CN109188332A - 一种直流电压畸变频谱发生装置及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种直流电压畸变频谱发生装置及工作方法，涉及一种飞机高压直流供电特性测试系统校准装置的直流电压畸变频谱信号发生装置及工作方法，属于电学测量技术领域。本发明公开的一种直流电压畸变频谱发生装置用于生成直流电压畸变频谱校准信号，包括主控计算机、任意波发生模块、高速高精度A/D模块、宽带功率放大模块、宽带分压模块。本发明还公开基于所述的一种直流电压畸变频谱发生装置实现的一种直流电压畸变频谱发生装置的工作方法。本发明用于实现飞机高压直流供电特性测试系统直流电压畸变频谱的校准，经过加窗和短时傅里叶变换得到实际输出信号中畸变频谱各频点的幅值，有效地保证输出信号的准确度，使直流电压畸变频谱溯源至基本量。

Description

一种直流电压畸变频谱发生装置及工作方法
技术领域
本发明涉及一种直流电压畸变频发生装置及工作方法，特别涉及一种飞机高压直流供电特性测试系统校准装置的直流电压畸变频谱信号发生装置及工作方法，属于电学测量技术领域。
背景技术
飞机系统故障和负荷变化都将导致飞机供电系统电压和电流的瞬态变化，直接引起供电系统品质的变化，对电压和电流参数进行实时准确的记录与分析是解决系统故障的前提。为此，国内如南京航空航天大学、西北工业大学、115厂等单位也在早几年前就已开始这方面的预先研究，115厂甚至已经研制成功270V直流发电机样机，并将在经过技术改进后应用到具体型号上。有关主机厂、所进口或自制了飞机电气参数测试系统用于发电机试验台和电网试验台。飞机电气参数测试系统是用于测试飞机供电系统中直流电压、电流等动、静态参数特性以及分析供电品质的综合测试系统，具有采集速率高、数据量大、精度准确、通道数多、使用方便、直接套用供电标准限制曲线、所看即所得等特点。
对于上述这些测试设备，目前有的作为专用特殊设备进行处理，经负责人批准准予使用，没有进行校准；还有的是依据现有的JJF1048-1995《数据采集系统校准规范》进行校准，校准条件与使用条件不一致，校准结果不能反映测试结果的全貌。因此迫切要求建立飞机高压直流供电特性测试系统校准装置以保证量值溯源的准确和统一。
本发明涉及的直流电压畸变频谱发生装置为上述校准装置的一部分，负责直流电压畸变频谱校准信号的生成。目前市场上较为成熟的技术，如日本掬水电源生成直流电压畸变频谱信号的方案是通过加法器的方式将交流信号直接叠加到直流信号上，该方法的只能产生20kHz的畸变信号，且并不能准确得到输出端的畸变信号的幅度。
发明内容
本发明公开的一种直流电压畸变频谱发生装置及工作方法要解决的技术问题是：提供一种直流电压畸变频谱校准信号的发生装置及工作方法，用于实现飞机高压直流供电特性测试系统直流电压畸变频谱的校准，将飞机高压直流供电特性测试系统直流电压畸变频谱参数溯源至基本量。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明公开的一种直流电压畸变频谱发生装置用于生成直流电压畸变频谱校准信号，包括主控计算机、任意波发生模块、高速高精度A/D模块、宽带功率放大模块、宽带分压模块。
所述直流电压畸变频谱信号是指一组不同频率和幅度的正弦波信号的合成信号。
所述主控计算机用于运行校准程序。
所述校准程序用于生成直流电压畸变频谱信号的波形序列，控制任意波发生模块、高速高精度A/D模块自动运行，完成数据的处理和分析。
所述任意波发生模块用于根据上述波形序列生成模拟波形。
所述宽带功率放大模块用于将任意波发生模块生成的模拟波形放大至所需幅度并偏置至所需直流电位，输出直流电压畸变频谱校准信号。
所述宽带分压模块用于对输出的直流电压畸变频谱校准信号进行分压，以适应高速高精度A/D模块的输入电压范围。
所述高速高精度A/D模块用于对输出后的校准信号进行采集并反馈至所述校准程序。
校准程序由波形序列输出单元和信号采集与分析单元组成；主控计算机通过校准程序的波形输出单元输出直流电压畸变频谱的波形序列并控制任意波发生模块根据波形序列输出模拟波形；任意波发生模块的输出与宽带功率放大模块的输入相连；宽带功率放大模块将模拟波形放大并偏置至所需直流电位，输出的直流电压畸变频谱校准信号分别传输至被测设备和宽带分压模块；宽带分压模块的输出与高速高精度A/D模块的输入相连；主控计算机通过校准程序的信号采集与分析单元控制高速高精度A/D模块采集经宽带分压模块衰减后的反馈数据，最后分析得到输出信号的标准值。
本发明公开的一种直流电压畸变频谱发生装置的工作方法，包括如下步骤：
步骤一，所述主控计算机运行所述校准程序，生成直流电压畸变频谱信号的波形序列并传递至任意波发生模块。
步骤二，所述任意波发生模块按照步骤一所述波形序列生成模拟波形并传递至所述宽带功率放大模块，宽带功率放大模块增益不够时可设置任意波发生模块的增益，使最终的输出校准信号幅度满足要求。
步骤三，所述宽带功率放大模块将所述模拟波形放大至所需幅度并偏置至所需直流电位，输出直流电压畸变频谱校准信号。
步骤四，所述宽带分压模块将直流电压畸变频谱校准信号衰减至所述高速高精度A/D模块的输入电压范围内，所述高速高精度A/D模块对直流电压畸变频谱校准信号进行采集并反馈至校准程序。
步骤五，所述校准程序对采集到的数据进行加窗处理和短时傅立叶变换分析，将得到的各个频点的幅度值作为输出的标准值，保证输出的校准信号精度满足要求。
有益效果：
1、本发明公开的一种直流电压畸变频谱发生装置及工作方法，将生成的畸变频谱校准信号经宽带分压模块和采集模块采集后反馈至主控计算机，经过加窗和短时傅里叶变换可以得到实际输出信号中畸变频谱各频点的幅值，能够有效地保证输出信号的准确度，使直流电压畸变频谱溯源至基本量。
2、本发明公开的一种直流电压畸变频谱发生装置及工作方法，用于实现飞机高压直流供电特性测试系统直流电压畸变频谱的校准，将飞机高压直流供电特性测试系统直流电压畸变频谱参数溯源至基本量。
附图说明
图1表明整个直流电压畸变频谱发生装置的组成结构。
图2表明GJB5189-2003《飞机供电特性参数测试方法》规定的270V直流电压畸变频谱的频谱图。
图3表明校准程序波形序列输出单元的主界面。
图4表明校准程序采集单元，叠加了畸变频谱(畸变的频点和幅值如图2所示)的270V直流电压信号经过宽带分压模块(分压比约为38.75:1)分压后由高速高精度A/D模块(16位，10MHz带宽)进行采集得到的波形的时域和频域如图4所示。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
下面以270V高压直流电压畸变频谱发生装置为例进行说明。其结构示意图如图1所示，由图中可以看出，本实施例公开的一种直流电压畸变频谱发生装置，由主控计算机、任意波发生模块、高速高精度A/D模块、宽带功率放大模块、宽带分压模块和校准程序构成。校准程序由波形序列输出单元和信号采集与分析单元组成；主控计算机通过校准程序的波形输出单元输出直流电压畸变频谱的波形序列并控制任意波发生模块根据波形序列输出模拟波形；任意波发生模块的输出与宽带功率放大模块的输入相连；宽带功率放大模块将模拟波形放大并偏置至所需直流电位，输出的直流电压畸变频谱校准信号分别传输至被测设备和宽带分压模块；宽带分压模块的输出与高速高精度A/D模块的输入相连；主控计算机通过校准程序的信号采集与分析单元控制高速高精度A/D模块采集经宽带分压模块衰减后的反馈数据，最后分析得到输出信号的标准值。
所述主控计算机用于运行校准程序。
所述校准程序用于生成直流电压畸变频谱信号的波形序列，控制任意波发生模块、高速高精度A/D模块自动运行，完成数据的处理和分析。
所述任意波发生模块用于根据上述波形序列生成模拟波形。
所述宽带功率放大模块用于将任意波发生模块生成的模拟波形放大至所需幅度并偏置至所需直流电位，输出直流电压畸变频谱校准信号。
所述宽带分压模块用于对输出的直流电压畸变频谱校准信号进行分压，以适应高速高精度A/D模块的输入电压范围。
所述高速高精度A/D模块用于对输出后的校准信号进行采集并反馈至所述校准程序。
本实施例公开的一种直流电压畸变频谱发生装置的工作方法，具体实现步骤如下：
步骤一，所述主控计算机运行所述校准程序的波形序列输出单元，生成270V直流电压畸变频谱信号(如图2所示)的波形序列并传递至任意波发生模块，波形序列输出单元的主界面如图3所示，由于所述任意波发生模块的输入端口只接受幅度介于-1和1之间的数据，因此所述波形序列输出单元输出的波形幅度为实际波形序列幅度的四十分之一，图3所示输出信号的时域波形为波形序列输出单元输出的信号。
步骤二，所述任意波发生模块按照步骤一所述波形序列生成模拟波形并传递至所述宽带功率放大模块，由图2可知，畸变频谱中最高频率为500kHz，因此，根据采样定理可知，理论上所述任意波发生模块的采样率大于或等于1MHz即可，此处设置任意波发生模块的采样率为10MHz，采样点数为10M；由于上述波形序列输出单元输出的信号幅度与实际信号幅度相差40倍，因此，在步骤二和步骤三中分两次将输出信号幅度还原，由于所述任意波发生模块的输出信号幅度有限制，因此，此处设置所述任意波发生模块的增益为4。
步骤三，步骤二中已经将信号幅度放大4倍，因此，本步骤中将所述宽带功率放大模块的增益设置为10，将所述模拟波形放大至所需幅度并设置偏置电压至270V，最终，输出270V高压直流畸变频谱校准信号。
步骤四，所述宽带分压模块将直流电压畸变频谱校准信号衰减至所述高速高精度A/D模块的输入电压范围(-10V～10V)内，所述主控计算机运行校准程序的信号采集与分析单元控制所述高速高精度A/D模块对270V高压直流畸变频谱校准信号进行采集，图4所示信号采集与分析单元界中的“采集到的波形”处显示的为采集到的信号的时域波形。
步骤五，所述校准程序的信号采集与分析单元对采集到的数据加布莱克曼窗处理和短时傅立叶变换分析，图4所示信号采集与分析单元界中的“波形的频谱显示”显示的为信号的频域波形，“波形各频点幅值”表格中的三行数据分别显示的是输出信号的频率成分、幅度有效值和幅度峰峰值，将本步骤中得到的各个频点的幅度值作为输出的标准值，保证输出的校准信号精度满足要求。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种直流电压畸变频谱发生装置，其特征在于：用于生成直流电压畸变频谱校准信号，包括主控计算机、任意波发生模块、高速高精度A/D模块、宽带功率放大模块、宽带分压模块；
所述直流电压畸变频谱信号是指一组不同频率和幅度的正弦波信号的合成信号；
所述主控计算机用于运行校准程序；
所述校准程序用于生成直流电压畸变频谱信号的波形序列，控制任意波发生模块、高速高精度A/D模块自动运行，完成数据的处理和分析；
所述任意波发生模块用于根据上述波形序列生成模拟波形；
所述宽带功率放大模块用于将任意波发生模块生成的模拟波形放大至所需幅度并偏置至所需直流电位，输出直流电压畸变频谱校准信号；
所述宽带分压模块用于对输出的直流电压畸变频谱校准信号进行分压，以适应高速高精度A/D模块的输入电压范围；
所述高速高精度A/D模块用于对输出后的校准信号进行采集并反馈至所述校准程序。
2.如权利要求1所述的一种直流电压畸变频谱发生装置，其特征在于：校准程序由波形序列输出单元和信号采集与分析单元组成；主控计算机通过校准程序的波形输出单元输出直流电压畸变频谱的波形序列并控制任意波发生模块根据波形序列输出模拟波形；任意波发生模块的输出与宽带功率放大模块的输入相连；宽带功率放大模块将模拟波形放大并偏置至所需直流电位，输出的直流电压畸变频谱校准信号分别传输至被测设备和宽带分压模块；宽带分压模块的输出与高速高精度A/D模块的输入相连；主控计算机通过校准程序的信号采集与分析单元控制高速高精度A/D模块采集经宽带分压模块衰减后的反馈数据，最后分析得到输出信号的标准值。
3.一种直流电压畸变频谱发生装置的工作方法，基于如权利要求1或2所述的一种直流电压畸变频谱发生装置实现，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一，所述主控计算机运行所述校准程序，生成直流电压畸变频谱信号的波形序列并传递至任意波发生模块；
步骤二，所述任意波发生模块按照步骤一所述波形序列生成模拟波形并传递至所述宽带功率放大模块，宽带功率放大模块增益不够时可设置任意波发生模块的增益，使最终的输出校准信号幅度满足要求；
步骤三，所述宽带功率放大模块将所述模拟波形放大至所需幅度并偏置至所需直流电位，输出直流电压畸变频谱校准信号；
步骤四，所述宽带分压模块将直流电压畸变频谱校准信号衰减至所述高速高精度A/D模块的输入电压范围内，所述高速高精度A/D模块对直流电压畸变频谱校准信号进行采集并反馈至校准程序；
步骤五，所述校准程序对采集到的数据进行加窗处理和短时傅立叶变换分析，将得到的各个频点的幅度值作为输出的标准值，保证输出的校准信号精度满足要求。
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