專利名稱：多路高功率放電脈沖瞬態(tài)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機測量系統(tǒng)，具體講是一種多路高功率放電脈沖瞬態(tài)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)。
在高功率激光裝置上，提高光束質(zhì)量，了解每個氙燈的工作狀況，及時維修或更換發(fā)光部件或元件，是十分必要的。高功率氙燈的放電過程在極短的幾百微秒內(nèi)完成，且放電功率很高，電壓在20KV以上，電流可達(dá)6KA以上，要測量出瞬間的功率參數(shù)有較多的困難，而同時測量多路氙燈放電脈沖參數(shù)在技術(shù)上的難度就更大，采用傳統(tǒng)的示波法或重慶電子儀器儀表廠生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集分析儀雖然可以測量到參數(shù)，但其測量路數(shù)不多。數(shù)據(jù)采集分析儀雖可測32路信號，但因其高功率放電時的強干擾影響，使得測量可靠性大大降低，而對路數(shù)更多的如幾十，成百上千路氙燈放電系統(tǒng)卻是力所不及了。如若同時使用幾十臺數(shù)據(jù)采集分析儀，不僅在工程上很難實現(xiàn)，而且在經(jīng)濟上也很不合算，一臺數(shù)據(jù)采集分析儀要6～7萬元，幾十臺儀器再加上輔助設(shè)備，這樣巨大的耗資是難以承受的。
本發(fā)明的目的是提供一種瞬態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，它能夠監(jiān)測幾十路，幾百路甚至上千路高功率放電脈沖的瞬態(tài)參數(shù)，而且這種監(jiān)測系統(tǒng)操作方便，可靠性高，抗干擾性能好，成本低廉。
本發(fā)明的技術(shù)方案是由主處理器、I/O接口，多路信號輸入A/D轉(zhuǎn)換及地址開關(guān)和CRT顯示器、打印機、操作鍵盤等外設(shè)及軟件系統(tǒng)組成的計算機系統(tǒng)，它帶有的多路信號采集支路作為其多路信號輸入，而計算機系統(tǒng)內(nèi)部的多路信號輸入A/D轉(zhuǎn)換及地址開關(guān)中有多個模擬信號調(diào)理端子板(7117)。每個端子板(7117)有32路輸入，即最多可帶32路信號采集支路，每個端子板(7117)的輸出接到模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換板(6040)的32個輸入端中的一個輸入端，每個端子板(7117)的控制端接到地址開關(guān)控制板(6160)的32位開關(guān)控制線上。模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D板(6040)的輸出信號送入PC總線，地址開關(guān)控制板(6160)的控制信號來自PC總線(PC BUS)，在計算機內(nèi)部控制信號的控制下，通過地址開關(guān)控制板(6160)的時序控制，就可把多路信號采集支路來的信號有序地通過模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D板(6040)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，經(jīng)過PC總線送入主處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與計算，而每個信號采集支路由電感耦合器，傳輸電纜和信號保持器組成。開關(guān)電源裝置帶有多路高功率氙燈，開關(guān)電源裝置放電時向氙燈提供一個電壓高達(dá)20KV的單次大電流放電脈沖，其放電電流近似三角形，峰值可達(dá)6000A以上，脈沖寬度為幾百微秒。電感耦合器串接在氙燈放電支路中，放電時電感耦合器從氙燈放電支路中取出放電電流信號，再經(jīng)傳輸電纜傳送到信號保持器中，經(jīng)信號保持器的二極管向電容器充電。電容器上最終充電電壓的高低能直接反映氙燈放電電流的峰值或放電脈沖電流的面積即放電電荷量，因電容上電壓可以保持相對一段時間，故放電電流的瞬態(tài)信號也可以保持一段時間。在這段時間內(nèi)計算機系統(tǒng)可以從容地對每一個信號保持器的瞬態(tài)信號進(jìn)行采集，甚至可以多次循環(huán)掃描采集，再經(jīng)計算機內(nèi)部各系統(tǒng)的工作，信息處理后，存入機內(nèi)，根據(jù)需要隨時可在CRT顯示器顯示或在打印機上打印出各種測試結(jié)果。
本發(fā)明與現(xiàn)有測量技術(shù)相比，具有測量路數(shù)多，抗干擾能力強等優(yōu)點，在激光裝置使用的高功率氙燈放電時存在很強的電磁干擾源，同時放電的氙燈越多，強干擾源也就越多。原有技術(shù)是在放電瞬間的幾百微秒期間內(nèi)和強干擾條件下測量，所以其測量路數(shù)受限，測量可靠性下降，而本發(fā)明中氙燈放電電流信號經(jīng)電感耦合器取出后又用同軸電纜進(jìn)行傳輸，而且采用抗電磁場干擾強的電流信號傳輸，信號在到達(dá)信號保持器內(nèi)的電容器上，可以保持相對一段時間，在計算機系統(tǒng)進(jìn)行掃描采集瞬態(tài)參數(shù)時，放電時的強干擾已經(jīng)過去，這樣“躲避”了強干擾，提高了測量可靠性。而且測試(采集)時間不是在幾百微秒內(nèi)完成，由于瞬態(tài)信號可保持在電容上幾秒甚至幾分鐘，所以測試系統(tǒng)可以從容不迫地對每一路信號逐個采集，并可以循環(huán)地進(jìn)行多次采集，提高了測量可靠性，這樣就可以測量到幾百路甚至上千路高功率單次放電電流的瞬態(tài)信號。采用了計算機使得系統(tǒng)操作比較簡便，而且很實用。本技術(shù)方案中使用一臺計算機再加多個信號采集支路和一些集成電路塊，所以其成本不高，整個監(jiān)測系統(tǒng)價格低廉，經(jīng)濟實惠。
下面表1、表2給出兩組實驗測試數(shù)據(jù)，實驗中把被測的反映脈沖電流的峰值信號轉(zhuǎn)換到信號保持器上的電壓設(shè)計在5V左右。表1
表2


圖1為多路高功率氙燈放電脈沖電流峰值監(jiān)測系統(tǒng)圖。
圖2為多路信號輸入A/D轉(zhuǎn)換及地址開關(guān)框圖。
圖3為監(jiān)測系統(tǒng)工作流程圖。
圖4為初始化流程圖。
圖5為數(shù)據(jù)采集流程圖。
圖6為多路高功率氙燈放電脈沖電流面積監(jiān)測系統(tǒng)圖。
圖7為多路高功率氙燈放電脈沖瞬態(tài)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)圖。
圖8為2048路信號輸入A/D轉(zhuǎn)換及地址開關(guān)框圖。
下面依據(jù)附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明實施例1在圖1的多路高功率氙燈放電脈沖電流峰值監(jiān)測系統(tǒng)圖中，計算機系統(tǒng)6它包含有主處理器及I/O接口8、多路信號輸入A/D轉(zhuǎn)換及地址開關(guān)7、電源系統(tǒng)14、控制系統(tǒng)15、以及CRT顯示器9、打印機10、操作鍵盤11、硬盤系統(tǒng)12、軟盤系統(tǒng)13。圖2為多路信號輸入A/D轉(zhuǎn)換及地址開關(guān)7的框圖。在開啟開關(guān)電源裝置1之前，首先開啟計算機系統(tǒng)6，使其作好準(zhǔn)備。閉合計算機系統(tǒng)6的電源開關(guān)，使電源系統(tǒng)14向計算機系統(tǒng)6的各部件供電，操作操作鍵盤11及硬盤系統(tǒng)12，軟盤系統(tǒng)13使計算機系統(tǒng)6工作正常。按動設(shè)置在操作鍵盤11邊上的復(fù)位開關(guān)，使各路信號保持器5中的電容器C對信號地短路，釋放掉電容器C上的殘存電壓。這時計算機系統(tǒng)6就可以按圖3監(jiān)測系統(tǒng)工作流程圖進(jìn)行工作。在軟件設(shè)計上采用前臺后臺分時處理，將數(shù)據(jù)采集放在后臺由系統(tǒng)時鐘控制執(zhí)行，數(shù)據(jù)處理及解釋在前臺執(zhí)行。利用現(xiàn)有較好的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言。BORLAND C++FOR DOS進(jìn)行程序編制。使其有良好的人機界面及相當(dāng)高的可靠性，易于維護(hù)，在不修改源代碼的情況下即可對其人機界面進(jìn)行修改。工作開始，進(jìn)行“初始化”，屏幕上顯示當(dāng)天數(shù)據(jù)文件存在否？是，則記錄號增加1號；否，則創(chuàng)建文件記錄號置“0”，然后進(jìn)入下個程序后臺處理模塊初始化，初始化結(jié)束后，顯示文件HZK16是否存在？是，則進(jìn)入下一個程序；否，則提示警告，并讓用戶補入文件HZK16后進(jìn)入下一個程序。接著顯示菜單數(shù)據(jù)文件是否存在？否，則屏幕顯示報錯，并要求用戶將菜單數(shù)據(jù)文件拷入；是，則進(jìn)入下一個選擇待處理數(shù)據(jù)程序。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的實時性，程序運行采用中斷程序，使數(shù)據(jù)采集模塊(即多路信號輸入A/D轉(zhuǎn)換及地址開關(guān)7)采用后臺運行方式，與主處理器I/O接口8中的數(shù)據(jù)分析顯示模塊分時異步執(zhí)行。圖3為前臺運行程序，圖5為后臺運行程序，兩者之間靠中斷程序來轉(zhuǎn)換，達(dá)到分時異步運行的目的。開機后，機內(nèi)的系統(tǒng)時鐘就運行，在DOS操作系統(tǒng)中第13號中斷為系統(tǒng)時鐘中斷，該中斷例程每秒將被激活執(zhí)行若干次，系統(tǒng)運行到這時候開始執(zhí)行中斷程序，數(shù)據(jù)采集模塊按圖5數(shù)據(jù)采集流程圖工作，開始，開始入口地址進(jìn)入“執(zhí)行原13H中斷”后對“部分監(jiān)測數(shù)據(jù)采集”，在系統(tǒng)設(shè)計時可以選定某幾路信號進(jìn)行采集，如只采集某5路或某10路，然后通過判斷這些信號“數(shù)據(jù)有效否？”，即這些采集的數(shù)據(jù)逐個與設(shè)定值K(K可設(shè)定為0.01或0.1等)相比較，若全部都小于K，則為無效，說明氙燈放電尚未進(jìn)行，這時采集的數(shù)據(jù)無意義，不需要存入內(nèi)存，也沒有必要采集其它各路信號數(shù)據(jù)，這時程序直接到中斷程序出口，返回到前臺程序中原被中斷點，系統(tǒng)繼續(xù)按原程序進(jìn)行；若這些采集數(shù)據(jù)中至少有一個數(shù)值大于K，即數(shù)據(jù)有效，則進(jìn)入“監(jiān)測數(shù)據(jù)采集”程序，把全部監(jiān)測點的信號值逐個采集下來，并送入機內(nèi)進(jìn)行信號處理、計算、存貯。然后到中斷程序出口，返回到前臺原被中斷點，系統(tǒng)執(zhí)行原程序。當(dāng)前臺程序進(jìn)入“選擇待處理數(shù)據(jù)”時，通過操作鍵盤11，鍵入某日某次數(shù)據(jù)的代號，進(jìn)入“讀入文件數(shù)據(jù)”后，屏幕上出現(xiàn)“圖象顯示”，進(jìn)入“功能選擇”程序，這時使用鼠標(biāo)進(jìn)行功能選擇，若要將圖象進(jìn)一步展開，則選擇“子塊展開”后再顯示圖象，再次功能選擇直到滿足要求為止；如需“報表輸出”或“圖象打印”，則需將移動鼠標(biāo)使其箭頭對準(zhǔn)該功能圖象后按動執(zhí)行鍵，打印機10就打印出所需要的報表或圖象；如需返回高一級圖象，則鼠標(biāo)選擇“高一級子塊”，使其圖象返回到上一級；若需選擇另一次的數(shù)據(jù)，則選擇“數(shù)據(jù)文件選擇”，并鍵入所需要數(shù)據(jù)的代號(某月某日某次數(shù)據(jù)代號)，依次進(jìn)入“讀入文件數(shù)據(jù)”，“圖象顯示”，“功能選擇”等程序。當(dāng)工作完成后，就可選擇退出程序，關(guān)機。
當(dāng)計算機系統(tǒng)6作好了測試準(zhǔn)備，并在不斷進(jìn)行循環(huán)掃描監(jiān)測數(shù)據(jù)時，就可開始進(jìn)行氙燈放電測試了，這時候操作人員合上開關(guān)電源裝置1的外部電源，使其內(nèi)部的高壓電容器上的電壓逐步上升，當(dāng)上升到達(dá)某個值時，高壓電容器同時向各個氙燈放電支路的氙燈2放電，形成近似三角形的高功率放電脈沖，氙燈2發(fā)出強烈的閃光，在氙燈2的放電支路中串接有電感耦合器3，電感耦合器3的初級通常取1匝，其次級匝數(shù)可用理論計算與實驗校正來確定，一般取100～300匝。電感耦合器3感應(yīng)出的放電電流信號經(jīng)傳輸電纜4傳送到信號保持器5，信號保持器5由電阻R、二極管V和電容器C按π型組成，電阻R并聯(lián)在輸入端上，電容器C并聯(lián)在輸出端上，二極管V連接在電阻R與電容C之間，其正極接電阻R，感應(yīng)的電流信號流經(jīng)電阻R到信號地，在電阻R上形成近似三角形的電壓波形，此電壓同時經(jīng)二極管V向電容器C充電，電容C上的電壓隨電阻R上電壓的上升而升高，這里電阻電容的時間常數(shù)選擇在1/10～1/3放電脈沖電流的寬度，其電阻阻值要與傳輸電纜的阻抗相匹配，一般選擇幾十到幾百歐姆。當(dāng)脈沖電壓上升到峰值后，開始下降，這時二極管V逐漸處于反向截止?fàn)顟B(tài)，電容器上的電壓不隨電阻上電壓的下降而下降，而是把這次放電脈沖電流的峰值h保持相對一段時間，選擇質(zhì)量好些的電容器和二極管，可把峰值電壓保持在98％以上，達(dá)2～3分鐘之久，在這期間各路信號保持器5中電容器上的信號電壓進(jìn)入多路信號輸入A/D轉(zhuǎn)換及地址開關(guān)7中相對應(yīng)的模擬信號調(diào)理端子板(7117)的輸入端，在機內(nèi)系統(tǒng)時鐘，中斷程序及地址開關(guān)控制板(6160)的控制下，各路信號依次通過模數(shù)轉(zhuǎn)換板(6040)變成數(shù)字信號，途經(jīng)PC總線送入機內(nèi)，經(jīng)主處理器，存貯器等信息處理后存于內(nèi)存或軟盤系統(tǒng)13，供前臺調(diào)用。
實施例2圖6多路高功率放電脈沖電流面積監(jiān)測系統(tǒng)圖，是又一個實施例，它與實施例1的不同點在于采用不同的信號保持器，圖1中信號保持器5為峰值型的，圖6中的信號保持器16為積分型，兩者基本相同，只是積分型的沒有電阻R，當(dāng)放電脈沖電流信號傳送到信號保持器16內(nèi)，脈沖電流經(jīng)過二極管V向電容器C充電，電容上電壓隨著充電而上升，由于電感耦合器3與傳輸電纜4相當(dāng)于一個電流源，故當(dāng)脈沖電流到達(dá)峰值后下降時，仍然進(jìn)行充電，電容電壓繼續(xù)上升，只有到充電完畢，電容器電壓才停止升高，而且能保持相對一段時間，因此電容器上的最終電壓值S正比于放電脈沖波形的面積，即電荷量。本實施例中其它各部分的工作過程與實施例1完全相同，故不再多述。
實施例3圖7多路高功率氙燈放電脈沖瞬態(tài)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)圖，是再一個實施例，在每一個氙燈放電支路中，同時串接兩個電感耦合器3和傳輸電纜4，它們之后一路接峰值型信號保持器5，另一路接積分型信號保持器16，在每次氙燈放電后，計算機系統(tǒng)6都能把每路氙燈放電脈沖的峰值h和放電脈沖波形面積S測量記錄下來，經(jīng)過計算很容易得出放電脈沖的半寬度值(t＝s/h)。2048路信號輸入，A/D轉(zhuǎn)換及地址開關(guān)框圖在圖8中給出。在這個實施例中，當(dāng)中斷程序執(zhí)行到圖5數(shù)據(jù)采集流程圖中采集數(shù)據(jù)時，機內(nèi)的主處理器發(fā)出指令，先讓左邊的A/D(6040-1)工作，當(dāng)它工作完后再讓右邊的(6040-2)工作，這樣從第一路信號逐路采集到最后第2048路，然后到中斷出口返回到前臺原被中斷點，執(zhí)行前臺程序，其它工作過程與前兩個實施例相同。
在上述三個實施例中，監(jiān)測系統(tǒng)都是監(jiān)測高功率氙燈放電脈沖瞬態(tài)參數(shù)，而其實質(zhì)上是測量某一導(dǎo)線中流過的單次脈沖大電流的瞬態(tài)參數(shù)，所以本監(jiān)測系統(tǒng)完全可以測量其它相類似的脈沖大電流瞬態(tài)參數(shù)。本監(jiān)測系統(tǒng)中若把電感耦合器3中的初級匝數(shù)增加，調(diào)整相應(yīng)的次級匝數(shù)就同樣可以測量放電電流在幾十至幾百安情況下的大電流脈沖參數(shù)。本監(jiān)測系統(tǒng)為多路測量系統(tǒng)，從其原理上可以看出它也可測量單路或幾路的放電脈沖瞬態(tài)參數(shù)，一般來講，測量路數(shù)越多，越能顯示其優(yōu)越性。
權(quán)利要求
1.一種多路高功率放電脈沖瞬態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括(1)主處理器及I/O接口(8)；(2)電源系統(tǒng)(15)、控制系統(tǒng)(14)；(3)CRT顯示器(9)、打印機(10)、操作鍵盤(11)、硬盤系統(tǒng)(12)、軟盤系統(tǒng)(13)；其特征是該瞬態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)還包括(4)多路信號采集支路作為其多路信號輸入，而每路信號采集支路由電感耦合器(3)、傳輸電纜(4)、信號保持器(5)或(16)所組成；(5)多路信號輸入A/D轉(zhuǎn)換及地址開關(guān)(7)中是以多個模擬信號調(diào)理端子板(7117)作為多路信號輸入，每個端子板(7117)的輸出接到模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換板(6040)的32個輸入端中的一個輸入端上，每個端子板(7117)的控制端接到地址開關(guān)控制板(6160)的32位開關(guān)控制線上，模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換板(6040)的輸出信號送入PC總線，地址開關(guān)控制板(6160)的控制信號來自PC總線；(6)每個信號采集支路中的電感耦合器(3)串接在氙燈放電支路中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是每個氙燈放電支路可以串接一個或兩個信號采集支路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的瞬態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是信號采集支路中的信號保持器可為峰值型信號保持器(5)，即由電阻R，二極管V和電容器C按π型組成，其電阻R并聯(lián)于輸入端，電容C并聯(lián)于輸出端，二者之間由二極管V連接，其正極接電阻R；或可為積分型信號保持器(16)，即信號保持器中沒有電阻R；或峰值型信號保持器(5)和積分型信號保持器(16)各一個。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多路高功率放電脈沖瞬態(tài)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，它用來監(jiān)視測量多路高功率激光裝置中各個氙燈的工作情況，該系統(tǒng)由計算機系統(tǒng)和由電感耦合器、傳輸電纜和信號保持器所組成的多路信號采集支路組成，計算機內(nèi)部的多路信號輸入A/D轉(zhuǎn)換及地址開關(guān)由多個模擬信號調(diào)理端子板(7117)和模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換板(6040)及地址開關(guān)控制板(6160)組成，該系統(tǒng)可以測量氙燈放電脈沖的電流峰值和放電電流脈沖寬度，同時測量的路數(shù)從幾十路到幾百路，最多可達(dá)一、二千路，該監(jiān)測系統(tǒng)性能穩(wěn)定，抗干擾性能好，成本低，使用方便。
文檔編號G01R29/00GK1133439SQ9511137
公開日1996年10月16日 申請日期1995年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月25日
發(fā)明者繆桂, 李孟威, 姚導(dǎo)箭, 林玉金, 李安斌, 涂傲, 周本忻 申請人:中國工程物理研究院計算機應(yīng)用研究所