數(shù)字電壓表的單次脈沖幅度精確測(cè)量技術(shù)研究

1、數(shù)字電壓表的單次脈沖幅度精確測(cè)量技術(shù)研究 摘要：隨著社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，我國(guó)的脈沖技術(shù)得到了卓有成效的發(fā)展，在物理、化工、數(shù)據(jù)通信等行業(yè)中得到了有效的應(yīng)用。傳統(tǒng)的數(shù)字示波器在對(duì)單次脈沖幅度進(jìn)行測(cè)量的過程中，往往存在測(cè)量不確定度大的缺點(diǎn)。文章對(duì)數(shù)字電壓表在單次脈沖幅度的測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了探究，為相關(guān)領(lǐng)域提供參考與借鑒。 關(guān)鍵詞：數(shù)字電壓表；單次脈沖幅度；精確測(cè)量技術(shù)；不確定度；數(shù)據(jù)通信 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 中圖分類號(hào)：tn806 文章編號(hào)：1009-2374（2016）16-0035-02 doi：10.13535/ki.11-4406/n.2016.16.016近年來，我國(guó)的化工、自動(dòng)控制以

2、及計(jì)算機(jī)技術(shù)等行業(yè)取得了空前的進(jìn)步，對(duì)脈沖技術(shù)的應(yīng)用以及依賴性越來越強(qiáng)，這也在一定程度上促進(jìn)了脈沖技術(shù)的發(fā)展。作為脈沖技術(shù)中極為重要的組成部分，脈沖幅度的測(cè)量不僅關(guān)系著脈沖技術(shù)的有效應(yīng)用，更影響著脈沖技術(shù)的長(zhǎng)期發(fā)展。目前，數(shù)字電壓表在單次脈沖幅度測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用，不僅精確度高，而且成本低廉，擁有著良好的發(fā)展前景。 1 傳統(tǒng)的脈沖幅度測(cè)量技術(shù) 通常對(duì)脈沖幅度的測(cè)量主要包括示波器、脈沖電壓表以及數(shù)字電壓表三種方法，其中數(shù)字電壓表的技術(shù)指標(biāo)最為精確，為0.01%。這三種測(cè)量方法既有各自不同的特征，又有一定的相似性。三種測(cè)量方法均采用的是脈沖頂、底與直流電壓比較的方式。如典型的do15型脈沖電壓表

3、主要是利用電子斬波器實(shí)現(xiàn)脈沖幅度與直流電壓的比較，其測(cè)量幅度一般小于10v；do19型脈沖電壓表充分利用二極管的單向?qū)щ娦?，使脈沖幅度與直流電壓實(shí)現(xiàn)比較，其測(cè)量范圍最高能夠達(dá)到200v。而pac-11型脈沖電壓表主要利用機(jī)械振子的作用將直流電壓與脈沖頂、底進(jìn)行比較。采用脈沖電壓表對(duì)脈沖幅度進(jìn)行測(cè)量，盡管能夠在一定程度上保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，卻無法實(shí)現(xiàn)對(duì)單次脈沖信號(hào)的測(cè)量。目前，對(duì)單次脈沖幅度的測(cè)量一般采用的是數(shù)字示波器，該測(cè)量方法波形相對(duì)直觀、測(cè)量頻率寬，然而其示波器8位a/d采樣的方法往往會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的不準(zhǔn)確，最大允許誤差為1%。 2 數(shù)字式電壓表概述 2.1 數(shù)字電壓表原理 數(shù)字電壓表以控制

4、器st為總指揮部，通常約2s左右便會(huì)發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)脈沖，不僅能夠?qū)⒖刂崎Tt打開，使間隔的時(shí)間脈沖序列順利進(jìn)入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而且能夠觸發(fā)電壓發(fā)生器，使其產(chǎn)生一種直線上升式的斜坡電壓，在不斷上升的過程中，電壓比較內(nèi)的被測(cè)電壓將會(huì)與斜坡電壓進(jìn)行反復(fù)比較，一旦這兩者電壓相同，電壓比較器會(huì)自動(dòng)發(fā)出關(guān)門信號(hào)，進(jìn)而使t門實(shí)現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)，在這種條件下，t門從開啟到關(guān)閉過程中通過t門的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖的數(shù)量將會(huì)在十進(jìn)制計(jì)數(shù)器中進(jìn)行保留并顯示。通常，斜坡電壓的上升速度與被測(cè)電壓有著密不可分的聯(lián)系，被測(cè)電壓越大，斜坡電壓上升至同等電壓所用的時(shí)間就越長(zhǎng)，t門開啟的時(shí)間也會(huì)隨之增加，在十進(jìn)制計(jì)數(shù)器中所顯示的數(shù)字就越大，即脈沖的

5、個(gè)數(shù)越多。因此，在對(duì)脈沖幅度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要選取標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器，保證通過t門的脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)的電壓值相同，在顯示器中便會(huì)準(zhǔn)確地顯示出所測(cè)電壓的數(shù)值。 2.2 數(shù)字電壓表測(cè)量單次脈沖幅度的原理 通常，脈沖波形的頂與底為直流電壓波形（圖1），其能夠?qū)γ}沖幅度的頂與底進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量，一般認(rèn)為頂與底的電壓差值即為所測(cè)脈沖幅度的數(shù)值。數(shù)字電壓表能夠直接對(duì)直流電壓進(jìn)行有效的測(cè)量。在對(duì)校準(zhǔn)儀方波幅度進(jìn)行檢定的過程中，可以采用觸發(fā)數(shù)字電壓表對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，由于示波器校準(zhǔn)器采用的連續(xù)方波信號(hào)的輸出方式，因此必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)才能夠應(yīng)用于對(duì)單次脈沖幅度的測(cè)量。作為一種高采樣率數(shù)字電壓表，由安捷倫公司所生產(chǎn)的3458a

6、型數(shù)字電壓表能夠?qū)γ}沖波形的頂與底進(jìn)行有效的測(cè)量，并實(shí)施高速采樣，其采樣主要是通過數(shù)字電壓表的延遲設(shè)置以及觸發(fā)功能控制實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)而獲取所測(cè)電壓的數(shù)值，確定脈沖波形選定位置的電壓值。需要注意的是，當(dāng)數(shù)字電壓表通過觸發(fā)功能對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)定時(shí)，在觸發(fā)之前，其數(shù)碼顯示的數(shù)值并不會(huì)消失，基于這一特點(diǎn)，只需將觸發(fā)方式進(jìn)行改進(jìn)，便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單次脈沖波形頂與底的電壓測(cè)量，頂與底的差值便是單次脈沖幅度值。 3 數(shù)字電壓表對(duì)單次脈沖幅度的測(cè)量方法 在對(duì)單次脈沖幅度進(jìn)行測(cè)量前，要對(duì)數(shù)字電壓測(cè)量方式進(jìn)行有效的改進(jìn)，其關(guān)鍵步驟是將數(shù)字電壓表的觸發(fā)功能進(jìn)行設(shè)置，改為內(nèi)觸發(fā)，其具體步驟如圖2。完成相關(guān)設(shè)置后，數(shù)字電壓表的脈沖

7、發(fā)生器將會(huì)發(fā)出脈寬50us的單次脈沖，在這種條件下，數(shù)字電壓表能夠順利完成對(duì)單次脈沖幅度的測(cè)量，詳見圖3。 4 測(cè)量結(jié)果有效評(píng)定 4.1 測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定 數(shù)字電壓表對(duì)脈沖幅度測(cè)量的不確定度主要表現(xiàn)為數(shù)字電壓表測(cè)量不準(zhǔn)確、讀數(shù)分辨能力差以及測(cè)量結(jié)果重復(fù)等多個(gè)方面。本次研究中所采用的數(shù)字電壓表為安捷倫公司生產(chǎn)的3458a型數(shù)字電壓表，經(jīng)過計(jì)算可發(fā)現(xiàn)其引入的不確定度為2.210-6。其電壓表的讀數(shù)分辨力可達(dá)到1uv，通過對(duì)不確定度量大小的觀察，可以發(fā)現(xiàn)主要作用的不確定度表現(xiàn)為數(shù)值的重復(fù)性。 4.2 三種方法測(cè)量結(jié)果比較 通過數(shù)字電壓表以及其他兩種方式的測(cè)量比較，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)字示波器能夠有效地測(cè)量出單次脈沖幅度值以及連續(xù)脈沖幅度，然而該測(cè)量方式具有一定的不確定度；而采用脈沖電壓表盡管能夠具有較高的準(zhǔn)確度，卻無法完成對(duì)單次脈沖幅度的測(cè)量。對(duì)數(shù)字電壓表進(jìn)行改進(jìn)后，不僅能夠保障測(cè)量的準(zhǔn)確度，而且能夠順利實(shí)現(xiàn)單次脈沖幅度測(cè)量，具有一定的可操作性。 5 結(jié)語(yǔ) 本次研究通過對(duì)數(shù)字電壓表的改進(jìn)，能夠完成對(duì)單次脈沖幅度的精準(zhǔn)測(cè)量，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)脈沖的測(cè)量，不僅在一定程度上克服了數(shù)字示波器的缺陷，而且成本低廉，可以在各大行業(yè)中推廣、應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) 1 崔行臣，段會(huì)川，王金玲，劉如璽.數(shù)顯儀表數(shù)字實(shí)時(shí)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)j.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)