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  實驗名稱：大功率脈沖電能源高精度測試技術研究

  研究方向：儀(yi)器儀(yi)表測試

  測試目的：

  傳(chuan)(chuan)(chuan)統的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)精(jing)(jing)度校(xiao)準(zhun)的(de)(de)(de)方(fang)法是對(dui)(dui)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)單一頻率下的(de)(de)(de)刻度因子(zi)進行校(xiao)準(zhun)，校(xiao)準(zhun)方(fang)法通常選用同軸分(fen)流器(qi)(qi)串聯于放電(dian)回路中，通過測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)同軸分(fen)流器(qi)(qi)兩端電(dian)壓，對(dui)(dui)比傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)輸出來標定實(shi)(shi)際(ji)刻度因子(zi)，這(zhe)種方(fang)法在一定程度上(shang)能夠提(ti)(ti)高傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)精(jing)(jing)度，但是校(xiao)準(zhun)精(jing)(jing)度低。針(zhen)對(dui)(dui)大(da)功(gong)率脈(mo)(mo)沖(chong)電(dian)流測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)精(jing)(jing)度的(de)(de)(de)問題，提(ti)(ti)出一種高精(jing)(jing)度的(de)(de)(de)校(xiao)準(zhun)方(fang)法。搭建大(da)功(gong)率脈(mo)(mo)沖(chong)電(dian)流測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)系統的(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)平(ping)臺，通過實(shi)(shi)驗(yan)驗(yan)證(zheng)大(da)功(gong)率脈(mo)(mo)沖(chong)電(dian)流測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)性能，主(zhu)要對(dui)(dui)大(da)功(gong)率脈(mo)(mo)沖(chong)電(dian)流測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)精(jing)(jing)度、穩定性、響應時間和電(dian)流幅值測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)范圍進行驗(yan)證(zheng)。

  測試設備：ATA-3090功率放大器、示(shi)波器、六(liu)位半(ban)表、數字信號源、低溫漂(piao)電(dian)阻、NI采集卡、八位半(ban)表、大功率(lv)脈沖電(dian)流測量傳(chuan)感器、雷擊浪涌發生器。

  圖：大功率脈(mo)沖電流測量系統實(shi)驗(yan)平臺

  實驗過程：

  搭建大(da)功(gong)率脈沖電(dian)(dian)流測量系統的(de)實驗(yan)平臺(tai)，實驗(yan)平臺(tai)的(de)功(gong)率源包(bao)括雷(lei)擊(ji)浪涌發(fa)生(sheng)器(qi)和高精度的(de)數字信號發(fa)生(sheng)器(qi)。由于目(mu)前無(wu)法獲得電(dian)(dian)磁炮中(zhong)的(de)大(da)功(gong)率脈沖電(dian)(dian)能(neng)源，因(yin)此(ci)采用雷(lei)擊(ji)浪涌發(fa)生(sheng)器(qi)作為實驗(yan)平臺(tai)的(de)大(da)功(gong)率脈沖電(dian)(dian)能(neng)源。雷(lei)擊(ji)浪涌發(fa)生(sheng)器(qi)放(fang)電(dian)(dian)原理與電(dian)(dian)磁炮的(de)大(da)功(gong)率脈沖電(dian)(dian)能(neng)源放(fang)電(dian)(dian)原理相同(tong)(tong)，均為PFN模塊放(fang)電(dian)(dian)，雷(lei)擊(ji)浪涌發(fa)生(sheng)器(qi)的(de)放(fang)電(dian)(dian)功(gong)率大(da)，可發(fa)出1/20μs、4/20μs、8/20μs、30/80μs不同(tong)(tong)類(lei)型的(de)PFN波形(xing)，使(shi)用Matlab仿真雷(lei)擊(ji)浪涌發(fa)生(sheng)器(qi)發(fa)出的(de)PFN波形(xing)。

  圖(tu)：精度(du)實驗(yan)連線示意圖(tu)

  搭建大功率(lv)(lv)脈沖電(dian)流(liu)(liu)測量傳感器精度測試(shi)系統，大功率(lv)(lv)脈沖電(dian)流(liu)(liu)測量傳感器的刻度因子(zi)在經(jing)過校(xiao)準后，通過隨機改變正弦波(bo)輸入(ru)頻率(lv)(lv)，測量流(liu)(liu)過大功率(lv)(lv)脈沖電(dian)流(liu)(liu)測量傳感器的實(shi)際(ji)電(dian)流(liu)(liu)值I以(yi)及其(qi)輸出的電(dian)壓值V，并將輸入(ru)信(xin)號(hao)的頻率(lv)(lv)帶入(ru)校(xiao)準補償數據處理平臺中得到(dao)該頻率(lv)(lv)下的理論(lun)刻度因子(zi)Ki=F(fi)。

  利用大功率脈(mo)沖電(dian)(dian)流(liu)測量(liang)系統的(de)校準(zhun)補(bu)償(chang)數據處理平臺對大功率脈(mo)沖電(dian)(dian)流(liu)測量(liang)傳感(gan)器的(de)精度進行驗證，輸入低(di)溫漂電(dian)(dian)阻阻值(zhi)，負載電(dian)(dian)壓以及傳感(gan)器輸出(chu)電(dian)(dian)壓即(ji)可求出(chu)測量(liang)電(dian)(dian)流(liu)的(de)真(zhen)實值(zhi)以及與校準(zhun)補(bu)償(chang)算法中(zhong)理論值(zhi)的(de)誤(wu)差。

  實驗結果：

  1、大功率脈沖電(dian)流測量(liang)傳感(gan)器的精(jing)度(du)測試

  圖：霍(huo)爾傳感器絕(jue)對(dui)誤差圖和寬頻(pin)帶測量(liang)傳感器絕(jue)對(dui)誤差圖

  由上圖的(de)誤差(cha)曲線可(ke)以(yi)(yi)看出，在500Hz以(yi)(yi)下霍爾傳(chuan)感器可(ke)以(yi)(yi)保證0.3%的(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)精(jing)度；在100Hz~10kHz時，寬(kuan)頻帶測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)傳(chuan)感器可(ke)以(yi)(yi)保證0.2%的(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)精(jing)度，且頻率越(yue)(yue)高(gao)誤差(cha)越(yue)(yue)小，所(suo)以(yi)(yi)頻率超過10kHz時，寬(kuan)頻帶測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)傳(chuan)感器依然能(neng)夠保證較高(gao)的(de)精(jing)度。因(yin)此，大功率脈沖電流測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)傳(chuan)感器在0~10kHz頻帶內不同頻率下可(ke)以(yi)(yi)達到0.3%以(yi)(yi)內的(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)精(jing)度。

  2、大功率脈沖(chong)電流測量傳感器的穩定(ding)性測試

  在100組數據中(zhong)，寬(kuan)頻帶測量(liang)傳感器(qi)的(de)電(dian)壓平均值V為(wei)(wei)(wei)23.1318mV，與平均值相差最大的(de)值Vmax為(wei)(wei)(wei)23.1462mV，根據公(gong)式可得(de)寬(kuan)頻帶測量(liang)傳感器(qi)的(de)重復精度(du)為(wei)(wei)(wei)0.063%。由實驗得(de)，霍爾傳感器(qi)和(he)寬(kuan)頻帶測量(liang)傳感器(qi)的(de)重復精度(du)分別(bie)為(wei)(wei)(wei)0.024%和(he)0.063%，因(yin)此大功(gong)率脈(mo)沖電(dian)流測量(liang)傳感器(qi)具有很好的(de)穩(wen)定性(xing)。

  3、大功率脈(mo)沖(chong)電流測(ce)量傳感器的幅值測(ce)量范圍測(ce)試

  經(jing)過校準算(suan)法計(ji)算(suan)后的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流峰(feng)值(zhi)和雷(lei)(lei)擊浪涌發(fa)生(sheng)器(qi)發(fa)出的(de)(de)(de)實際峰(feng)值(zhi)相(xiang)近，由于雷(lei)(lei)擊浪涌發(fa)生(sheng)器(qi)發(fa)出的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流精(jing)度低(di)，因此(ci)無法做精(jing)度的(de)(de)(de)對比。在輸出5007A電(dian)(dian)(dian)流時，PFN放(fang)電(dian)(dian)(dian)波形(xing)的(de)(de)(de)上升沿時間為6.84μs，此(ci)時大功率(lv)脈(mo)沖電(dian)(dian)(dian)流測(ce)量傳感器(qi)依然能夠(gou)將其(qi)波形(xing)完(wan)整的(de)(de)(de)采集。

  經過實驗(yan)驗(yan)證，對大功(gong)率脈(mo)沖電(dian)(dian)流測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)傳感器的精度、穩(wen)定性、響應時間和(he)電(dian)(dian)流幅值測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)范圍(wei)進行了實驗(yan)驗(yan)證。通過測(ce)試結果可以(yi)(yi)得出大功(gong)率脈(mo)沖電(dian)(dian)流測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)傳感器的響應時間在(zai)10μs以(yi)(yi)下，重復精度在(zai)0.07%以(yi)(yi)內(nei)(nei)，在(zai)頻帶測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)范圍(wei)為0~10kHz，電(dian)(dian)流測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)幅值在(zai)5000A以(yi)(yi)內(nei)(nei)時，其測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)精度在(zai)0.3%以(yi)(yi)內(nei)(nei)。

  安泰ATA-3090功率放大器(qi)：

  圖：ATA-3090電壓功率放大器指(zhi)標參(can)數

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  本(ben)文(wen)實驗(yan)案(an)例參考自(zi)知網論文(wen)《大功率(lv)脈(mo)沖電能(neng)源(yuan)高精度測試技(ji)術研究》