CN103051316B

CN103051316B - 分布式测量中的同步触发系统

Info

Publication number: CN103051316B
Application number: CN201210531755.5A
Authority: CN
Inventors: 王文廉; 王玉; 赖富文; 张志杰
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: CN103051316A

Abstract

本发明涉及信号检测技术，具体是一种分布式测量中的同步触发系统。本发明解决了现有同步触发系统线路复杂、布线工作量大、测量节点布置灵活性差、同步精度低、以及适用范围有限的问题。分布式测量中的同步触发系统包括S/V信号转换电路、数控电流开关、电流环路、感应触发模块、以及分布式测量节点；S/V信号转换电路的信号输出端与数控电流开关的信号输入端连接；数控电流开关、感应触发模块均串接于电流环路上；感应触发模块的信号输出端与分布式测量节点的触发信号输入端连接。本发明适用于瞬态信号测量。

Description

分布式测量中的同步触发系统

技术领域

本发明涉及信号检测技术，具体是一种分布式测量中的同步触发系统。

背景技术

分布式测量系统通常由多个独立的分布式测量节点构成，其各个分布式测量节点的位置布置灵活，因而其特别适用于野外的瞬态信号测量（如瞬态压力测量、瞬态温度测量、瞬态振动测量等）。采用分布式测量系统进行瞬态信号测量的过程中，信号到达各个分布式测量节点的时刻往往不同，信号到达各个分布式测量节点的时间差可用于分析信号的传播特性和场分布特性。然而在现有分布式测量系统中，多个分布式测量节点采用各自独立的工作时钟和独立的触发信号，因而很难获得信号到达各个分布式测量节点的时间差。目前，通常采用同步触发系统来获得信号到达各个分布式测量节点的时间差，所采用的同步触发系统主要有引线同步触发系统、无线同步触发系统、GPS时钟校准系统、无线网络时间同步系统，而以上各种系统都有各自的局限性，具体如下：一、引线同步触发系统采用并联接线端子6进行并联接线，并通过引线直接将触发电信号引入各个分布式测量节点5（如图1所示），以此完成同步触发，其同步精度可达到微秒或纳秒级。但当分布式测量节点的位置改变时，需要重新计算线路的长度和接头的位置，因而造成线路复杂、布线工作量大、测量节点布置灵活性差。二、无线网络时间同步系统的同步精度仅能达到毫秒或几百微秒，因而其同步精度低，不适用于瞬态信号测量。三、GPS时钟校准系统和无线同步触发系统需要天线和无线通信，因而其不适用于特殊环境（如爆炸环境、掩体环境、无线电静默环境等）。综上所述，现有同步触发系统存在线路复杂、布线工作量大、测量节点布置灵活性差、同步精度低、以及适用范围有限的问题。为此有必要发明一种全新的同步触发系统，以解决现有同步触发系统存在的上述问题。

发明内容

本发明为了解决现有同步触发系统线路复杂、布线工作量大、测量节点布置灵活性差、同步精度低、以及适用范围有限的问题，提供了一种分布式测量中的同步触发系统。

本发明是采用如下技术方案实现的：分布式测量中的同步触发系统，包括S/V信号转换电路、数控电流开关、电流环路、感应触发模块、以及分布式测量节点；S/V信号转换电路的信号输出端与数控电流开关的信号输入端连接；数控电流开关、感应触发模块均串接于电流环路上；感应触发模块的信号输出端与分布式测量节点的触发信号输入端连接。所述S/V信号转换电路、数控电流开关、感应触发模块均为本领域技术人员容易实现的结构，可以有多种结构变形。

具体工作过程如下：S/V信号转换电路接收瞬态信号，并根据增益将接收到的瞬态信号转换为电压信号，然后将电压信号输出给数控电流开关，由此将数控电流开关打开。数控电流开关一经打开，电流环路便接通。此时，电流环路中流过瞬态电流，感应触发模块根据瞬态电流的大小输出电压信号给各个分布式测量节点，同时根据自身的触发电压阈值产生同步触发信号，并将同步触发信号输出给各个分布式测量节点，以此同步触发各个分布式测量节点，从而获得测量信号到达各个分布式测量节点的时间差。在此过程中，S/V信号转换电路可以针对不同的测量环境，接收和转换不同的瞬态信号（如断线信号、光信号、振动信号、压力信号、电磁信号等）。基于上述过程，与现有同步触发系统相比，本发明所述的分布式测量中的同步触发系统具有如下优点：一、相较于引线同步触发系统的并联接线方式，本发明所述的分布式测量中的同步触发系统采用了串行环路的接线方式（即一条电流环路串行通过各个分布式测量节点），因而其线路更简单，布线工作量更小。二、相较于引线同步触发系统的接触式触发方式，本发明所述的分布式测量中的同步触发系统采用了感应式触发方式（即各个分布式测量节点通过感应电流环路的电流变化产生同步触发信号），因而其触发点没有固定连线接头，可以随意改变各个分布式测量节点的位置，增强了测量节点的布置灵活性。三、相较于无线网络时间同步系统，本发明所述的分布式测量中的同步触发系统采用电流环路方式，各个分布式测量节点感应的触发信号大小相同，而且测量节点的数量变化不会影响电流信号的大小，因而其同步精度更高（其同步精度可达到微秒级）。四、相较于GPS时钟校准系统和无线同步触发系统，本发明所述的分布式测量中的同步触发系统不需要天线和无线通信，同时其可以接收和转换多种瞬态信号（如断线信号、光信号、振动信号、压力信号、电磁信号），因而其适用于各种特殊环境（如爆炸环境、掩体环境、无线电静默环境等），适用范围更广。

本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有同步触发系统线路复杂、布线工作量大、测量节点布置灵活性差、同步精度低、以及适用范围有限的问题，适用于瞬态信号测量。

附图说明

图1是现有引线同步触发系统的结构示意图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明的S/V信号转换电路和数控电流开关的结构示意图。

图4是本发明的感应触发模块的结构示意图。

图中：1-S/V信号转换电路，2-数控电流开关，3-电流环路，4-感应触发模块，5-分布式测量节点，6-并联接线端子；i为瞬态电流。

具体实施方式

分布式测量中的同步触发系统，包括S/V信号转换电路1、数控电流开关2、电流环路3、感应触发模块4、以及分布式测量节点5；S/V信号转换电路1的信号输出端与数控电流开关2的信号输入端连接；数控电流开关2、感应触发模块4均串接于电流环路3上；感应触发模块4的信号输出端与分布式测量节点5的触发信号输入端连接；

所述S/V信号转换电路1包括光电二极管D1、运算放大器T1、以及第一-第二电阻R1-R2；所述数控电流开关2包括固态继电器K1、电池B1、以及第三电阻R3；运算放大器T1的正输入端、光电二极管D1的正极均接地；运算放大器T1的负输入端与光电二极管D1的负极连接；运算放大器T1的输出端通过第一电阻R1与运算放大器T1的负输入端连接；固态继电器K1的正输入端与运算放大器T1的输出端连接；固态继电器K1的负输入端通过第二电阻R2通过电阻接地；固态继电器K1的两输出端、电池B1、第三电阻R3均串接于电流环路3上；工作时，光电二极管根据感应到的瞬态光信号产生微小电流，运算放大器将微小电流转换并放大为电压信号，然后将电压信号输出给固态继电器，固态继电器根据电压信号将电流环路接通。在此过程中，第一电阻的阻值决定运算放大器的增益；

所述感应触发模块4包括霍尔电流传感器S1、电压比较器T2、第四-第六电阻R4-R6；霍尔电流传感器S1的聚磁环套接于电流环路3上；电压比较器T2的正输入端与霍尔电流传感器S1的信号输出端连接，且电压比较器T2的正输入端通过第四电阻R4接地；电压比较器T2的参考电压输出端通过第五电阻R5和第六电阻R6分压后与电压比较器T2的负输入端连接；电压比较器T2的输出端作为感应触发模块4的信号输出端；工作时，霍尔电流传感器通过聚磁环检测电流环路中流过的瞬态电流，并根据瞬态电流的大小输出电压信号给电压比较器。电压比较器用于控制触发电压阈值，当正输入端的电压值大于负输入端的电压值时，电压比较器输出同步触发信号给各个分布式测量节点。在此过程中，负输入端的电压值即是触发电压阈值，其由第五电阻和第六电阻分压决定；通过将聚磁环沿电流环路滑动，可随意改变各个分布式测量节点的位置；

具体实施时，第一电阻的阻值为100kΩ-1000MΩ。第二电阻的阻值根据固态继电器的工作电流大小选择。电池的电压和第三电阻的阻值根据电流环路的瞬态电流大小选择（例如24V的电池配合24Ω的电阻可以得到1A的瞬态电流）。数控电流开关也可以采用开关功率管电路或其他不同形式的程控开关。感应触发模块也可以采用其他的接近式感应传感器和电路。

Claims

1.一种分布式测量中的同步触发系统，其特征在于：包括S/V信号转换电路（1）、数控电流开关（2）、电流环路（3）、感应触发模块（4）、以及分布式测量节点（5）；S/V信号转换电路（1）的信号输出端与数控电流开关（2）的信号输入端连接；数控电流开关（2）、感应触发模块（4）均串接于电流环路（3）上；感应触发模块（4）的信号输出端与分布式测量节点（5）的触发信号输入端连接；

所述S/V信号转换电路（1）包括光电二极管（D1）、运算放大器（T1）、以及第一-第二电阻（R1-R2）；所述数控电流开关（2）包括固态继电器（K1）、电池（B1）、以及第三电阻（R3）；运算放大器（T1）的正输入端、光电二极管（D1）的正极均接地；运算放大器（T1）的负输入端与光电二极管（D1）的负极连接；运算放大器（T1）的输出端通过第一电阻（R1）与运算放大器（T1）的负输入端连接；固态继电器（K1）的正输入端与运算放大器（T1）的输出端连接；固态继电器（K1）的负输入端通过第二电阻（R2）接地；固态继电器（K1）的两输出端、电池（B1）、第三电阻（R3）均串接于电流环路（3）上；电池（B1）的负极接固态继电器（K1）的一个输出端，电池（B1）的正极接第三电阻（R3）的一端，第三电阻（R3）的另一端接固态继电器（K1）的另一个输出端；

所述感应触发模块（4）包括霍尔电流传感器（S1）、电压比较器（T2）、第四-第六电阻（R4-R6）；霍尔电流传感器（S1）的聚磁环套接于电流环路（3）上；电压比较器（T2）的正输入端与霍尔电流传感器（S1）的信号输出端连接，且电压比较器（T2）的正输入端通过第四电阻（R4）接地；电压比较器（T2）的参考电压输出端经第六电阻（R6）后再分别接电压比较器（T2）的负输入端以及第五电阻（R5）的一端，第五电阻（R5）的另一端接地；电压比较器（T2）的输出端作为感应触发模块（4）的信号输出端。