[發明專利]小型脈沖電場磁場一體化測量裝置

有效

• 申請號: 201410059742.1
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103823122A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 李炎新;石立華;江志東;高成;蘇麗媛;陸峰;郭飛;邱實
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種小型脈沖電場磁場測量裝置，特別是一種用于瞬態脈沖電磁場干擾環境中同步測量脈沖電場和脈沖磁場的一體化數字化測量裝置。?

背景技術

在很多環境中存在瞬態電磁脈沖干擾，如工廠中電器開關動作、變電站電力電子器件動作、自然界的雷電放電過程等。為評估這些脈沖電磁干擾危害，需要對它們進行測量，獲取它們的時域特性和頻域特性，比如脈沖峰值、脈沖上升時間、脈沖的半高寬、頻譜分布等。此外，復雜大系統中小空間內電磁脈沖的測量是困擾電磁脈沖抗擾度測試的一個重要方面，主要原因包括：小空間內測試亟需體積小、擾動小的微型化傳感器；復雜系統測試點多，傳感器要求成本低，便于多點布設；測試系統自身應具有抵抗環境電磁干擾的能力。傳統的測量方法主要是用脈沖場傳感器將脈沖電場、磁場轉變成電信號，然后用電纜傳輸至數字采集存儲裝置。為避免電磁干擾環境中電纜傳輸受到的電磁干擾，人們采用光纖來傳輸測量到的脈沖電磁場信號。不管是電纜傳輸還是光纖傳輸信號，在多點分布式測量中都不方便，需要多臺數字采集存儲裝置，以及大量布設線纜，而且采集存儲裝置必須放到電磁屏蔽室或屏蔽柜中防止脈沖電磁場對其干擾。況且傳統的脈沖電場和脈沖磁場測量傳感器是分開的，不能做到兩種物理量在同一點一體化同步測量，就不能得到同一時刻的脈沖電場和脈沖磁場的關系。在一次大型脈沖電磁環境測量中，傳統測量方法往往要耗費大量人力和物力。?

發明內容

針對傳統的脈沖電場脈沖磁場測量中所存在的問題和不足，本發明的目的是設計一種小型一體化、抗電磁干擾能力強的數字化脈沖電磁場測量裝置，一次測量可同步獲得同一點的脈沖電場和脈沖磁場波形，省去傳輸線纜和數字記錄存儲設備。?

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：?

在一個微小的六面體小型金屬屏蔽殼內裝高性能單片機采集系統，其外1相對側面裝2片圓形平板電場天線，頂面裝小環磁場天線。側面上的這對平板電場天線構成差分結構，將該側面方向上的電場信號轉換成差分的電壓信號，通過金屬桿輸入到金屬屏蔽殼內高阻輸入的差分放大電路，抵消共模干擾。差分放大電路的輸出接高性能混合信號處理單片機的16位高速模數轉換ADC0的輸入端。小環磁場天線由一匝環形導線構成，導線外套金屬屏蔽管對電場進行屏蔽，金屬屏蔽管中段處橫向斷開一小縫隙使內部的導線能對磁場產生感應。磁場天線通過SMA接頭輸入到金屬殼內的積分電路，將磁場天線對磁場感應到的微分電壓信號進行積分還原。積分電路的輸出接高性能混合信號處理單片機的16位高速模數轉換ADC1的輸入端。

脈沖電場和脈沖磁場的采集、存儲和傳輸由高性能混合信號處理單片機系統實現。高性能混合信號處理單片機系統包括內置的2路16位高速模數轉換模塊ADC0與ADC1，外擴的電源電路、晶振電路、SRAM存儲器、SD卡、復位電路、高速CAN傳輸端口等。整個金屬屏蔽殼內的電路系統由可充電的鋰電池供電。模數轉換模塊ADC0與ADC1分別采集脈沖電場信號和脈沖磁場信號，晶振電路為單片機系統提供穩定的時鐘，SRAM存儲器存儲采集的實時數據，SD卡存儲以往采集的數據（非實時數據），復位電路為單片機提供上電復位，高速CAN傳輸端口將系統采集的數據高速向外傳輸。SRAM存儲器通過高性能混合信號處理單片機的并口與其連接，SD卡存儲通過高性能混合信號處理單片機的SPI口與其連接，高速CAN傳輸端口通過高性能混合信號處理單片機的CAN口與其連接。?

被測的脈沖電場和脈沖磁場是瞬態的脈沖信號，要捕捉到完整的瞬態脈沖波形要求采集系統具有預觸發功能，即采集系統能夠采集信號達到觸發電平之前波形，而且對正脈沖和負脈沖都能實現預觸發功能。本發明實現脈沖電磁場預觸發數據采集功能的方法如下：?

1、啟用高性能混合信號處理芯片模數轉換模塊可編程窗口檢測功能和相應中斷功能；

2、根據脈沖電磁場及其測量電路的噪聲電平，設置模數轉換模塊上限閾值寄存器和下限閾值寄存器，使上限閾值略大于正噪聲電平，下限閾值略小于負噪聲電平；

3、啟用高性能混合信號處理芯片模數轉換模塊直接內存訪問（DMA）功能，并設為循環繼續寫入模式；

4、啟動模數轉換；

5、被測場強達到上限/下限閾值電平時，進入中斷服務程序，記下當前采集數據存放的地址，同時設置觸發后的數據采集長度；

6、模數轉換模塊采完觸發后的數據長度就停止采集，根據所記下觸發時的存放地址以及直接內存訪問循環存放數據的規律，重排測到的脈沖電磁場數據，并將其轉存到SD卡中，再進行循環采集，等待下一次脈沖電磁場信號觸發。