CN103576013A - 一种能隔离强脉冲干扰的测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种能隔离强脉冲干扰的测控系统，该系统包括：压力变送器，与放电腔相连，负责放电电路对腔内气体放电时，对放电腔内的气体压力进行测量；隔离电路，与压力变送器的输出端相连，对输出的电信号进行采样，使输入和输出信号电隔离，并实现输入和输出的线性转换；采集系统，与隔离电路的输出端相连，把隔离电路输出的无干扰信号采集到计算机系统中，并通过测控软件显示出来。本发明通过对高功率脉冲放电期间，对耦合到测试信号传输线的干扰信号的隔离，有效的减少了强脉冲干扰的幅度，阻止了强脉冲干扰信号对测试系统的损害，而且能保证信号不损失，还具有构紧凑小巧，安全可靠，方便快捷等特点。

Description

一种能隔离强脉冲干扰的测控系统

技术领域

本发明涉及一种能隔离强脉冲干扰的测控系统，应用于带有脉冲电源的高能量脉冲气体激光器。

背景技术

氧碘化学激光器是目前波长最短的化学激光器，具有高能量、高效率、优良的光束质量和低损耗的光纤传输效率等特点。但随着人们对激光与物质相互作用研究的深入，高能量脉冲激光越来越受到国际的重视。在切割、靶材破坏、石油钻孔等方面的研究证实，采用合适的脉冲频率和激光能量，可以避免高能量连续波激光在物质表面引起的等离子体效应和非线性效应，穿透深度更深速度更快。连续波的高功率激光在大气传输中会产生热晕效应，激光功率越高，这种效应也就越强。热晕效应导致的结果就是激光在大气中的传输损耗增大。

如果采用参数适合（单脉冲能量、占空比等）的脉冲激光，将在很大程度上避免这种热晕效应。另外，要使单一波长的氧碘化学激光的波长具有可变性，利用受激拉曼散射效应是比较有效的方法和途径，而只有高能量的脉冲激光才能进行高效的拉曼频移,一般所需要的激光功率要在几个MW/cm2以上，此时的频移效率高达70％以上。结合工业和军事上对脉冲激光的潜在需求，脉冲模式的氧碘化学激光器即具有了连续波氧碘激光器的传统优势，又赋予了其在更多领域更多方面的应用前景,成为当前国际上高能量脉冲激光研制的一个重要方向。

美国、俄罗斯和日本等国家都进行了脉冲化氧碘激光器的研究。采用的方法机械调Q、磁调Q、增益调制（Gain－Switched）、光引发或电引发脉冲产生碘原子实现氧碘激光脉冲化。美国采用调Q或者是增益调制地问题在于残余的磁场降低了激光器的提取效率，同时也存在脉冲和连续功率比值做不高的问题，大约为15左右。俄罗斯在光引发产生碘原子进而实现COIL脉冲化方面做了大量地工作理论估计光引发脉冲氧碘激光的脉冲和连续功率比值可以做得很高，接近760的极限值，但是由于穿透等问题，放大比较困难；而且总的电效率很低，约0.16%。相比之下，电引发的脉冲氧碘激光的技术路线，电效率可以做得较高，脉冲和连续功率比值也可以做得较高。中国科学院大连化学物理研究所率先在国际上实现了放电引发的脉冲氧碘激光，使用的气体为CH3I、He和单重态氧发生器产生的气体，采取的放电方式为纵向脉冲放电，电脉冲能量为1.62J-4.5J，实现气体压力10Torr、放电重复频率20Hz下，单脉冲能量130mJ、脉宽10us的激光输出。国际上，放电引发的脉冲氧碘激光研究主要集中在俄罗斯，既有纵向的脉冲放电也有横向的脉冲放电。

伴随着放电引发的脉冲氧碘激光工作的展开。其强脉冲干扰也随之而来。申请人用利用lecroy9350示波器对耦合到压力变送器的脉冲干扰信号进行测试。发现有大约±100V的交流信号耦合到导线中，如果不对干扰信号进行抑制，就会造成对测试系统的损坏。同时在对干扰信号抑制的同时，也不能造成有用信号的损失。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种用于大功率脉冲放电干扰的测控系统，该系统既可以有效抑制强脉冲干扰，又能保证系统传输信号无损失。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种能隔离强脉冲干扰的测控系统，包括

压力变送器，与放电腔相连，负责放电电路对腔内气体放电时，对放电腔内的气体压力进行测量；

隔离电路，与压力变送器的输出端相连，对输出的电信号进行采样，使输入和输出信号电隔离，并实现输入和输出的信号的线性转换；

采集系统，与隔离电路的输出端相连，把隔离电路输出的无干扰信号采集到计算机系统中，并通过测控软件显示出来。

所述隔离电路通过运算放大器对压力变送器输出的电流进行采集。

所述隔离电路采用高线性模拟光耦，Agilent公司的HCNR200/201。

所述高线性模拟光耦的光电二极管和电阻组成的串联电路两端分别连接运算放大器的正输入端和压力变送器的负输出端；运算放大器的输出端连接三极管，三极管的发射极连接高线性模拟光耦的发光二极管和电阻的串联组合，三极管的集电极通过电阻连接压力变送器的正输出端。

所述隔离电路包括运算放大器及其负输入端和输出端之间的电阻和电容，运算放大器的负输入端和信号地之间连接高线性模拟光耦的光电二极管，对压力变送器输入的有噪声的电流信号转换成无噪声的电压信号。

所述采集系统为数据采集卡系统、单片机系统或者PLC系统。

本发明采用线性光耦隔离技术，实现对高功率脉冲放电期间，藕合到压力变送器传输线的干扰信号的隔离。该系统可以安全的用于一些需要脉冲隔离的装置，例如电引发脉冲氧碘化学激光器等。实验结果表明，具有以下优点：

1、本发明通过线性光耦隔离技术，能够有效的减少了强脉冲干扰的幅度，减少强脉冲对测试系统的损害。

2、本发明在抑制隔离的同时可以确保信号的传输的不损失。

3、本发明成功用在放电引发的脉冲氧碘激光中，结构紧凑小巧，费用低廉，安全可靠，方便快捷。

附图说明

图1为本发明的系统结构图；

图2为本发明实施例中隔离电路的电路原理图；

图3隔离系统直接接压力变送器输出的测试曲线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，一种能隔离强脉冲干扰的测控系统，用于带有脉冲电源的高能量脉冲气体激光器，其特征在于：

压力变送器4，与放电腔7相连，负责脉冲高压电源1、放电阳极2、放电阴极3等组成的放电电路对腔内气体放电时，对放电腔内的气体压力进行测量；

隔离电路5，与压力变送器4的电信号输出相连，对输出信号进行采样；并且能够实现输入和输出信号完全电隔离；并实现输入和输出的线形转换；

采集系统6与隔离电路5输出相连，把隔离电路输出的无干扰信号采集到计算机系统中，并通过测控软件显示出来。

所述的隔离系统，其特征在于：所述采样功能电路用运算放大器U1来实现。

所述的隔离系统，其特征在于：所述隔离功能采用Agilent公司的HCNR200/201实现，其最大能隔离1414V的电压。

所述的隔离系统，其特征在于：所述转换功能用运算放大器U2及匹配电阻R3，R5来实现。

所述的隔离系统，其特征在于：所述转换功能实现输入信号从4-20mA（有噪声），转换为0.8-4V的输出信号（无噪声）。

所述的隔离系统，其特征在于：所述采集系统6可为数据采集卡系统、单片机系统或者PLC系统。

本发明采用线性光耦隔离技术，通过对高功率脉冲放电期间，耦合到压力变送器传输线的干扰信号的隔离。具体操作步骤如下：

实验前准备：

打开系统电源，准备好放电气体。

实验过程：

第一步设置放电气体的流量，进入气体，对气体进行脉冲放电。

第二步气体放电后，其测试信号中耦合进入强脉冲干扰。

第三步对测试信号进行采集，并对强脉冲干扰进行隔离，隔离后的信测试曲线如图3所示。

第四步关闭脉冲电源，关闭气体，结束实验。

实施例2

压力变送器的输出信号为4-20mA电流信号，因此采用图2的方式制作电子线路板。输入端接压力变送器的输出，输出端接采集系统。选择合适的电子元件，使光耦的线性系数:

K3=K1/K2=1            (1)

这样就可以得到输出电压Vout和输入电流Iloop之间的关系：

Vout/IlooP=K3*R3*R5/(R3+R5)            (2)

申请人分别选R3和R5分别为25Ω和80KΩ，这样就把输入4-20mA电流信号线性的转化为0.8-4V电压信号

本发明通过对高功率脉冲放电期间，耦合到压力变送器传输线的干扰信号的隔离。有效的减少了强脉冲干扰的幅度，阻止了强脉冲干扰信号对测试系统的损害。而且能保证信号不损失。还具有构紧凑小巧，费用低廉，安全可靠，方便快捷等特点。

Claims (6)

1.一种能隔离强脉冲干扰的测控系统，其特征在于，包括

压力变送器（4），与放电腔（7）相连，负责放电电路对腔内气体放电时，对放电腔（7）内的气体压力进行测量；

隔离电路（5），与压力变送器（4）的输出端相连，对输出的电信号进行采样，使输入和输出信号电隔离，并实现输入和输出的信号的线性转换；

采集系统（6），与隔离电路（5）的输出端相连，把隔离电路（5）输出的无干扰信号采集到计算机系统中，并通过测控软件显示出来。

2.根据权利要求1所述的一种能隔离强脉冲干扰的测控系统，其特征在于，所述隔离电路（5）通过运算放大器（U1）对压力变送器（4）输出的电流进行采集。

3.根据权利要求2所述的一种能隔离强脉冲干扰的测控系统，其特征在于，所述隔离电路（5）采用高线性模拟光耦，Agilent公司的HCNR200/201。

4.根据权利要求3所述的一种能隔离强脉冲干扰的测控系统，其特征在于，所述高线性模拟光耦的光电二极管（PD1）和电阻（R3）组成的串联电路两端分别连接运算放大器（U1）的正输入端和压力变送器（4）的负输出端；运算放大器（U1）的输出端连接三极管（Q1），三极管（Q1）的发射极连接高线性模拟光耦的发光二极管（LED）和电阻（R4）的串联组合，三极管（Q1）的集电极通过电阻（R3）连接压力变送器（4）的正输出端。

5.根据权利要求1所述的一种能隔离强脉冲干扰的测控系统，其特征在于，所述隔离电路（5）包括运算放大器（U2）及其负输入端和输出端之间的电阻（R5）和电容（C3），运算放大器（U2）的负输入端和信号地之间连接高线性模拟光耦的光电二极管（PD2），对压力变送器（4）输入的有噪声的电流信号转换成无噪声的电压信号。

6.根据权利要求1所述的一种能隔离强脉冲干扰的测控系统，其特征在于，所述采集系统（6）为数据采集卡系统、单片机系统或者PLC系统。

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