CN114690102A - 一种时变电流产生装置、参数校准系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种时变电流产生装置、参数校准系统与方法，解决现有技术中时变电流信号无法校准的问题。校准系统包括计算机、任意波形发生器、跨导放大器以及上位机，采用任意波形发生器和跨导放大器作为主标准器，任意波形发生器生成任意可调的时变电压信号，时变电压信号接入跨导放大器，通过设置跨导放大器转化系数将电压信号实时转化成不同大小的电流信号，完成时变电压参数向时变电流参数的转化，最终实现半实物仿真系统测量装置时变电流参数的校准。

Description

一种时变电流产生装置、参数校准系统与方法

技术领域

本发明涉及一种时变电流产生装置、参数校准系统与方法。

背景技术

在火箭发动机研制、生产和试验过程中，为降低研制成本，缩短研制周期，研究人员专门研制开发了发动机半实物仿真系统。半实物仿真系统不仅可以模拟动力系统的电磁阀动态特性，包括开启时间、关断时间、响应时间、电流曲线；还可以模拟指令执行器，对控制系统、极性检测系统的工作可靠性予以检测，对控制系统的时序进行测试，确保时序准确无误；同时还可以模拟多路直流电压信号输出，用于代替真实的温度传感器、压力传感器等传感器输出信号。为保证半实物仿真系统的可靠性及性能，可采用西安航天计量测试研究所研制的半实物仿真系统测量装置对半实物仿真系统的时变电流参数进行测量，在此之前，需要对半实物仿真系统测量装置进行校准。

半实物仿真系统测量装置在校准时通常使用标准源法，但是现有的方法使用的主标准器为多功能源，其不能产生时变电流信号，无法对半实物仿真系统测量装置时变电流参数进行校准。

发明内容

为了实现该类半实物仿真系统测量装置时变电流参数的校准，本发明提供一种时变电流产生装置、参数校准系统及方法。本发明采用任意波形发生器和跨导放大器作为主标准器，任意波形发生器生成任意可调的时变电压信号，时变电压信号接入跨导放大器，通过设置跨导放大器转化系数将电压信号实时转化成不同大小的电流信号，完成时变电压参数向时变电流参数的转化，最终实现半实物仿真系统测量装置时变电流参数的校准，解决了现有技术中时变电流信号无法校准的问题。

本发明的技术解决方案是提供一种时变电流产生装置，其特殊之处在于：包括计算机、任意波形发生器及跨导放大器，计算机包括存储器与处理器，储存器内存储波形控制程序，该波形控制程序被处理器执行时，根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，控制任意波形发生器输出电压幅值为V₀，上升时间为t₀的时变电压信号；其中V_o与t₀根据下述公式获得：

I_m＝kV_o (1)

t_r＝0.8t₀ (2)

式中，k为跨导放大器将电压值转化为电流值的系数；

任意波形发生器用于根据计算机发送的控制指令输出时变电压信号，该时变电压的电压幅值为V_o，上升时间值为t₀；

跨导放大器用于将任意波形发生器输出的时变电压信号转化成时变电流信号。

进一步地，波形控制程序调用任意波形发生器自带的库函数，通过库函数设置时变电压波形，同时根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，使得任意波形发生器输出电压幅值为V_o、上升时间为t₀的时变电压信号。

进一步地，任意波形发生器采用NI的板卡，型号为PXI-5441任意波形发生器；跨导放大器采用Clarke hess公司型号为8100的跨导放大器。

本发明还提供一种基于上述时变电流产生装置的时变电流产生方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤一：系统上电；

步骤二：计算机根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，控制任意波形发生器输出电压幅值为V₀，上升时间为t₀的时变电压信号；其中V_o与t₀根据下述公式获得：

I_m＝kV_o (1)

t_r＝0.8t₀ (2)

式中，k为跨导放大器将电压值转化为电流值的系数；

步骤三：任意波形发生器根据计算机发送的控制指令输出时变电压信号，该时变电压的电压幅值为V_o，上升时间值为t₀；

步骤四：跨导放大器将任意波形发生器输出的时变电压信号转化成时变电流信号。

本发明还提供一种时变电流参数校准系统，其特殊之处在于：包括计算机、任意波形发生器、跨导放大器以及上位机；

计算机包括存储器与处理器，储存器内存储波形控制程序，该波形控制程序被处理器执行时，根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，控制任意波形发生器输出电压幅值为V₀，上升时间为t₀的时变电压信号；其中V_o与t₀根据下述公式获得：

I_m＝kV_o (1)

t_r＝0.8t₀ (2)

式中，k为跨导放大器将电压值转化为电流值的系数；

任意波形发生器用于根据计算机发送的控制指令输出时变电压信号，该时变电压的电压幅值为V_o，上升时间值为t₀；

跨导放大器用于将任意波形发生器输出的时变电压信号转化成时变电流信号；

被校准的半实物仿真系统测量装置采集目标时变电流信号，并将采集得到的目标时变电流信号发送到上位机；

上位机用于分析被校准的半实物仿真系统测量装置采集的目标时变电流信号的电流幅值I_测与上升时间值t_测；并分别比较I_m与I_测、t_r与t_测，获得校准系数，实现校准。

进一步地，波形控制程序调用任意波形发生器自带的库函数，通过库函数设置时变电压波形，同时根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，使得任意波形发生器输出电压幅值为V_o、上升时间为t₀的时变电压信号。

进一步地，任意波形发生器采用NI的板卡，型号为PXI-5441任意波形发生器。跨导放大器采用Clarke hess公司型号为8100的跨导放大器。

本发明还提供一种利用上述的系统实现时变电流参数校准方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤一：系统上电；

步骤二：计算机根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，控制任意波形发生器输出电压幅值为V₀，上升时间为t₀的时变电压信号；其中V_o与t₀根据下述公式获得：

I_m＝kV_o (1)

t_r＝0.8t₀ (2)

式中，k为跨导放大器将电压值转化为电流值的系数；

步骤三：任意波形发生器根据计算机发送的控制指令输出时变电压信号，该时变电压的电压幅值为V_o，上升时间值为t₀；

步骤四：设置跨导放大器转化系数，跨导放大器将任意波形发生器输出的时变电压信号转化成时变电流信号；

步骤五：被校准的半实物仿真系统测量装置采集目标时变电流信号，并将采集得到的目标时变电流信号发送到上位机；

步骤六：上位机分析被校准的半实物仿真系统测量装置采集的目标时变电流信号的电流幅值I_测与上升时间值t_测；并分别比较I_m与I_测、t_r与t_测，获得校准系数，实现校准。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过计算机控制任意波形发生器生成任意可调上升时间t_r和电压幅值V_m的时变电压波形，然后通过设置跨导放大器的放大系数将时变电压信号转化为时变电流信号后提供给半实物仿真系统测量装置进行测量。将计算得到的标准上升时间t_r和标准电流幅值I_m与半实物仿真系统测量装置测量值进行比较，实现半实物仿真系统测量装置时变电流参数的校准，解决了现有技术中时变电流信号无法校准的问题。

2、本发明采用高精度的任意波形发生器和跨导放大器，使得该系统具有较高的测量精度；

3、本发明通过跨导放大器将时变电压转化成时变电流后给半实物仿真系统测量装置进行测量，由于跨导放大器有多个放大量程，故其时变电流测量范围大，覆盖的量程广；

4、本发明结构简单，仅需任意波形发生器和跨导放大器即可实现时变电压参数校准，且可行、有效，具有推广价值。

附图说明

图1为实施例中时变电流产生装置框图；

图2为实施例中时变电流校准系统框图；

图3为实施例中任意波形发生器程序流程图；

图4为实施例中标准时变电流波形图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本实施例时变电流产生装置包括计算机、任意波形发生器及跨导放大器，任意波形发生器采用NI的板卡，型号为PXI-5441任意波形发生器；跨导放大器采用Clarke hess公司型号为8100的跨导放大器。计算机输出连接至任意波形发生器，任意波形发生器输出连接跨导放大器。计算机包括存储器与处理器，储存器内存储波形控制程序，该波形控制程序被处理器执行时，调用任意波形发生器自带的库函数，通过库函数设置时变电压波形，同时根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，使得任意波形发生器输出电压幅值为V_o、上升时间为t₀的时变电压信号。其中V_o与t₀根据下述公式获得：

I_m＝kV_o (1)

t_r＝0.8t₀ (2)

式中，k为跨导放大器将电压值转化为电流值的系数；

任意波形发生器根据计算机发送的控制指令输出时变电压信号，该时变电压的电压幅值为V_o，上升时间值为t₀；跨导放大器将任意波形发生器输出的时变电压信号转化成时变电流信号。

从图2可以看出，本实施例的时变电流参数校准系统主要包括计算机、任意波形发生器、跨导放大器和上位机；计算机输出连接至任意波形发生器，任意波形发生器输出连接跨导放大器；跨导放大器输出接入被校半实物仿真系统测量装置；被校半实物仿真系统测量装置与上位机连接。本实施例任意波形发生器采用NI的板卡，型号为PXI-5441任意波形发生器。跨导放大器采用Clarke hess公司型号为8100的跨导放大器。

本实施例计算机包括存储器与处理器，储存器内存储波形控制程序，该波形控制程序调用任意波形发生器自带的库函数，通过库函数设置时变电压波形，同时根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，使得任意波形发生器输出电压幅值为V_o、上升时间为t₀的时变电压信号。其中V_o与t₀根据下述公式获得：

I_m＝kV_o (1)

t_r＝0.8t₀ (2)

式中，k为跨导放大器将电压值转化为电流值的系数。

函数库为任意波形发生器装置自带的一些生成各种波形的函数控件，控制指令为通过对函数库的调用使缓存区中按二进制存放的各种波形组成我们所需要的时变电压波形序列，具体为调用Arbitrary waveform(任意波形)，设置其signal(信号特征)、Frequency(频率)、pulse duration(脉冲宽度)、duty cycle(占空比)，使其电压值从0V增加到V_o的阶跃时间为t₀，然后保持一段时间后电压降至0V，就这样生成一个波形。触发方式选择Continuous(连续)，使得输出连续波形。

各设备连接完毕并上电后，计算机发送控制指令至任意波形发生器，控制任意波形发生器输出电压幅值为V_o，上升时间为t₀的时变电压信号；任意波形发生器输出上升时间为t₀，电压幅值为V_o的时变电压信号；然后经过跨导放大器将任意波形发生器输出的时变电压信号转化成时变电流信号；跨导放大器具有多个量程和转化系数，可以将时变电压信号转化不同电流幅值大小的时变电流信号。时变电流信号输入待校准半实物仿真系统测量装置，测量装置接入上位机，通过上位机分析得出时变电压的上升时间值t_测和电流幅值I_测。将t_测和I_测与标准上升时间值t_r和标准电压幅值I_m进行比较，最终将I_测、t_测与I_m、t_r计算得到校准值。

其中任意波形发生器提供的时变电压幅值为0V～4V，跨导放大器经过将时变电压信号转化成时变电流信号后电流幅值为0A～100A；输出的时变电压和时变电流上升时间为0～200s。

从图3可以看出，本实施例通过配置时变波形参数使任意波形发生器生成上升时间值为t₀和电压幅值为V_o的时变电压波形；通过在波形发生器上设置单个输出或者连续输出调整时变电压输出方式。

从图4可以看出，本实施例标准时变电流上升时间值t_r等于电压值从0.1倍最大幅值到0.9倍最大幅值上升时所用的时间。

Claims (8)

1.一种时变电流产生装置，其特征在于：包括计算机、任意波形发生器及跨导放大器；计算机包括存储器与处理器，储存器内存储波形控制程序，该波形控制程序被处理器执行时，根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，控制任意波形发生器输出电压幅值为V₀，上升时间值为t₀的时变电压信号；其中V_o与t₀根据下述公式获得：

I_m＝kV_o (1)

t_r＝0.8t₀ (2)

式中，k为跨导放大器将电压值转化为电流值的系数；

任意波形发生器用于根据计算机发送的控制指令输出时变电压信号，该时变电压的电压幅值为V_o，上升时间值为t₀；

跨导放大器用于将任意波形发生器输出的时变电压信号转化成时变电流信号。

2.根据权利要求1所述的时变电流产生装置，其特征在于：波形控制程序调用任意波形发生器自带的库函数，通过库函数设置时变电压波形，同时根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，使得任意波形发生器输出电压幅值为V_o、上升时间值为t₀的时变电压信号。

3.根据权利要求1或2所述的时变电流产生装置，其特征在于：任意波形发生器采用NI的板卡，型号为PXI-5441任意波形发生器；跨导放大器采用Clarke hess公司型号为8100的跨导放大器。

4.一种基于权利要求1-3任一所述时变电流产生装置的时变电流产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：系统上电；

步骤二：计算机根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，控制任意波形发生器输出电压幅值为V₀，上升时间值为t₀的时变电压信号；其中V_o与t₀根据下述公式获得：

I_m＝kV_o (1)

t_r＝0.8t₀ (2)

式中，k为跨导放大器将电压值转化为电流值的系数；

步骤三：任意波形发生器根据计算机发送的控制指令输出时变电压信号，该时变电压的电压幅值为V_o，上升时间值为t₀；

步骤四：跨导放大器将任意波形发生器输出的时变电压信号转化成时变电流信号。

5.一种时变电流参数校准系统，其特征在于：包括计算机、任意波形发生器、跨导放大器以及上位机；

计算机包括存储器与处理器，储存器内存储波形控制程序，该波形控制程序被处理器执行时，根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，控制任意波形发生器输出电压幅值为V₀，上升时间值为t₀的时变电压信号；其中V_o与t₀根据下述公式获得：

I_m＝kV_o (1)

t_r＝0.8t₀ (2)

式中，k为跨导放大器将电压值转化为电流值的系数；

任意波形发生器用于根据计算机发送的控制指令输出时变电压信号，该时变电压的电压幅值为V_o，上升时间值为t₀；

跨导放大器用于将任意波形发生器输出的时变电压信号转化成时变电流信号；

被校准的半实物仿真系统测量装置采集目标时变电流信号，并将采集得到的目标时变电流信号发送到上位机；

上位机用于分析被校准的半实物仿真系统测量装置采集的目标时变电流信号的电流幅值I_测与上升时间值t_测；并分别比较I_m与I_测、t_r与t_测，获得校准系数，实现校准。

6.根据权利要求5所述的时变电流参数校准系统，其特征在于：波形控制程序调用任意波形发生器自带的库函数，通过库函数设置时变电压波形，同时根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，使得任意波形发生器输出电压幅值为V_o、上升时间为t₀的时变电压信号。

7.根据权利要求5或6所述的时变电流参数校准系统，其特征在于：任意波形发生器采用NI的板卡，型号为PXI-5441任意波形发生器；跨导放大器采用Clarke hess公司型号为8100的跨导放大器。

8.一种利用权利要求5-7任一所述系统实现时变电流参数校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：系统上电；

步骤二：计算机根据目标时变电流信号的标准电流幅值I_m、标准上升时间值t_r及跨导放大器将电压值转化为电流值的系数k，发送控制指令至任意波形发生器，控制任意波形发生器输出电压幅值为V₀，上升时间为t₀的时变电压信号；其中V_o与t₀根据下述公式获得：

I_m＝kV_o (1)

t_r＝0.8t₀ (2)

式中，k为跨导放大器将电压值转化为电流值的系数；

步骤三：任意波形发生器根据计算机发送的控制指令输出时变电压信号，该时变电压的电压幅值为V_o，上升时间值为t₀；

步骤四：设置跨导放大器转化系数，跨导放大器将任意波形发生器输出的时变电压信号转化成时变电流信号；

步骤五：被校准的半实物仿真系统测量装置采集目标时变电流信号，并将采集得到的目标时变电流信号发送到上位机；

步骤六：上位机分析被校准的半实物仿真系统测量装置采集的目标时变电流信号的电流幅值I_测与上升时间值t_测；并分别比较I_m与I_测、t_r与t_测，获得校准系数，实现校准。

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