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一種低成本便攜式脈沖幅度測量裝置

時間:2017-11-24 10:25:32 來源:  點擊:14960
徐昕 吉莎杉
西安機電信息技術研究所 陜西 西安 710065
摘要:引信電子機芯點火信號、磁后坐發電機電源信號等脈沖信號的幅度測量,是引信測試系統中一項重要功能。傳統脈沖幅度測量方法需借助外部設備完成信號測量,造成引信測試系統體積龐大、不便于攜帶、購置成本過高。針對上述問題,設計了一種低成本便攜式脈沖幅度測量裝置,利用外部峰值檢測電路,運用過采樣和求均值技術,實現了混合信號微控制器內置ADC對脈沖信號幅度的測量。測量驗證結果表明,該裝置測量范圍寬,測量精度高,整個裝置方便攜帶使用,成本低廉,整機技術水平與傳統脈沖幅度測量方法相當,性能穩定,工作可靠,滿足使用要求。
關鍵詞:引信測試系統;脈沖幅度測量裝置;低成本;便攜式
0 引言 引信電子機芯點火信號、磁后坐發電機電源信號等脈沖信號的幅度測量,是引信測試系統中一項重要功能。傳統的脈沖幅度測量方法有多種[1],如:示波器測量法、脈沖幅度比較儀法、取樣數字多用表法、直流電壓補償法、高速數據采集卡測量法等等,可以根據被測脈沖信號的帶寬、測量精度等選擇不同的測量方法,但上述方法均需借助于示波器、高速數字多用表、高速數據采集卡等外部設備完成信號測量,造成引信測試系統體積龐大、不便于攜帶、購置成本過高。針對上述問題,設計了一種低成本便攜式脈沖幅度測量裝置。 1 脈沖幅度的傳統測量方法 傳統的脈沖幅度測量方法有:示波器測量法、脈沖幅度比較儀法、取樣數字多用表法、直流電壓補償法、高速數據采集卡測量法等,各種測量方法的測量范圍、測量精度、所需要的設備及成本見表1。 表1 傳統測量方法統計表 名稱 測量范圍 測量精度 所需設備 成本 體積 示波器測量法 ±200V 1%~3% 示波器 >10000元 大 脈沖幅度比較儀法 ±200V ±0.05% 高靈敏示波器 >10000元 大 取樣數字多用表法 0V~1000V 0.01% 高速數字多用表 >5000元 大 直流電壓補償法 5V~200V ±0.2% 高靈敏示波器 >10000元 大 高速數據采集卡測量法 ±200V 0.03% 高速、高精度數據采集卡 >20000元 大 傳統脈沖幅度測量方法的測量范圍和測量精度各不相同,其中脈沖幅度比較儀法、取樣數字多用表法和高速數據采集卡測量法可滿足引信電子機芯點火信號、磁后坐發電機電源信號等脈沖信號的幅度測量要求,但需要在引信測試系統以外,配備示波器、高速數字多用表、高速數據采集卡等外部測量設備,測試時需要人工或通過計算機進行參數設置并讀取數據,操作復雜,自動化程度低,而且系統體積龐大、不便于攜帶、購置成本高。 2 低成本便攜式脈沖幅度測量裝置 隨著電子技術的快速發展,電子器件的價格越來越低,但功能得到了飛速發展,傳統的脈沖幅度測量方法中使用的示波器、高速數字多用表、高速數據采集卡等外部設備完全可以被新的低成本的便攜式測量裝置替代。 低成本便攜式脈沖幅度測量裝置采用嵌入式設計,力求從芯片級實現各項測量功能,為了降低測量裝置的開發成本,選用混合信號微控制器作為系統控制核心,該控制器集成有ADC、DAC、存儲器、計時器等多種功能,但價格才不到100元。由于引信電子機芯點火和磁后坐發電機電源等脈沖信號的幅度測量,對測量分辨率和轉換速率要求較高,因此利用外部峰值檢測電路對被測信號進行采樣保持,將脈沖信號轉換為直流信號供系統采集,降低了對系統轉換速率的要求,并將采集結果運用過采樣和求平均值技術以提高測量分辨率。 引信電子機芯點火和磁后坐發電機電源等脈沖信號的最大幅度約為5V~180V左右,產品指標要求的輸出信號精度為2%,因此,設計低成本便攜式脈沖幅度測量裝置的測量范圍為2V~200V,測量精度為0.1%。 2.1 硬件構成及測量原理 低成本便攜式脈沖幅度測量裝置無需進行參數設置,即可自動完成脈沖信號的幅度測量,并顯示測量結果。主要由混合信號微控制器、信號調理電路、峰值檢測電路,按鍵和顯示模塊組成。其原理框圖見圖1所示。
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