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：儀器儀表測試

測試目的：

傳統(tǒng)的測量精度校準的方法是對傳感器單一頻率下的刻度因子進行校準，校準方法通常選用同軸分流器串聯(lián)于放電回路中，通過測量同軸分流器兩端電壓，對比傳感器的測量輸出來標定實際刻度因子，這種方法在一定程度上能夠提高傳感器的測量精度，但是校準精度低。針對大功率脈沖電流測量傳感器測量精度的問題，提出一種高精度的校準方法。搭建大功率脈沖電流測量系統(tǒng)的實驗平臺，通過實驗驗證大功率脈沖電流測量傳感器的性能，主要對大功率脈沖電流測量傳感器的精度、穩(wěn)定性、響應時間和電流幅值測量范圍進行驗證。

測試設備：ATA-3090功率放大器、示波器、六位半表、數(shù)字信號源、低溫漂電阻、NI采集卡、八位半表、大功率脈沖電流測量傳感器、雷擊浪涌發(fā)生器。

圖：大功率脈沖電流測量系統(tǒng)實驗平臺

實驗過程：

搭建大功率脈沖電流測量系統(tǒng)的實驗平臺，實驗平臺的功率源包括雷擊浪涌發(fā)生器和高精度的數(shù)字信號發(fā)生器。由于目前無法獲得電磁炮中的大功率脈沖電能源，因此采用雷擊浪涌發(fā)生器作為實驗平臺的大功率脈沖電能源。雷擊浪涌發(fā)生器放電原理與電磁炮的大功率脈沖電能源放電原理相同，均為PFN模塊放電，雷擊浪涌發(fā)生器的放電功率大，可發(fā)出1/20μs、4/20μs、8/20μs、30/80μs不同類型的PFN波形，使用Matlab仿真雷擊浪涌發(fā)生器發(fā)出的PFN波形。

圖：精度實驗連線示意圖

搭建大功率脈沖電流測量傳感器精度測試系統(tǒng)，大功率脈沖電流測量傳感器的刻度因子在經(jīng)過校準后，通過隨機改變正弦波輸入頻率，測量流過大功率脈沖電流測量傳感器的實際電流值I以及其輸出的電壓值V，并將輸入信號的頻率帶入校準補償數(shù)據(jù)處理平臺中得到該頻率下的理論刻度因子Ki=F(fi)。

利用大功率脈沖電流測量系統(tǒng)的校準補償數(shù)據(jù)處理平臺對大功率脈沖電流測量傳感器的精度進行驗證，輸入低溫漂電阻阻值，負載電壓以及傳感器輸出電壓即可求出測量電流的真實值以及與校準補償算法中理論值的誤差。

實驗結(jié)果：

1、大功率脈沖電流測量傳感器的精度測試

圖：霍爾傳感器絕對誤差圖和寬頻帶測量傳感器絕對誤差圖

由上圖的誤差曲線可以看出，在500Hz以下霍爾傳感器可以保證0.3%的測量精度；在100Hz~10kHz時，寬頻帶測量傳感器可以保證0.2%的測量精度，且頻率越高誤差越小，所以頻率超過10kHz時，寬頻帶測量傳感器依然能夠保證較高的精度。因此，大功率脈沖電流測量傳感器在0~10kHz頻帶內(nèi)不同頻率下可以達到0.3%以內(nèi)的測量精度。

2、大功率脈沖電流測量傳感器的穩(wěn)定性測試

在100組數(shù)據(jù)中，寬頻帶測量傳感器的電壓平均值V為23.1318mV，與平均值相差最大的值Vmax為23.1462mV，根據(jù)公式可得寬頻帶測量傳感器的重復精度為0.063%。由實驗得，霍爾傳感器和寬頻帶測量傳感器的重復精度分別為0.024%和0.063%，因此大功率脈沖電流測量傳感器具有很好的穩(wěn)定性。

3、大功率脈沖電流測量傳感器的幅值測量范圍測試

經(jīng)過校準算法計算后的電流峰值和雷擊浪涌發(fā)生器發(fā)出的實際峰值相近，由于雷擊浪涌發(fā)生器發(fā)出的電流精度低，因此無法做精度的對比。在輸出5007A電流時，PFN放電波形的上升沿時間為6.84μs，此時大功率脈沖電流測量傳感器依然能夠?qū)⑵洳ㄐ瓮暾牟杉?/p>

經(jīng)過實驗驗證，對大功率脈沖電流測量傳感器的精度、穩(wěn)定性、響應時間和電流幅值測量范圍進行了實驗驗證。通過測試結(jié)果可以得出大功率脈沖電流測量傳感器的響應時間在10μs以下，重復精度在0.07%以內(nèi)，在頻帶測量范圍為0~10kHz，電流測量幅值在5000A以內(nèi)時，其測量精度在0.3%以內(nèi)。

安泰ATA-3090功率放大器：

圖：ATA-3090電壓功率放大器指標參數(shù)

本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當規(guī)模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。公司致力于功率放大器、功率信號源、計量校準源等產(chǎn)品為核心的相關行業(yè)測試解決方案的研究，為用戶提供具有競爭力的測試方案，Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當規(guī)模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用

本文實驗案例參考自知網(wǎng)論文《大功率脈沖電能源高精度測試技術研究》