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一种低成本便携式脉冲幅度测量装置

时间:2017-11-24 10:25:32 来源:  点击:433
徐昕 吉莎杉
西安机电信息技术研究所 陕西 西安 710065
摘要:引信电子机芯点火信号、磁后坐发电机电源信号等脉冲信号的幅度测量,是引信测试系统中一项重要功能。传统脉冲幅度测量方法需借助外部设备完成信号测量,造成引信测试系统体积庞大、不便于携带、购置成本过高。针对上述问题,设计了一种低成本便携式脉冲幅度测量装置,利用外部峰值检测电路,运用过采样和求均值技术,实现了混合信号微控制器内置ADC对脉冲信号幅度的测量。测量验证结果表明,该装置测量范围宽,测量精度高,整个装置方便携带使用,成本低廉,整机技术水平与传统脉冲幅度测量方法相当,性能稳定,工作可靠,满足使用要求。
关键词:引信测试系统;脉冲幅度测量装置;低成本;便携式
0 引言 引信电子机芯点火信号、磁后坐发电机电源信号等脉冲信号的幅度测量,是引信测试系统中一项重要功能。传统的脉冲幅度测量方法有多种[1],如:示波器测量法、脉冲幅度比较仪法、取样数字多用表法、直流电压补偿法、高速数据采集卡测量法等等,可以根据被测脉冲信号的带宽、测量精度等选择不同的测量方法,但上述方法均需借助于示波器、高速数字多用表、高速数据采集卡等外部设备完成信号测量,造成引信测试系统体积庞大、不便于携带、购置成本过高。针对上述问题,设计了一种低成本便携式脉冲幅度测量装置。 1 脉冲幅度的传统测量方法 传统的脉冲幅度测量方法有:示波器测量法、脉冲幅度比较仪法、取样数字多用表法、直流电压补偿法、高速数据采集卡测量法等,各种测量方法的测量范围、测量精度、所需要的设备及成本见表1。 表1 传统测量方法统计表 名称 测量范围 测量精度 所需设备 成本 体积 示波器测量法 ±200V 1%~3% 示波器 >10000元 大 脉冲幅度比较仪法 ±200V ±0.05% 高灵敏示波器 >10000元 大 取样数字多用表法 0V~1000V 0.01% 高速数字多用表 >5000元 大 直流电压补偿法 5V~200V ±0.2% 高灵敏示波器 >10000元 大 高速数据采集卡测量法 ±200V 0.03% 高速、高精度数据采集卡 >20000元 大 传统脉冲幅度测量方法的测量范围和测量精度各不相同,其中脉冲幅度比较仪法、取样数字多用表法和高速数据采集卡测量法可满足引信电子机芯点火信号、磁后坐发电机电源信号等脉冲信号的幅度测量要求,但需要在引信测试系统以外,配备示波器、高速数字多用表、高速数据采集卡等外部测量设备,测试时需要人工或通过计算机进行参数设置并读取数据,操作复杂,自动化程度低,而且系统体积庞大、不便于携带、购置成本高。 2 低成本便携式脉冲幅度测量装置 随着电子技术的快速发展,电子器件的价格越来越低,但功能得到了飞速发展,传统的脉冲幅度测量方法中使用的示波器、高速数字多用表、高速数据采集卡等外部设备完全可以被新的低成本的便携式测量装置替代。 低成本便携式脉冲幅度测量装置采用嵌入式设计,力求从芯片级实现各项测量功能,为了降低测量装置的开发成本,选用混合信号微控制器作为系统控制核心,该控制器集成有ADC、DAC、存储器、计时器等多种功能,但价格才不到100元。由于引信电子机芯点火和磁后坐发电机电源等脉冲信号的幅度测量,对测量分辨率和转换速率要求较高,因此利用外部峰值检测电路对被测信号进行采样保持,将脉冲信号转换为直流信号供系统采集,降低了对系统转换速率的要求,并将采集结果运用过采样和求平均值技术以提高测量分辨率。 引信电子机芯点火和磁后坐发电机电源等脉冲信号的最大幅度约为5V~180V左右,产品指标要求的输出信号精度为2%,因此,设计低成本便携式脉冲幅度测量装置的测量范围为2V~200V,测量精度为0.1%。 2.1 硬件构成及测量原理 低成本便携式脉冲幅度测量装置无需进行参数设置,即可自动完成脉冲信号的幅度测量,并显示测量结果。主要由混合信号微控制器、信号调理电路、峰值检测电路,按键和显示模块组成。其原理框图见图1所示。
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