CN105137205A - 电磁脉冲电场测量系统 - Google Patents

电磁脉冲电场测量系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105137205A
CN105137205A CN201510684014.4A CN201510684014A CN105137205A CN 105137205 A CN105137205 A CN 105137205A CN 201510684014 A CN201510684014 A CN 201510684014A CN 105137205 A CN105137205 A CN 105137205A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
module
electric field
data
digital conversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510684014.4A
Other languages
English (en)
Inventor
董秀成
王超
张岷涛
唐勇
古世甫
杨邱滟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xihua University
Original Assignee
Xihua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xihua University filed Critical Xihua University
Priority to CN201510684014.4A priority Critical patent/CN105137205A/zh
Publication of CN105137205A publication Critical patent/CN105137205A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

本发明涉及一种测量装置，属于电子信息领域，具体为电磁脉冲电场测量系统，单极子天线连接在信号调理模块上，信号调理模块与高速模数转换模块连接；高速模数转换模块、微控制器模块、非易失性存储模块、DDR2存储器模块分别与FPGA控制模块连接。本发明提供的电磁脉冲电场测量系统，体积小，测试所需外围部件少，测试方便，便于携带。

Description

电磁脉冲电场测量系统
技术领域
本发明涉及一种测量装置，属于电子信息领域，具体为电磁脉冲电场测量系统。
背景技术
在电磁脉冲技术和电磁脉冲效应、EMC/I测量中，要求测试设备体积小，便于在电场内部署，测试便携，然而模拟光电传输和示波器测量，需要光发射机和光接收机模块，难以实现小型化、便携式测量，不便于在电场内部任意部署，且对电场影响较大。
传统测量方案都采用模拟量光纤传输和示波器测量技术，而该技术需要光发射机和光接收机模块，难以实现小型化、便携式测量，测试现场部署不便。另外该方案所测试的数据不便于分析和存储。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种对于测量的数据可存储、回放和分析的电场测量系统，该系统更有效更灵活的测量电场信号。
具体的技术方案为：
电磁脉冲电场测量系统，包括单极子天线、信号调理模块、高速模数转换模块、FPGA控制模块、微控制器模块、非易失性存储模块、DDR2存储器模块和电源模块；
单极子天线连接在信号调理模块上，信号调理模块与高速模数转换模块连接；高速模数转换模块、微控制器模块、非易失性存储模块、DDR2存储器模块分别与FPGA控制模块连接；
单极子天线，用于感应空间电场，将电场信号转换为电压信号；
信号调理模块，将单极子天线感应输出的电压信号调理至适合高速AD采集的范围内；
高速模数转换模块：用于将信号调理模块输出的电场信号进行模拟到数字的转换；
FPGA控制模块：用于接收高速模数转换模块输出的差分信号，并将差分信号转换为单端信号，再经过双数据沿到单数据沿的转换，降速处理之后，将数据暂存至DDR2存储器模块中；当数据采集完毕后，FPGA控制模块从DDR2存储器模块中将数据读出并保存至非易失性存储模块中；
微控制器模块，管理整个系统的工作状态、功耗、实时时钟、与上位机通信、数据转移、初始化采样参数；
非易失性存储模块，用于存储电场数据；
DDR2存储器模块，用于暂存电场数据；
电源模块，为整个电磁脉冲电场测量系统提供电源。
信号调理模块包括阻抗变换和信号放大电路和单端信号转差分信号电路，阻抗变换和信号放大电路分别与单极子天线、单端信号转差分信号电路连接，单端信号转差分信号电路与高速模数转换模块连接。
阻抗变换和信号放大电路包括阻抗变换和放大电路。
FPGA控制模块包括数据接收模块、降速模块、负延时触发存储模块、数据暂存模块和数据存储模块，以上模块依次连接。
传统的电场测量系统多数采用模拟量光纤传输和示波器测量技术，难以实现小型化、便携式测量，同时，模拟电路易受温度漂移、电压漂移、噪声干扰等因素的影响，从而影响电场测量的精度和效果。本发明提供的电磁脉冲电场测量系统，对于测量的数据可存储，回放和分析，这样使得系统更有效更灵活的测量电场信号。
由于电场采集系统工作在强电磁干扰和电磁辐射的环境中，解决电磁兼容是一个复杂的问题，但是也是最重要的一个环节，为解决电磁兼容，本发明提供的电磁脉冲电场测量系统，外壳为屏蔽盒，由一整块Ф15×8cm3的铝材圆柱加工而成，内部铣出一个腔体，腔内用于放置核心电路板，用盖板盖住，使屏蔽效果更好。腔内底部开小孔，通过高频SMA插座将天线伸出外壳。屏蔽盒设计简洁，开孔少，屏蔽效果较好。
测量系统要求有较宽的频带,电磁脉冲效应测量属于时域宽频带测量,信号的带宽往往达到百兆赫兹以上。现有低速的数字式电场测量系统，对信号的采样率很低，采样率最大仅有20MSPS，严重限制了系统测量带宽，对于瞬态电场信号不能测量，从而，限制了系统的使用范围。本发明提供的电磁脉冲电场测量系统，可以采集和分析瞬态电场信号，采样率的提高，高达1.5GSPS，存储带宽高达1.6GBPS，对于采集数据的存储带宽也需相应提高，从而满足多功能高速率采集电场信号。
本发明提供的电磁脉冲电场测量系统，体积小，测试所需外围部件少，测试方便，便于携带。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的信号调理模块结构示意图；
图3是本发明的阻抗变换和信号放大电路；
图4是本发明的FPGA控制模块结构示意图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，电磁脉冲电场测量系统，包括单极子天线1、信号调理模块2、高速模数转换模块3、FPGA控制模块4、微控制器模块5、非易失性存储模块6、DDR2存储器模块7和电源模块8；
单极子天线1连接在信号调理模块2上，信号调理模块2与高速模数转换模块3连接；高速模数转换模块3、微控制器模块5、非易失性存储模块6、DDR2存储器模块7分别与FPGA控制模块4连接；
单极子天线1，用于感应空间电场，将电场信号转换为电压信号；
信号调理模块2，将单极子天线1感应输出的电压信号调理至适合高速AD采集的范围内；
高速模数转换模块3：用于将信号调理模块2输出的电场信号进行模拟到数字的转换；
FPGA控制模块4：用于接收高速模数转换模块3输出的差分信号，并将差分信号转换为单端信号，再经过双数据沿到单数据沿的转换，降速处理之后，将数据暂存至DDR2存储器模块7中；当数据采集完毕后，FPGA控制模块4从DDR2存储器模块7中将数据读出并保存至非易失性存储模块6中；
微控制器模块5，管理整个系统的工作状态、功耗、实时时钟、与上位机通信、数据转移、初始化采样参数；
非易失性存储模块6，用于存储电场数据；
DDR2存储器模块7，用于暂存电场数据；
电源模块8，为整个电磁脉冲电场测量系统提供电源。
微控制器模块5选用飞思卡尔公司生产的以ARMCortexTM-M4为内核的单片机MK60DN512，其片内USB模块支持USB1.0和USB2.0协议，最高传输速率可达480Mbps，其主要用于管理整个系统的工作状态、USB通信以及功耗管理。FPGA控制模块4用Xilinx公司Spartan-6系列的XC6SLX100。DDR2存储器模块7用MT47H128M8，其容量为128MB，本系统所设计的数据暂存存储空间为256MB。非易失性存储模块6选用MT29F4G08，其容量为4GB。高速模数转换模块3选用TI公司生产的ADC08D1520，它是一种双通道，低功耗高性能的COMS模数转换器，8位数字量化，单通道采样率最高可达1.5Gsps。XC6SLX100具有丰富的片内资源，通过片内的存储器控制模块将采集的数据暂存至DDR2存储器模块7中。待一次数据采集完成后，FPGA控制模块4再将数据转存至非易失性存储模块6中。然而，在低采样率的应用中，可将采得数据直接存至非易失性存储模块6中。现场数据采集工作完成后，上位机软件通过USB总线获取非易失性存储模块6中的电场数据，并进行波形数据显示、分析、保存等操作。同时，上位机可通过USB总线设置系统采样率、采样长度、测量量程等关键参数。
如图2所示，信号调理模块2包括阻抗变换和信号放大电路21和单端信号转差分信号电路22，阻抗变换和信号放大电路21分别与单极子天线1、单端信号转差分信号电路22连接，单端信号转差分信号电路22与高速模数转换模块3连接。
阻抗变换和信号放大电路21包括阻抗变换和放大电路。阻抗变换和信号放大电路21主要包括阻抗变换和放大电路。要测量瞬态电场信号的原始波形以及提高系统的低频响应特性，前端天线的等效负载阻抗应尽可能高。另外，该采集系统的高频响应特性主要由所选运算放大器的性能参数决定，低频响应特性主要由天线的负载即运算放大器的输入阻抗决定。因此，在该模块电路的设计中，选用了高输入阻抗，低输入电容以及高宽带的运算放大器作阻抗变换和放大器，所选用的运算放大器为ADI公司生产的AD8000。
阻抗变换和信号放大电路21理图设计如图3所示，图中滑动变阻器电阻RP1主要用于调整运算放大器的输入端的偏置电流。电阻R96和R98用于调整运算放大器的放大倍数，放大器的放大倍数主要根据天线输出的信号幅度和高速AD可输入的信号幅度调整，这样有利于最大程度地提高系统的测量范围。
电磁脉冲电场测量系统以FPGA控制模块4为核心采集高速AD输出的数据，数据采集模块包括多个子模块，主要包括数据接收模块、降速模块、负延时触发存储模块、数据暂存模块以及数据存储模块，FPGA控制模块4的结构框图如图4所示。

Claims (3)

1.电磁脉冲电场测量系统，其特征在于：包括单极子天线(1)、信号调理模块(2)、高速模数转换模块(3)、FPGA控制模块(4)、微控制器模块(5)、非易失性存储模块(6)、DDR2存储器模块(7)和电源模块(8)；
单极子天线(1)连接在信号调理模块(2)上，信号调理模块(2)与高速模数转换模块(3)连接；高速模数转换模块(3)、微控制器模块(5)、非易失性存储模块(6)、DDR2存储器模块(7)分别与FPGA控制模块(4)连接；
单极子天线(1)，用于感应空间电场，将电场信号转换为电压信号；
信号调理模块(2)，将单极子天线(1)感应输出的电压信号调理至适合高速AD采集的范围内；
高速模数转换模块(3)：用于将信号调理模块(2)输出的电场信号进行模拟到数字的转换；
FPGA控制模块(4)：用于接收高速模数转换模块(3)输出的差分信号，并将差分信号转换为单端信号，再经过双数据沿到单数据沿的转换，降速处理之后，将数据暂存至DDR2存储器模块(7)中；当数据采集完毕后，FPGA控制模块(4)从DDR2存储器模块(7)中将数据读出并保存至非易失性存储模块(6)中；
微控制器模块(5)，管理整个系统的工作状态、功耗、实时时钟、与上位机通信、数据转移、初始化采样参数；
非易失性存储模块(6)，用于存储电场数据；
DDR2存储器模块(7)，用于暂存电场数据；
电源模块(8)，为整个电磁脉冲电场测量系统提供电源。
2.根据权利要求1所述的电磁脉冲电场测量系统，其特征在于：所述的信号调理模块(2)包括阻抗变换和信号放大电路(21)和单端信号转差分信号电路(22)，阻抗变换和信号放大电路(21)分别与单极子天线(1)、单端信号转差分信号电路(22)连接，单端信号转差分信号电路(22)与高速模数转换模块(3)连接。
3.根据权利要求2所述的电磁脉冲电场测量系统，其特征在于：所述的阻抗变换和信号放大电路(21)包括阻抗变换和放大电路。
CN201510684014.4A 2015-10-20 2015-10-20 电磁脉冲电场测量系统 Pending CN105137205A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510684014.4A CN105137205A (zh) 2015-10-20 2015-10-20 电磁脉冲电场测量系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510684014.4A CN105137205A (zh) 2015-10-20 2015-10-20 电磁脉冲电场测量系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105137205A true CN105137205A (zh) 2015-12-09

Family

ID=54722621

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510684014.4A Pending CN105137205A (zh) 2015-10-20 2015-10-20 电磁脉冲电场测量系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105137205A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106066428A (zh) * 2016-05-26 2016-11-02 兰州空间技术物理研究所 一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置
CN106199224A (zh) * 2016-09-13 2016-12-07 西华大学 一种电场测量装置
CN106645987A (zh) * 2016-11-30 2017-05-10 中国电力科学研究院 一种用于对瞬态地面电场进行测量的系统及方法
CN107817375A (zh) * 2017-10-30 2018-03-20 中国舰船研究设计中心 同轴电缆线内电磁脉冲耦合电压测试装置
CN108562799A (zh) * 2018-04-17 2018-09-21 西北核技术研究所 一种电磁脉冲效应参数自动测试系统
CN113009278A (zh) * 2021-03-05 2021-06-22 西华大学 一种基于故障行波时间检测的配电网故障定位方法
CN114137321A (zh) * 2021-11-30 2022-03-04 北京理工大学 一种电磁脉冲电场测试系统

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101358897A (zh) * 2008-08-08 2009-02-04 重庆交通科研设计院 桥梁结构影响线无线遥测自动测试装置
CN101539599A (zh) * 2009-04-14 2009-09-23 国网电力科学研究院 数字式雷电探测方法及其装置
CN201974906U (zh) * 2011-03-11 2011-09-14 苏科峰 金属屏蔽壳体设备的无线防盗报警系统
CN102645658A (zh) * 2011-02-17 2012-08-22 上海航鼎电子科技发展有限公司 全内置gps、gsm车辆追踪器
JP2013178123A (ja) * 2012-02-28 2013-09-09 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 電磁波応答測定装置
EP2679987A1 (en) * 2012-06-28 2014-01-01 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Inspecting device and inspecting method
CN203535499U (zh) * 2013-10-23 2014-04-09 北京必创科技有限公司 无线双向模拟量信号控制装置及封装结构、流量控制系统
CN103762426A (zh) * 2014-01-06 2014-04-30 深圳市维力谷无线技术有限公司 一种宽频带高精度卫星定位终端天线
CN203941242U (zh) * 2014-06-20 2014-11-12 建德市梅城高频电磁仪器厂 一种数字电场测量仪
CN104168442A (zh) * 2013-05-17 2014-11-26 上海航鼎电子科技发展有限公司 基于摄像头的施工升降机监控装置及监控方法
CN104316780A (zh) * 2014-09-30 2015-01-28 国家电网公司 用于电磁脉冲测量的电场传感器
CN104977478A (zh) * 2015-07-24 2015-10-14 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 一种数字化闪电电场变化信号测量系统及其测量方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101358897A (zh) * 2008-08-08 2009-02-04 重庆交通科研设计院 桥梁结构影响线无线遥测自动测试装置
CN101539599A (zh) * 2009-04-14 2009-09-23 国网电力科学研究院 数字式雷电探测方法及其装置
CN102645658A (zh) * 2011-02-17 2012-08-22 上海航鼎电子科技发展有限公司 全内置gps、gsm车辆追踪器
CN201974906U (zh) * 2011-03-11 2011-09-14 苏科峰 金属屏蔽壳体设备的无线防盗报警系统
JP2013178123A (ja) * 2012-02-28 2013-09-09 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 電磁波応答測定装置
EP2679987A1 (en) * 2012-06-28 2014-01-01 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Inspecting device and inspecting method
CN104168442A (zh) * 2013-05-17 2014-11-26 上海航鼎电子科技发展有限公司 基于摄像头的施工升降机监控装置及监控方法
CN203535499U (zh) * 2013-10-23 2014-04-09 北京必创科技有限公司 无线双向模拟量信号控制装置及封装结构、流量控制系统
CN103762426A (zh) * 2014-01-06 2014-04-30 深圳市维力谷无线技术有限公司 一种宽频带高精度卫星定位终端天线
CN203941242U (zh) * 2014-06-20 2014-11-12 建德市梅城高频电磁仪器厂 一种数字电场测量仪
CN104316780A (zh) * 2014-09-30 2015-01-28 国家电网公司 用于电磁脉冲测量的电场传感器
CN104977478A (zh) * 2015-07-24 2015-10-14 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 一种数字化闪电电场变化信号测量系统及其测量方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106066428A (zh) * 2016-05-26 2016-11-02 兰州空间技术物理研究所 一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置
CN106199224A (zh) * 2016-09-13 2016-12-07 西华大学 一种电场测量装置
CN106199224B (zh) * 2016-09-13 2023-05-09 西华大学 一种电场测量装置
CN106645987A (zh) * 2016-11-30 2017-05-10 中国电力科学研究院 一种用于对瞬态地面电场进行测量的系统及方法
CN107817375A (zh) * 2017-10-30 2018-03-20 中国舰船研究设计中心 同轴电缆线内电磁脉冲耦合电压测试装置
CN108562799A (zh) * 2018-04-17 2018-09-21 西北核技术研究所 一种电磁脉冲效应参数自动测试系统
CN113009278A (zh) * 2021-03-05 2021-06-22 西华大学 一种基于故障行波时间检测的配电网故障定位方法
CN113009278B (zh) * 2021-03-05 2023-09-19 西华大学 一种基于故障行波时间检测的配电网故障定位方法
CN114137321A (zh) * 2021-11-30 2022-03-04 北京理工大学 一种电磁脉冲电场测试系统
CN114137321B (zh) * 2021-11-30 2022-07-29 北京理工大学 一种电磁脉冲电场测试系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105137205A (zh) 电磁脉冲电场测量系统
CN102339324A (zh) 一种基于硬件实现的高速数据采集卡
CN104237905A (zh) 北斗检测仪
CN105699724B (zh) 远程混合域模拟量测量仪
CN103823122B (zh) 小型脉冲电场磁场一体化测量装置
CN202306538U (zh) 基于硬件实现的高速数据采集卡
CN205123711U (zh) 一种模数转换芯片量产测试电路
CN205427170U (zh) 用于检测局部放电检测仪的检测系统
CN204065246U (zh) 一种三维电场测试装置
CN202815120U (zh) 一种电能质量分析仪中的电能质量采集系统
CN104300941A (zh) 一种核脉冲处理电路
CN107733466B (zh) 基于宽带电力线载波通信测试的信号源装置
CN204166055U (zh) 用于电磁脉冲测量的电场传感器
CN106772116B (zh) 一种用于宇航卫星二次电源的自动测试系统
CN201698207U (zh) 基于fpga的模拟量采集模块
CN104111372A (zh) 一种基于数字量传输的变频电量的分析装置
CN204101158U (zh) 智能电子秤
CN203037755U (zh) 一种可编程智能网络电力仪表
CN104133921A (zh) 一种嵌入式计算机数据采集设备及其采集方法
CN103762984A (zh) 一种非通讯式远距离模拟量采集装置
CN104506255A (zh) 一种用电信息采集无线通信装置射频性能测试系统
CN205249239U (zh) 无干扰发射接收设备测试系统
CN204028226U (zh) 一种频谱分析仪
CN211047226U (zh) 麦克风抗射频干扰能力测试装置
CN203191546U (zh) 一种tvlf探水雷达发射机发射信号测量装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20151209