CN117490759A - 一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及同步时延测量技术领域，具体涉及一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量方法，包括以下步骤：通过强制触发按钮触发示波器A，使示波器A在Trigger out_A出口产生TTL触发信号TA，将触发信号TA分别送至示波器A的采集通道CH1A、示波器B的采集通道CH1B；示波器A采集通道CH1A记录各通道波形；示波器B触发，Trigger out_B口产生一个TTL触发信号TB；将触发信号TB分别传送至示波器A采集通道CH4A、高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统；示波器A将两路信号记录同时计算各时间差。本发明，更准确测量同步时延；不额外购置专业测量校准设备，仅增加一台示波器，且该示波器不需要过高性能。

Description

一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量方法
技术领域
本发明涉及同步时延测量技术领域，尤其涉及一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量方法。
背景技术
长空气间隙放电物理过程的实验观测研究是揭示长间隙放电机制和建立放电分析模型的基础，现有多物理量观测系统实现了对施加电压、放电电流、放电温度、空间电场和光学形态等参数的观测，整个过程需要测量的物理量较多，不同设备的固有响应时间和配置的信号线缆长度均有所不同，因此触发信号到达各设备的时延并不相同，长空气间隙放电的发展过程速度快(几十微秒)，如何将多物理量测量结果在时间上同步是整个数据处理过程中的重要一环。
现有方法多使用单台示波器分别测量各设备触发时延再进行数据同步，该方法虽然接线简单，逻辑上也易于理解，但该测量方法未考虑到示波器接收到触发信号再发出同步信号的设备自身延迟，特别是示波器性能不佳时，该延迟时间可能达微秒级，在后期将多物理量同步时忽略此部分时延将对结果产生较大影响，甚至得出错误的实验观测结论。
发明内容
基于上述目的，本发明提供了一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量方法。
一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量方法，包括高速相机信号触发系统和高电位电流测量触发系统，还包括：
示波器A，配置为产生外施电压波形，并且包括一个Trigger out_A出口，所述示波器A的信号采集通道包括CH1A、CH2A、CH3A以及CH4A；
示波器B，配置为接收来自示波器A的信号，并且包括一个Trigger out_B出口，所述示波器B的信号采集通道包括CH1B；
至少一个三通接头，与示波器A的Trigger out_A出口相接，所述三通接头的其中一路信号通过同轴电缆与CH1B连接，另一路信号经短同轴电缆接至CH1A；
至少一个四通接头，与示波器B的Trigger out_B出口相接，所述四通接头的其中两路信号经短同轴电缆分别接至高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统，另一路信号经短同轴电缆接至CH4A，且高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统的TTL触发信号输出端经短同轴电缆分别接至CH2A、CH3A。
进一步的，所述示波器A作为时延测量示波器，且示波器A使用其模拟分压器产生外施电压波形。
进一步的，所述三通接头、四通接头均为BNC接口。
进一步的，所述示波器A的模式设置为单次触发模式，并且信号采集通道CH1A为触发通道；所述示波器B的模式设置为单次触发模式，并且信号采集通道CH1B为触发通道。
进一步的，所述短同轴电缆线为RG316高频同轴电缆，阻抗为50Ω，传输实验为4.7ns/m。
一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量方法，包括以下步骤：
S1：通过强制触发按钮触发示波器A，使示波器A在Trigger out_A出口产生TTL触发信号TA，
S2：通过三通接头，将触发信号TA一路送至示波器A的采集通道CH1A，一路送至示波器B的采集通道CH1B；
S3：示波器A采集通道CH1A接收到触发信号TA后各通道开始记录各通道波形；
S4：示波器B采集通道CH1B接收触发信号TA后，示波器B被触发，Triggerout_B口产生一个TTL触发信号TB，
S5：通过四通接头将触发信号TB分别传送至示波器A采集通道CH4A、高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统；
S6：高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统的接受到信号TB后，生成TTL触发信号TC1、TC2，经短同轴电缆分别传送至示波器A采集通道CH2A、CH3A，示波器A将两路信号记录同时计算各时间差
进一步的，所述各时间差的计算具体如下：
通道CH1A记录信号触发时刻为定义零时刻，设为t0，
通道CH2A记录高速相机信号触发系统与t0时间差:T1＝ΔtV+ΔtT+Δtc，
通道CH3A记录高电位电流测量触发系统与t0时间差:T2＝ΔtV+ΔtT+Δti，
通道CH4A记录示波器B触发和输出信号与t0时间差:T0＝ΔtV+ΔtT
其中，T1、T2即为对应的多物理量测量系统在同步时的精确时延，该精确时延包括实验过程中的所有设备和线缆时延；T0为示波器动作时延。
进一步的，示波器动作时延T0是与实验中投入电压的上升率无关的固定值，更换实验场地时重新校正分压器不同长度同轴电缆线带来的时延差。
本发明的有益效果：
本发明，考虑到整个过程中的所有设备时延，更准确测量同步时延；不额外购置专业测量校准设备，仅增加一台示波器，且该示波器不需要过高性能；
本发明，可在单次测试中同时获取到示波器的动作时延、高速相机信号触发系统和高电位电流测量触发系统等设备时延，减少实验次数，降低示波器输出信号时间波动带来的额外误差；
本发明，时延测量结果与实际投入电压的上升率无关，更换实验场地时仅需要重新校正分压器不同长度同轴电缆线带来的时延差，不必重新测量整个系统时延。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的测量方法示意图；
图2为本发明实施例的各设备设备接线示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
考虑到高校实验室通常配置的实验仪器，本发明的一种在现有测量方法的基础上仅增加一台示波器，优化接线方法，即采用两台示波器的多物理量同步时延测量方法，该方法可在单次测量过程中将实验用示波器动作时延和多物理量测量设备(光学、电学等)时延同时测量出来，得到修正示波器时延影响后的测量结果，这是一种布置简单且精准的多物理量同步时延测量方法。
如图2所示，一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量装置，包括高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统、示波器A、示波器B、BNC三通接头、BNC四通接头；
示波器A作为时延测量示波器，并使用其模拟分压器产生外施电压波形，其Trigger out_A(示波器输出信号，示波器A)出口接一只BNC口三通接头(根据实际电缆接头形式确定)，一路信号经实际实验使用分压器至示波器之间的同轴电缆与示波器B的触发通道CH1B(信号采集通道)相接，另一路信号经短同轴电缆接至示波器A自身通道CH1A；示波器B(实际实验测量使用)Trigger out_B出口接一只BNC口四通接头(根据实际同步测量设备数量选用)，其中两路信号经短同轴电缆分别接至高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统，第三路信号经短同轴电缆接至示波器A通道CH4A；最后将高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统的TTL触发信号输出端经短同轴电缆分别接至示波器A通道CH2A、CH3A；
短同轴电缆线为RG316高频同轴电缆，阻抗为50Ω，传输实验为4.7ns/m，在后期实验中可根据线缆实际使用长度再次修正测量时延。
示波器设置工作模式如下：
示波器A设置：单次触发模式(Single)，信号采集通道CH1A为触发通道；
示波器B设置：单次触发模式(Single)，信号采集通道CH1B为触发通道。
如图1所示，一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量方法，包括以下步骤：
1.手动点击示波器A强制触发按钮，使示波器A在Trigger out_A出口产生TTL触发信号TA；
2.通过三通接头，将触发信号TA一路送至示波器A的采集通道CH1A，一路送至示波器B的采集通道CH1B；
3.示波器A采集通道CH1A接收到触发信号TA后各通道开始记录各通道波形；
4.示波器B采集通道CH1B接收触发信号TA后，示波器B被触发，Triggerout_B口产生一个TTL触发信号TB；
5.通过四通接头将触发信号TB分别传送至示波器A采集通道CH4A、高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统；
6.高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统的接受到信号TB后，生成TTL触发信号TC1、TC2，经短同轴电缆分别传送至示波器A采集通道CH2A、CH3A，示波器A将两路信号记录。
示波器A中各通道采集时延数据如下：
通道CH1A记录信号触发时刻为定义零时刻，即t0，
通道CH2A记录高速相机信号触发系统与t0时间差:T1＝ΔtV+ΔtT+Δtc，
通道CH3A记录高电位电流测量触发系统与t0时间差:T2＝ΔtV+ΔtT+Δti，
通道CH4A记录示波器B触发和输出信号与t0时间差:T0＝ΔtV+ΔtT
T1、T2即为对应的多物理量测量系统在同步时的精确时延，该时延包含了实验过程中的所有设备和线缆时延；T0为示波器动作时延，与实际投入电压的上升率无关，更换实验场地时仅需要重新校正分压器不同长度同轴电缆线带来的时延差，不必重新测量整个系统时延。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明旨在涵盖落入权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (8)

1.一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量装置，其特征在于，包括高速相机信号触发系统和高电位电流测量触发系统，还包括：
示波器A，配置为产生外施电压波形，并且包括一个Trigger out_A出口，所述示波器A的信号采集通道包括CH1A、CH2A、CH3A以及CH4A；
示波器B，配置为接收来自示波器A的信号，并且包括一个Trigger out_B出口，所述示波器B的信号采集通道包括CH1B；
至少一个三通接头，与示波器A的Trigger out_A出口相接，所述三通接头的其中一路信号通过同轴电缆与CH1B连接，另一路信号经短同轴电缆接至CH1A；
至少一个四通接头，与示波器B的Trigger out_B出口相接，所述四通接头的其中两路信号经短同轴电缆分别接至高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统，另一路信号经短同轴电缆接至CH4A，且高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统的TTL触发信号输出端经短同轴电缆分别接至CH2A、CH3A。
2.根据权利要求1所述的一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量装置，其特征在于，所述示波器A作为时延测量示波器，且示波器A使用其模拟分压器产生外施电压波形。
3.根据权利要求2所述的一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量装置，其特征在于，所述三通接头、四通接头均为BNC接口。
4.根据权利要求3所述的一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量装置，其特征在于，所述示波器A的模式设置为单次触发模式，并且信号采集通道CH1A为触发通道；所述示波器B的模式设置为单次触发模式，并且信号采集通道CH1B为触发通道。
5.根据权利要求4所述的一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量装置，其特征在于，所述短同轴电缆线为RG316高频同轴电缆，阻抗为50Ω，传输实验为4.7ns/m。
6.一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过强制触发按钮触发示波器A，使示波器A在Trigger out_A出口产生TTL触发信号TA，
S2：通过三通接头，将触发信号TA一路送至示波器A的采集通道CH1A，一路送至示波器B的采集通道CH1B；
S3：示波器A采集通道CH1A接收到触发信号TA后各通道开始记录各通道波形；
S4：示波器B采集通道CH1B接收触发信号TA后，示波器B被触发，Trigger out_B口产生一个TTL触发信号TB，
S5：通过四通接头将触发信号TB分别传送至示波器A采集通道CH4A、高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统；
S6：高速相机信号触发系统、高电位电流测量触发系统的接受到信号TB后，生成TTL触发信号TC1、TC2，经短同轴电缆分别传送至示波器A采集通道CH2A、CH3A，示波器A将两路信号记录同时计算各时间差。
7.根据权利要求6所述的一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量方法，其特征在于，所述各时间差的计算具体如下：
通道CH1A记录信号触发时刻为定义零时刻，设为t0，
通道CH2A记录高速相机信号触发系统与t0时间差:T1＝ΔtV+ΔtT+Δtc，
通道CH3A记录高电位电流测量触发系统与t0时间差:T2＝ΔtV+ΔtT+Δti，
通道CH4A记录示波器B触发和输出信号与t0时间差:T0＝ΔtV+ΔtT
其中，T1、T2即为对应的多物理量测量系统在同步时的精确时延，该精确时延包括实验过程中的所有设备和线缆时延；T0为示波器动作时延。
8.根据权利要求7所述的一种长空气间隙放电多物理量同步时延测量方法，其特征在于，示波器动作时延T0是与实验中投入电压的上升率无关的固定值，更换实验场地时重新校正分压器不同长度同轴电缆线带来的时延差。
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