基于FPGA的高精度频率计的设计与实现

为了实现对正弦信号频率的高精度测量,设计了一种基于FPGA的数字频率计;除测量频率外,该装置还可以测量双路方波信号的时间间隔和脉冲信号占空比.该频率计以FPGA和单片机为核心,采用“多路并行计数法”实现信号频率的高精度测量.输入信号经高频放大和比较模块转换为方波信号输入FPGA单元,经多路不同倍数分频后进行并行计数,最后由单片机选择输出精度高的一路计数值,利用换算关系得出最终的测量结果.经测试,该数字频率计可实现1 Hz～199 MHz、10 mVrms～1Vrms正弦信号的频率测量,相对误差的绝对值不大于0.0001％;100 Hz～1 MHz、50 mV～1 V同频方波的时间间隔测量,测量范围为0.1μs～100 ms,相对误差的绝对值不大于1％;50mV～1 V、1 Hz～5 MHz脉冲信号的占空比测量,相对误差的绝对值不大于1％.因此,具有测量精度高、测量频率范围宽和测量幅度范围大的特点.     

传输线脉冲发生器研制及其对电路板抗静电放电干扰的测试

为研究静电放电对电路板的干扰,利用传输线脉冲发生器提供激励脉冲,并配合测试探头,对电路板进行干扰测试,并以一单片机系统为测试对象进行干扰研究。首先,根据传输线脉冲生成原理,用同轴电缆、水银继电器及高压源设计和制作了1个传输线脉冲发生器,并将脉冲波的上升时间控制在1 ns以内;然后,分别用电场探头、磁场探头和注入探头建立了激励信号与被干扰对象之间的电场、磁场和传导耦合,通过试验观察了其耦合干扰信号,并研究了测试单片机系统的抗干扰特点。通过研究及测试得出:为保证传输线脉冲发生器的脉冲上升时间的要求,应选择快速继电器,控制好继电器与同轴电缆的连接以减少寄生参数的影响;用传输线脉冲发生器配合电场、磁场和注入探头进行测试,可以探查电路板的局部抗干扰薄弱环节;测试的单片机系统的抗干扰特点体现在:其局部区域对磁场干扰较敏感,晶振引脚和复位引脚对直接注入干扰更敏感。     

非正弦磁场测量系统的原理与设计

由于商用型高新计测量时是将信号默认为正弦波信号来处理的,当测量信号是尖脉冲、间隙梯形波等信号源时,测得的磁场值将会严重失真,造成测量数据不准确.以89S52单片机作为控制核心,以霍尔器件A1323作为磁场传感器,利用真有效值转换器AD637将非正弦波电压信号转换成正弦波电压信号,通过模-数转换器ADC0809,利用单片机将测得的电压值转换成磁场强度的数值,并将霍尔探头定标后把测得的磁场强度值显示在液晶LCD1602上,经过验证及实际使用效果良好.     

光纤瞬态磁场传感器的研究及其应用

为了对超高压变电站的开关瞬态磁场进行有效的测量，该文研制了一套光纤瞬态磁场传感器。采用单匝线圈作为磁场探头，利用光纤作为信号传输通路，解决了强电磁干扰环境内的瞬态磁场测量问题。提出了数字频率均衡方法，满足了变电站开关瞬态磁场测量对传感器的宽频带要求。实验室测试和现场应用表明，该传感器在频带宽度、测量范围、线性度和抗电磁干扰性能等方面，均可满足变电站开关瞬态磁场测量的要求。将该传感器应用于我国某500kV变电站开关操作和电抗器投切操作产生的瞬态磁场测量，取得了满意的结果。     

同时测量脉冲电场和磁场的微型探头

电磁瞬态脉冲测量的不确定因素较多,为了解决脉冲电磁场测量重复性差的问题,研制了一种能同时测量电场和磁场的微型传感器。选择双缝隙的环形天线作为传感单元,首先在CST平台上对环形天线进行建模,对其负载特性和尺寸效应进行了仿真研究,确定了最佳外形设计参数。然后设计了匹配电路和放大电路,对其系统带宽和测量灵敏度进行了验证。基于印刷电路形式的环形天线,实际制作了测量探头,并用标准场法对电场和磁场分别进行了标定,最后对碳纤维复合材料在模拟雷击时的电磁环境进行了测量。测试结果表明,探头的带宽超过100 MHz,线性度误差小于1%,电场测量的动态范围为0.1～50 kV/m,磁场测量的动态范围为0.1～170 kA/m,并且体积较小。该微型探头可以满足雷电等脉冲的电磁环境测量。     

通用多功能计数器

该通用多功能智能计数器可实现频率，周期，相位差和脉冲宽度的测量，还可产生频率为1kHz的标准方波信号，本仪器可实现5Hz-15MHz的频率测量，周期测量范围为1us-100s，相位差测量范围为1us-0.855s，脉宽范围为2us-0.131s。     

同时测量脉冲磁场和电场的仿真研究

针对脉冲电磁场的时间短、稳定性差,分别测量电场和磁场会造成准确率降低的问题。本文设计了一个同时测量脉冲磁场和电场的方案。首先利用理论知识对电场和磁场的关系进行推导,然后通过CST2020对半波对称天线进行建模,并且对天线的负载效应和尺寸效应做了仿真,来确定天线的外形。最后利用电荷灵敏放大电路对信号进行处理。仿真结果为半波对称天线的长度为15mm,负载电容为1pF和负载电阻为1MΩ,是最佳长度。电荷灵敏放大电路对信号进行处理,脉冲电流信号范围为1uA-10uA,电磁场的测量范围为线性误差在0.822%左右。仿真表明半波对称振子天线的外形参数以及电荷灵敏放大电路测试脉冲电磁场的波形能够满足要求。     

产品大世界

插入式电磁流量计 安装在电磁流量计探头中的通电线圈在管线中产生稳定的磁场,导电流体流过时,对磁场作切割运动,产生与流速成正比的电压信号,该信号可被传感器两电极检测并由变送器转换成模拟或脉冲信号,从而实现对流体流速的测量。     

换流阀内组件冲击电压分布光电测量方法的研究

根据高压换流阀中晶闸管的布置情况,设计了冲击电压测量用电阻型传感器探头的外形结构。利用静电场数值计算的优化结果,确定了该探头的外形结构尺寸,并通过1个带宽为1MHz的脉冲频率调制光纤传输系统来传输信号。对该测量系统进行了整机试验,给出了雷电冲击电压响应和操作冲击电压响应。结果显示,该系统在操作冲击下刻度因子的线性度在±0.15%内。     

基于非晶态合金的磁场传感器的研究

介绍了钴基非晶态合金带的磁特性，论述了以非晶态合金为磁芯的磁场传感器的基本结构与工作原理，对传感器检测探头及信号处理电路进行了设计，给出了传感器输出特性部分测试结果。并将非晶态合金磁场传感器与半导体磁场传感器在灵敏度、线性测量范围和温度稳定性等方面进行了比较，得出了一些结论，适合于弱磁场信号检测并具有一定的实用价值。     

用宽带模拟量光纤传输系统测量脉冲电磁场

介绍了一种在强电磁场环境中用于传输脉冲信号的宽带模拟量光纤传输系统。通过采用场效应管做前级放大与光电器件的非线性预校正,且提高级间RC耦合时间常数。该系统动态范围大,非线性失真小,带宽达到1 Hz~150 MHz,调整输入电路并配合天线能测量脉冲磁场或脉冲电场。给出了脉冲电磁场测量的耦合电路和测试实例。测试结果表明该系统很适用于宽带脉冲电磁场的测量。     

数字式无线工频电场测量仪的研制

有源电场探头在高压电场测量中应用广泛.笔者说明了球形和柱形有源电场探头的测量原理,计算了圆柱形探头对电场的畸变,并介绍了一种有源无线数字式工频电场测量系统.该系统所用的圆柱形探头尺寸小(Φ=26 mm,H=13 mm),通过2.4 GHz无线信号通讯,可在计算机或手机屏幕上直接读出被测点的场强值,并可看到被测点电场的波...     

磁场的智能数字测量系统原理和设计

介绍用霍尔效应测量磁场的原理和方法。设计了使用霍尔传感器测量磁场的硬件电路和主程序框图 ,同时详细分析了不平衡电动势的自动补偿电路和自动量程切换技术实现的方法。本智能磁场测量系统既适合测量直流磁场 ,又可测量交变磁场 ,且体积小 ,性能高 ,适用频率范围宽。     

基于瞬变电磁法的传感器设计及仿真研究

针对瞬变电磁检测技术探头开展研究。首先介绍了瞬变电磁技术原理,分析目前几种聚焦探头的优缺点,然后根据设计要求提出一种新型瞬变电磁聚焦探头结构,解决瞬变电磁探头不聚焦,能量小及设备笨重等缺点,最后通过有限元仿真验证新型聚焦探头的聚焦效果,并与传统线圈仿真结果进行对比。结果表明,新型聚焦探头使磁场的主要能量聚焦在半径小于0.3 m,比传统线圈磁场分布缩小了40%,磁感应强度B=1.499 8×10-5,比传统线圈感应强度提高了19.3%,且聚焦探头比传统线圈的磁感应强度分布梯度较大。为瞬变电磁技术探头优化设计及精确测量金属管道腐蚀量提供了有效的参考价值,也为该技术在压力管道和热力管道的扩展应用提供了依据。     

瞬态弱磁场测量系统的研究

为评估变电站内瞬态电磁干扰对保护和控制设备的影响及所用防护措施对干扰抑制的效果,须测试分析瞬态干扰,故而开发了一套频率范围0.1～100MHz,幅值范围0.005～50A/m的瞬态弱磁场测量系统,并在电磁脉冲模拟器下进行了初步标定。实验结果表明该测量系统满足瞬态弱磁场测量的要求。     

An Optoelectronic High-voltage Probe for Measuring Impulse Voltage Distribution of HVDC Converter Valve

A high-voltage optoelectronic probe is developed for measuring impulse voltage distribution along thyristor units in the HVDC converter valve. The dimension of the resistive voltage divider is optimized by means of numerical computation of electric field. A pulse frequency modulation （PFM） mode is adopted for the data transmission link because of its immunity to high-intensity electromagnetic interference. Experimental results indicate that the linearity deviation for the whole measuring system is within ± 0.15 %, and therefore it can meet requirements specified by IEC60700-1.     

电磁相关法测量传感器励磁线圈轴向长度优化设计

小管径电磁相关法流量测量传感器在石油生产测井领域有着广泛的应用前景,其中,励磁线圈的参数设计是实现该传感器关键技术问题之一。通过对传感器内部测量空间磁场进行理论与传感器测量原理分析,提出了新的磁场评价指标,并在不同流速、不同励磁线圈轴向长度的情况下进行数值仿真,应用新的磁场评价指标与传统的磁场评价指标对比分析,获得了电磁相关法流量测量传感器的励磁线圈轴向长度设计参数,并搭建实验平台进行初步实验验证,为该类传感器励磁线圈的优化设计提供了方案,加快该类测量仪器的开发进程。     

基于调制电磁脉冲场的主动电磁探测研究

在车辆检测中,主动电磁探测因其性能受环境干扰影响小而越来越受重视。但是主动电磁探测常采用连续波工作,车辆的反射信号与直耦信号叠加在一起,使得检测算法非常复杂。为了大幅度简化检测算法,提出了一种调制电磁脉冲场方法。本系统包括一个磁偶极子发射天线和一个接收线圈,发射天线持续地辐射经正弦信号调制的且极性周期性改变的脉冲信号,这样就产生了一个具有低频成分的发射电磁场。如果目标存在,在接收电磁场的脉冲间隔内,就会出现目标的涡流二次场。连续地在接收电磁场的脉冲间隔内采样并做谱,如果出现此低频成分,则表示目标存在。     

基于法拉第电磁感应法的脉冲强磁场测量方法

由大电流对负载高压放电产生的脉冲强磁场磁场强度高,随时间变化剧烈。为解决测量系统不仅要有较宽的量程,还要有很快地响应速度的问题,研究了根据法拉第电磁感应定律,通过线圈感应电动势确定磁通量的变化,进而得到磁场的强度的测量方法。从线圈各匝间的绝缘和多次测量使用考虑,采用了单匝线圈作为测量元件,并通过良好的接地和屏蔽措施提高测量系统的稳定性和抗干扰能力。将磁场测量结果与通过电流计算的理论值比较,误差很小,这验证了方案的可行性。线圈制作简单,只要解决好屏蔽问题,就可以作为一种测量强磁场的有效手段。     

A micromachined photoconductive near-field probe for picosecondpulse propagation measurement on coplanar transmission lines

For the first time, a micromachined near-field probe has been developed, based on picosecond photoconductive sampling using low-temperature-grown GaAs (LT-GaAs). By changing the direction of the probe, it is capable of scanning/mapping independent orthogonal components of free-space electric fields. The micromachined 1-μm-thick LT-GaAs epilayer substrate of the probe provides a minimal loading effect for measuring picosecond electric fields. The use of optical fibers, for guiding laser pulses to the photoconductive switch on the probe and for electrical connections, enables the probe to be positioned freely with uniform sensitivity. We have demonstrated by finite-difference time-domain simulation that the measurement process of the developed probe is dominated by the switching action of the carriers generated in the photoconductive switch of the probe. Using the probe, propagating picosecond pulse waveforms and field distribution images on coplanar transmission lines were successfully obtained. The probe measurement provides a useful understanding, which cannot be obtained from conventional external-port access test instruments, of electromagnetic phenomena related to wave propagation