一下电弧通道的阻抗,对我有用。
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虎哥作者
14年3个月前 IP:未同步
263489
差别很小,不超过3KV,而且由于每次放电本身输出的电压都略有差别(达3KV),所以测得的差别并不具有实际意义。

只要电弧打穿了,应该说阻抗非常小。

我所说的差别,主要是担心直接连接后,电压没有充到设计值,就已经通过分压器放掉了(目前我做的这个分压器内阻不到100兆欧,将来会做1千兆和10吉欧的)。但是因为这种电警棍的放电原理是二次升压,在它想放电之前是没有输出的(从波形也可以看出),所以理论上说是否直接接触分压器探针应该没有什么区别。

为了标定这些自己做的东西,可能得做一个能作为基准的仪器,不知除了hambaby的建议外,还有没有更好的办法。
改天到隔壁中国某院去问问他们是否有静电检定设备。出套件的话,估计还得要几个月去了。
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ehco
14年3个月前 IP:未同步
263494
原来说的放电是指你棒和模块电极之间放电哦,我以为是模块两个电极之间放电,电离通道阻抗应该很小啊。
出套件算我一个,正愁没法子测量呢。
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拔刀斋
14年3个月前 IP:未同步
263574
Re:个人提几点建议
借个ESD gun,以前公司就有,可惜我现在不在那家公司了
找做手机MP4单片机系统的公司闻一下哪里有的借

如果搞不到,业余条件下波形最佳的信号源为带电孤立导体,如人体静电放电
引用第5楼hambaby于2010-10-27 00:01发表的 3、关于标定的信号源
高压、高频、高度稳定输出幅度的信号源,商品很少见,DIY也不容易。
建议采用高压定幅度矩形波代替,实现方式:
小电流稳压DC高压电源——无感电阻——电子管阳极——地
电子管的栅极可以采用通用的函数信号发生器的方波10KHz驱动,DC高压和管子型号,则取决于希望的输出幅度。
理论上,这个电路可以获得良好的上升/下降沿的方波。
.......
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zx-16533
13年8个月前 IP:未同步
294521
引用第2楼sukeytang于2010-10-26 23:20发表的 :

[s:246] 250兆赫的示波器还不心疼啊,我刚买的一个二手20M的模拟示波器用起来都超级小心,生怕弄坏了。

虎哥应该有好多台。。。。小心点就没事了。。。
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