CN116087603A - 一种电压参数的校准方法、校准装置和校准系统 - Google Patents

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刘凯龙
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Abstract

本发明实施例公开了一种电压参数的校准方法、校准装置和校准系统。该校准方法包括：获取高压脉冲电源输出的高压信号，并将高压信号转换为低压信号；对低压信号的波形进行采集和存储；调取低压信号的波形进行数据处理，得到高压信号的实测电压参数；将获取的高压信号的参考电压参数和实测电压参数进行比较，对高压脉冲电源进行电压参数校准。通过本发明，解决了相关技术中无法准确的实现对输出高压信号的高压脉冲电源进行电压参数校准的技术问题，达到了准确计算出高压信号的实测电压参数，提升电压参数校准的准确性和可靠性的技术效果。

Description

一种电压参数的校准方法、校准装置和校准系统
技术领域
本发明涉及电磁学计量校准领域，尤其涉及一种电压参数的校准方法、校准装置和校准系统。
背景技术
高压脉冲电源广泛应用于航天、航空、武器制作、医学研究、环境保护等领域，因此作为重要测试仪器设备。高压脉冲电源电压参数是否精准，通常也直接影响了负载设备的工作正常性。实际工作中需要准确获取高压脉冲电源输出电压参数特性，从而保证实现对试验负载设备的精确控制和安全运行。
高压脉冲电源电压输出信号具有电压幅度、脉冲宽度、上升时间和下降时间特性，针对高压脉冲电源的输出信号特性，需要考虑电压幅度、脉冲宽度等一系列相关参数的有效校准，采用适当的校准方法实现对高压脉冲电源参数性能的准确评估。高压脉冲电源电压输出具有信号持续时间短的瞬态特性，高压幅度输出，具有多参数特性，对校准装置要求具有高压测量、波形存储、数据分析功能。
由于高压脉冲电源电压输出信号的电压较高，不易直接测量其电压参数，现有的技术方案均无法准确的实现对输出高压信号的高压脉冲电源进行电压参数校准。
针对上述的问题，尚未提出有效地解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种电压参数的校准方法、校准装置和校准系统，以至少解决相关技术中无法准确的实现对输出高压信号的高压脉冲电源进行电压参数校准的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电压参数的校准方法，包括：获取高压脉冲电源输出的高压信号，并将所述高压信号转换为低压信号；对所述低压信号的波形进行采集和存储；调取所述低压信号的波形进行数据处理，得到所述高压信号的实测电压参数；将获取的所述高压信号的参考电压参数和所述实测电压参数进行比较，对所述高压脉冲电源进行电压参数校准。
可选地，将所述高压信号转换为低压信号，包括：将所述高压信号的电压幅度按照预设的电压衰减比进行衰减分压，得到所述低压信号。
可选地，对所述低压信号的波形进行采集和存储，包括：使用高速数据记录仪采集所述低压信号的波形，并将采集到的所述低压信号的波形存入存储介质。
可选地，所述电压参数为电压幅度，调取所述低压信号的波形进行数据处理，得到所述高压信号的实测电压参数，包括：根据所述低压信号的波形中脉冲幅度和预设的电压衰减比，计算得到所述电压幅度。
可选地，所述电压参数为脉冲宽度，调取所述低压信号的波形进行数据处理，得到所述高压信号的实测电压参数，包括：将所述低压信号的波形中脉冲幅度为50％的前沿和后沿上两点之间的时间间隔作为所述脉冲宽度。
可选地，所述电压参数为上升/下降时间，调取所述低压信号的波形进行数据处理，得到所述高压信号的实测电压参数，包括：将所述低压信号的波形中脉冲幅度从10％上升到90％所经过的时间间隔为上升时间；将所述低压信号的波形中脉冲幅度从90％下降到10％所经过的时间间隔为下降时间。
可选地，所述高压信号的脉冲宽度为1～100ms，所述高压信号的电压值为1～10kV。
根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种电压参数的校准装置，包括：高压衰减模块，用于获取高压脉冲电源输出的高压信号，并将所述高压信号转换为低压信号；采集模块，用于对所述低压信号的波形进行采集和存储；处理模块，用于调取所述低压信号的波形进行数据处理，得到所述高压信号的实测电压参数；校准模块，用于将获取的所述高压信号的参考电压参数和所述实测电压参数进行比较，对所述高压脉冲电源进行电压参数校准。
可选地，所述高压衰减模块包括：衰减分压单元，用于将所述高压信号的电压幅度按照预设的电压衰减比进行衰减分压，得到所述低压信号。
根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种电压参数的校准系统，该系统包括上述中任一项所述的电压参数的校准装置。
在本发明实施例中，采用获取高压脉冲电源输出的高压信号，并将高压信号转换为低压信号；对低压信号的波形进行采集和存储；调取低压信号的波形进行数据处理，得到高压信号的实测电压参数；将获取的高压信号的参考电压参数和实测电压参数进行比较，对高压脉冲电源进行电压参数校准。也就是说，本发明实施例将高压脉冲电源输出的高压信号转换为低压信号，并对低压信号的波形进行采集和存储，利用调取低压信号的波形进行数据处理，得到高压信号的实测电压参数，最终将获取的高压信号的参考电压参数和实测电压参数进行比较，实现对高压脉冲电源进行电压参数校准，进而解决了相关技术中无法准确的实现对输出高压信号的高压脉冲电源进行电压参数校准的技术问题，达到了准确计算出高压信号的实测电压参数，提升电压参数校准的准确性和可靠性的技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种电压参数的校准方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种电压参数的校准装置的示意图；
图3是本发明可选实施例提供一种(1～100)ms脉冲宽度的(1～10)kV高电压校准方法的流程图；
图4是本发明可选实施例提供一种脉冲高电压校准回路的示意图；
图5是本发明可选实施例提供一种(1～100)ms脉冲宽度的(1～10)kV高电压校准装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电压参数的校准方法，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1为本发明实施例提供的一种电压参数的校准方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，获取高压脉冲电源输出的高压信号，并将高压信号转换为低压信号；
上述高压信号的脉冲宽度为1～100ms；上述高压信号的电压值为1～10kV；上述高压信号为脉冲高电压，上述低压信号为脉冲低电压。
步骤S104，对低压信号的波形进行采集和存储；
步骤S106，调取低压信号的波形进行数据处理，得到高压信号的实测电压参数；
步骤S108，将获取的高压信号的参考电压参数和实测电压参数进行比较，对高压脉冲电源进行电压参数校准。
可选地，在参考电压参数和实测电压参数之间的差值小于或者等于预设阈值时，则高压脉冲电源对应的电压参数是合格的；在参考电压参数和实测电压参数之间的差值大于预设阈值时，则高压脉冲电源对应的电压参数是不合格的。上述预设阈值是根据高压脉冲电源的型号、数量和使用途径等确定。
在本发明实施例中，将高压脉冲电源输出的高压信号转换为低压信号，并对低压信号的波形进行采集和存储，利用调取低压信号的波形进行数据处理，得到高压信号的实测电压参数，最终将获取的高压信号的参考电压参数和实测电压参数进行比较，实现对高压脉冲电源进行电压参数校准，进而解决了相关技术中无法准确的实现对输出高压信号的高压脉冲电源进行电压参数校准的技术问题，达到了准确计算出高压信号的实测电压参数，提升电压参数校准的准确性和可靠性的技术效果。
需要说明的是，本发明提出的脉冲高电压计量步进包含电压幅度，而且包含了电压波形丰富的脉冲宽度、上升时间和下降时间的信息，实现了脉冲高压参数综合计量，同时保障脉冲高压电源输出电压准确性和可靠性。
在一种示例性的实施方式中，将高压信号转换为低压信号，包括：将高压信号的电压幅度按照预设的电压衰减比进行衰减分压，得到低压信号。
上述预设的电压衰减比包括但不限于1000V:1V。高压信号幅度按照1000V:1V进行衰减分压为低压信号输出，同时保持脉冲宽度及上升/下降时间波形不变。
通过上述实施方式对不易于直接校准的高压脉冲电源的电压信号转换为便于测量存储分析的低压信号。
在一种示例性的实施方式中，对低压信号的波形进行采集和存储，包括：使用高速数据记录仪采集低压信号的波形，并将采集到的低压信号的波形存入存储介质。
利用技术软件程序显示存储低压信号的波形进行调取分析计算出高压信号的电压幅度、脉冲宽度和上升/下降时间。
在一种示例性的实施方式中，电压参数为电压幅度，调取低压信号的波形进行数据处理，得到高压信号的实测电压参数，包括：根据低压信号的波形中脉冲幅度和预设的电压衰减比，计算得到电压幅度。
在一种示例性的实施方式中，电压参数为脉冲宽度，调取低压信号的波形进行数据处理，得到高压信号的实测电压参数，包括：将低压信号的波形中脉冲幅度为50％的前沿和后沿上两点之间的时间间隔作为脉冲宽度。
在一种示例性的实施方式中，电压参数为上升/下降时间，调取低压信号的波形进行数据处理，得到高压信号的实测电压参数，包括：将低压信号的波形中脉冲幅度从10％上升到90％所经过的时间间隔为上升时间；将低压信号的波形中脉冲幅度从90％下降到10％所经过的时间间隔为下降时间。
根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种电压参数的校准装置，图2为本发明实施例提供的一种电压参数的校准装置的示意图，如图2所示，该电压参数的校准装置20包括：高压衰减模块22、采集模块24、处理模块26和校准模块28。下面对该电压参数的校准装置20进行详细说明。
高压衰减模块22，用于获取高压脉冲电源输出的高压信号，并将高压信号转换为低压信号；
采集模块24，连接至上述高压衰减模块22，用于对低压信号的波形进行采集和存储；
处理模块26，连接至上述采集模块24，用于调取低压信号的波形进行数据处理，得到高压信号的实测电压参数；
校准模块28，连接至上述处理模块26，用于将获取的高压信号的参考电压参数和实测电压参数进行比较，对高压脉冲电源进行电压参数校准。
在本发明实施例中，该电压参数的校准装置20将高压脉冲电源输出的高压信号转换为低压信号，并对低压信号的波形进行采集和存储，利用调取低压信号的波形进行数据处理，得到高压信号的实测电压参数，最终将获取的高压信号的参考电压参数和实测电压参数进行比较，实现对高压脉冲电源进行电压参数校准，进而解决了相关技术中无法准确的实现对输出高压信号的高压脉冲电源进行电压参数校准的技术问题，达到了准确计算出高压信号的实测电压参数，提升电压参数校准的准确性和可靠性的技术效果。
此处需要说明的是，上述高压衰减模块22、采集模块24、处理模块26和校准模块28对应于方法实施例中的步骤S102至S108，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述方法实施例所公开的内容。
在一种示例性的实施方式中，上述高压衰减模块22包括：衰减分压单元，用于将高压信号的电压幅度按照预设的电压衰减比进行衰减分压，得到低压信号。
在一种示例性的实施方式中，上述采集模块24包括：采集单元，用于使用高速数据记录仪采集低压信号的波形，并将采集到的低压信号的波形存入存储介质。
在一种示例性的实施方式中，电压参数为电压幅度，上述处理模块26包括：第一处理单元，用于根据低压信号的波形中脉冲幅度和预设的电压衰减比，计算得到电压幅度。
在一种示例性的实施方式中，电压参数为脉冲宽度，上述处理模块26包括：第二处理单元，用于将低压信号的波形中脉冲幅度为50％的前沿和后沿上两点之间的时间间隔作为脉冲宽度。
在一种示例性的实施方式中，电压参数为上升/下降时间，上述处理模块26包括：第三处理单元，用于将低压信号的波形中脉冲幅度从10％上升到90％所经过的时间间隔为上升时间；将低压信号的波形中脉冲幅度从90％下降到10％所经过的时间间隔为下降时间。
在一种示例性的实施方式中，上述高压信号的脉冲宽度为1～100ms，上述高压信号的电压值为1～10kV。
根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种电压参数的校准系统，该系统包括上述中任一项的电压参数的校准装置20。
下面对本发明可选实施例进行详细说明。
本发明可选实施例提供一种(1～100)ms脉冲宽度的(1～10)kV高电压校准方法，包括：获取高压脉冲电源输出高压信号；将高压信号幅度按照1000V:1V进行衰减分压为低压信号；对低压信号波形进行采集存储；调取存储低压信号波形进行数据分析得到高压信号的电压参数；根据总控制信号，对待校准高压脉冲电源进行脉冲高电压参数校准。
进一步地，总控制信号为高压脉冲电源输出设置参数，包括：输出脉冲高电压幅度，输出脉冲高电压脉冲宽度。
进一步地，脉冲高电压参数为高压脉冲电源输出电压幅度、脉冲宽度、上升时间和下降时间。
图3是本发明可选实施例提供一种(1～100)ms脉冲宽度的(1～10)kV高电压校准方法的流程图，如图3所示，该方法的具体实施过程如下：
针对高压脉冲电源的脉冲高电压参数校准，使用高压衰减分压器直接获取电压幅度、脉冲宽度、上升/下降时间信号；
针对脉冲高电压信号，对不易直接测量的脉冲高压幅度信号按照1000V:1V进行衰减分压为低压信号输出，同时保持信号脉宽及上升/下降时间波形不变；
根据高速数据记录仪采集记录的分压衰减器低压波形，分析计算出脉冲高电压幅度、脉冲宽度和上升/下降时间校准值；
针对脉冲高电压幅度值，根据记录波形从信号其实稳定状态突变到另一个稳定状态的幅度，即脉冲顶值与底值之差u1(t)，则脉冲高电压幅度值U＝ku1(t)，其中，k为高压分压器电压衰减比；
针对脉冲宽度，根据记录波形中脉冲信号幅度50％处的前沿与后沿上两点间的时间间隔，即在脉冲幅度为50％的两点之间的时间T；
针对上升/下降时间，根据记录波形中脉冲幅度从10％上升到90％所经过的时间间隔为上升时间，脉冲幅度从90％下降到10％所经过的时间间隔为下降时间。
脉冲高电压校准回路是开展脉冲电压参数校准的电路。图4是本发明可选实施例提供一种脉冲高电压校准回路的示意图，如图4所示，主要包括高压脉冲电源S，它一般是储能装置；分压器Z是有高压阻抗Z1与低压阻抗Z2共同组成，主要用于将高压电源输出高压信号u(t)进行衰减为低压信号u1(t)，以便于采集模块单元测量。
高压信号u(t)的精确校准是通过具有一定固定测量阻抗的高速数据记录仪或同类设备与分压器低压阻抗Z2形成并联回路，并与高压阻抗Z1串联形成分压结构。高压信号的准确测量主要依赖于分压器与采集单元阻抗的准确性。
本发明还提供一种(1～100)ms脉冲宽度的(1～10)kV高电压校准装置，包括：高压分压模块，用于接收高压脉冲电源输出电压，同时将高压信号衰减分压为低压信号输出；低压信号高速采集模块，用于接收高压分压模块输出低压信号并实现对波形采集存储；数据分析系统，用于调取低压信号高速采集模块存储波形并进行数据分析处理。
进一步地，高压分压模块具体用于将高压信号按照一定比例进行衰减为易于测量低压信号，同时不改变高压信号的输出波形、脉冲宽度、上升时间和下降时间参数特性。
图5是本发明可选实施例提供一种(1～100)ms脉冲宽度的(1～10)kV高电压校准装置的示意图，如图5所示，该高电压校准装置500包括：
高压衰减模块501，用于针对脉冲高电压(对应于上述高压信号)的输出高压参数，使用高压分压衰减器进行测量，接收获取高压参数的电压幅度、脉冲宽度及上升/下降时间信号；
采集模块505，用于针对高压分压器衰减输出的低压信号，通过采集模块对低压参数进行采集和波形存储；
第一计算模块503，用于针对采集存储的低压信号的波形，分析计算脉冲高电压幅度，完成对脉冲高电压幅度的校准；
第二计算模块504，用于针对采集存储的低压信号的波形，分析计算脉冲高电压的脉冲宽度，完成对脉冲宽度的校准；
第三计算模块505，用于针对采集存储的低压信号的波形，分析计算脉冲高电压幅度的上升沿和下降沿，完成对上升/下降时间的校准。
在本发明的上述实施例中，通过分压衰减与高速数据记录仪的硬件方式，同时结合计算机程序产品软件，有效实现对脉冲高电压幅度、脉冲宽度和上升/下降时间参数的校准。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电压参数的校准方法，其特征在于，包括：
获取高压脉冲电源输出的高压信号，并将所述高压信号转换为低压信号；
对所述低压信号的波形进行采集和存储；
调取所述低压信号的波形进行数据处理，得到所述高压信号的实测电压参数；
将获取的所述高压信号的参考电压参数和所述实测电压参数进行比较，对所述高压脉冲电源进行电压参数校准。
2.根据权利要求1所述的电压参数的校准方法，其特征在于，将所述高压信号转换为低压信号，包括：
将所述高压信号的电压幅度按照预设的电压衰减比进行衰减分压，得到所述低压信号。
3.根据权利要求1所述的电压参数的校准方法，其特征在于，对所述低压信号的波形进行采集和存储，包括：
使用高速数据记录仪采集所述低压信号的波形，并将采集到的所述低压信号的波形存入存储介质。
4.根据权利要求1所述的电压参数的校准方法，其特征在于，所述电压参数为电压幅度，调取所述低压信号的波形进行数据处理，得到所述高压信号的实测电压参数，包括：
根据所述低压信号的波形中脉冲幅度和预设的电压衰减比，计算得到所述电压幅度。
5.根据权利要求1所述的电压参数的校准方法，其特征在于，所述电压参数为脉冲宽度，调取所述低压信号的波形进行数据处理，得到所述高压信号的实测电压参数，包括：
将所述低压信号的波形中脉冲幅度为50％的前沿和后沿上两点之间的时间间隔作为所述脉冲宽度。
6.根据权利要求1所述的电压参数的校准方法，其特征在于，所述电压参数为上升/下降时间，调取所述低压信号的波形进行数据处理，得到所述高压信号的实测电压参数，包括：
将所述低压信号的波形中脉冲幅度从10％上升到90％所经过的时间间隔为上升时间；
将所述低压信号的波形中脉冲幅度从90％下降到10％所经过的时间间隔为下降时间。
7.根据权利要求1至6任一项所述的电压参数的校准方法，其特征在于，所述高压信号的脉冲宽度为1～100ms，所述高压信号的电压值为1～10kV。
8.一种电压参数的校准装置，其特征在于，包括：
高压衰减模块，用于获取高压脉冲电源输出的高压信号，并将所述高压信号转换为低压信号；
采集模块，用于对所述低压信号的波形进行采集和存储；
处理模块，用于调取所述低压信号的波形进行数据处理，得到所述高压信号的实测电压参数；
校准模块，用于将获取的所述高压信号的参考电压参数和所述实测电压参数进行比较，对所述高压脉冲电源进行电压参数校准。
9.根据权利要求8所述的电压参数的校准装置，其特征在于，所述高压衰减模块包括：
衰减分压单元，用于将所述高压信号的电压幅度按照预设的电压衰减比进行衰减分压，得到所述低压信号。
10.一种电压参数的校准系统，其特征在于，该系统包括权利要求8至9中任一项所述的电压参数的校准装置。
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