一種能隔離強脈衝幹擾的測控系統的製作方法

2023-06-17 17:38:11 1

一種能隔離強脈衝幹擾的測控系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種能隔離強脈衝幹擾的測控系統，該系統包括：壓力變送器，與放電腔相連，負責放電電路對腔內氣體放電時，對放電腔內的氣體壓力進行測量；隔離電路，與壓力變送器的輸出端相連，對輸出的電信號進行採樣，使輸入和輸出信號電隔離，並實現輸入和輸出的線性轉換；採集系統，與隔離電路的輸出端相連，把隔離電路輸出的無幹擾信號採集到計算機系統中，並通過測控軟體顯示出來。本發明通過對高功率脈衝放電期間，對耦合到測試信號傳輸線的幹擾信號的隔離，有效的減少了強脈衝幹擾的幅度，阻止了強脈衝幹擾信號對測試系統的損害，而且能保證信號不損失，還具有構緊湊小巧，安全可靠，方便快捷等特點。
【專利說明】一種能隔離強脈衝幹擾的測控系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種能隔離強脈衝幹擾的測控系統，應用於帶有脈衝電源的高能量脈衝氣體雷射器。
【背景技術】
[0002]氧碘化學雷射器是目前波長最短的化學雷射器，具有高能量、高效率、優良的光束質量和低損耗的光纖傳輸效率等特點。但隨著人們對雷射與物質相互作用研究的深入，高能量脈衝雷射越來越受到國際的重視。在切割、靶材破壞、石油鑽孔等方面的研究證實，採用合適的脈衝頻率和雷射能量，可以避免高能量連續波雷射在物質表面引起的等離子體效應和非線性效應，穿透深度更深速度更快。連續波的高功率雷射在大氣傳輸中會產生熱暈效應，雷射功率越高，這種效應也就越強。熱暈效應導致的結果就是雷射在大氣中的傳輸損耗增大。
[0003]如果採用參數適合(單脈衝能量、佔空比等)的脈衝雷射，將在很大程度上避免這種熱暈效應。另外，要使單一波長的氧碘化學雷射的波長具有可變性，利用受激拉曼散射效應是比較有效的方法和途徑，而只有高能量的脈衝雷射才能進行高效的拉曼頻移，一般所需要的雷射功率要在幾個MW/cm2以上，此時的頻移效率高達70%以上。結合工業和軍事上對脈衝雷射的潛在需求，脈衝模式的氧碘化學雷射器即具有了連續波氧碘雷射器的傳統優勢，又賦予了其在更多領域更多方面的應用前景，成為當前國際上高能量脈衝雷射研製的一個重要方向。
[0004]美國、俄羅斯和日本等國家都進行了脈衝化氧碘雷射器的研究。採用的方法機械調Q、磁調Q、增益調製(Gain — Switched)、光引發或電引發脈衝產生碘原子實現氧碘雷射脈衝化。美國採用調Q或者是增益調製地問題在於殘餘的磁場降低了雷射器的提取效率，同時也存在脈衝和連續功率比值做不高的問題，大約為15左右。俄羅斯在光引發產生碘原子進而實現COIL脈衝化方面做了大量地工作理論估計光引發脈衝氧碘雷射的脈衝和連續功率比值可以做得很高，接近760的極限值，但是由於穿透等問題，放大比較困難；而且總的電效率很低，約0.16%。相比之下，電引發的脈衝氧碘雷射的技術路線，電效率可以做得較高，脈衝和連續功率比值也可以做得較高。中國科學院大連化學物理研究所率先在國際上實現了放電引發的脈衝氧碘雷射，使用的氣體為CH31、He和單重態氧發生器產生的氣體，米取的放電方式為縱向脈衝放電，電脈衝能量為1.62J-4.5J,實現氣體壓力lOTorr、放電重複頻率20Hz下，單脈衝能量130mJ、脈寬IOus的雷射輸出。國際上，放電引發的脈衝氧碘雷射研究主要集中在俄羅斯，既有縱向的脈衝放電也有橫向的脈衝放電。
[0005]伴隨著放電引發的脈衝氧碘雷射工作的展開。其強脈衝幹擾也隨之而來。 申請人:用利用lecrOy9350示波器對耦合到壓力變送器的脈衝幹擾信號進行測試。發現有大約± 100V的交流信號耦合到導線中，如果不對幹擾信號進行抑制，就會造成對測試系統的損壞。同時在對幹擾信號抑制的同時，也不能造成有用信號的損失。
【發明內容】

[0006]針對現有技術存在的上述不足之處，本發明要解決的技術問題是提供一種用於大 功率脈衝放電幹擾的測控系統，該系統既可以有效抑制強脈衝幹擾，又能保證系統傳輸信 號無損失。
[0007]本發明為實現上述目的所採用的技術方案是:一種能隔離強脈衝幹擾的測控系 統，包括
[0008]壓力變送器，與放電腔相連，負責放電電路對腔內氣體放電時，對放電腔內的氣體 壓力進行測量；
[0009]隔離電路,與壓力變送器的輸出端相連,對輸出的電信號進行米樣，使輸入和輸出 信號電隔離，並實現輸入和輸出的信號的線性轉換；
[0010]採集系統，與隔離電路的輸出端相連，把隔離電路輸出的無幹擾信號採集到計算 機系統中，並通過測控軟體顯示出來。
[0011 ] 所述隔離電路通過運算放大器對壓力變送器輸出的電流進行採集。
[0012]所述隔離電路採用高線性模擬光耦，Agilent公司的HCNR200/201。
[0013]所述高線性模擬光耦的光電二極體和電阻組成的串聯電路兩端分別連接運算放 大器的正輸入端和壓力變送器的負輸出端；運算放大器的輸出端連接三極體，三極體的發 射極連接高線性模擬光耦的發光二極體和電阻的串聯組合，三極體的集電極通過電阻連接 壓力變送器的正輸出端。
[0014]所述隔離電路包括運算放大器及其負輸入端和輸出端之間的電阻和電容，運算放 大器的負輸入端和信號地之間連接高線性模擬光耦的光電二極體，對壓力變送器輸入的有 噪聲的電流信號轉換成無噪聲的電壓信號。
[0015]所述米集系統為數據米集卡系統、單片機系統或者PLC系統。
[0016]本發明採用線性光耦隔離技術，實現對高功率脈衝放電期間，藕合到壓力變送器 傳輸線的幹擾信號的隔離。該系統可以安全的用於一些需要脈衝隔離的裝置，例如電引發 脈衝氧碘化學雷射器等。實驗結果表明，具有以下優點:
[0017]1、本發明通過線性光耦隔離技術，能夠有效的減少了強脈衝幹擾的幅度，減少強 脈衝對測試系統的損害。
[0018]2、本發明在抑制隔離的同時可以確保信號的傳輸的不損失。
[0019]3、本發明成功用在放電引發的脈衝氧碘雷射中，結構緊湊小巧，費用低廉，安全可 靠，方便快捷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發明的系統結構圖；
[0021]圖2為本發明實施例中隔離電路的電路原理圖；
[0022]圖3隔離系統直接接壓力變送器輸出的測試曲線。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖及實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0024]實施例1[0025]如圖1所示，一種能隔離強脈衝幹擾的測控系統，用於帶有脈衝電源的高能量脈衝氣體雷射器，其特徵在於:
[0026]壓力變送器4，與放電腔7相連，負責脈衝高壓電源1、放電陽極2、放電陰極3等組成的放電電路對腔內氣體放電時，對放電腔內的氣體壓力進行測量；
[0027]隔離電路5，與壓力變送器4的電信號輸出相連，對輸出信號進行採樣；並且能夠實現輸入和輸出信號完全電隔離；並實現輸入和輸出的線形轉換；[0028]採集系統6與隔離電路5輸出相連，把隔離電路輸出的無幹擾信號採集到計算機系統中，並通過測控軟體顯示出來。
[0029]所述的隔離系統，其特徵在於:所述採樣功能電路用運算放大器Ul來實現。
[0030]所述的隔離系統，其特徵在於:所述隔離功能採用Agilent公司的HCNR200/201實現，其最大能隔離1414V的電壓。
[0031]所述的隔離系統，其特徵在於:所述轉換功能用運算放大器U2及匹配電阻R3，R5來實現。
[0032]所述的隔離系統，其特徵在於:所述轉換功能實現輸入信號從4-20mA(有噪聲)，轉換為0.8-4V的輸出信號(無噪聲)。
[0033]所述的隔離系統，其特徵在於:所述採集系統6可為數據採集卡系統、單片機系統或者PLC系統。
[0034]本發明採用線性光耦隔離技術，通過對高功率脈衝放電期間，耦合到壓力變送器傳輸線的幹擾信號的隔離。具體操作步驟如下:
[0035]實驗前準備:
[0036]打開系統電源，準備好放電氣體。
[0037]實驗過程:
[0038]第一步設置放電氣體的流量，進入氣體，對氣體進行脈衝放電。
[0039]第二步氣體放電後，其測試信號中耦合進入強脈衝幹擾。
[0040]第三步對測試信號進行採集，並對強脈衝幹擾進行隔離，隔離後的信測試曲線如圖3所示。
[0041]第四步關閉脈衝電源，關閉氣體，結束實驗。
[0042]實施例2
[0043]壓力變送器的輸出信號為4_20mA電流信號，因此採用圖2的方式製作電子線路板。輸入端接壓力變送器的輸出，輸出端接採集系統。選擇合適的電子元件，使光耦的線性係數:
[0044]K3=K1/K2=1(I)
[0045]這樣就可以得到輸出電壓Vout和輸入電流Iloop之間的關係:
[0046]Vout/IlooP=K3*R3*R5/(R3+R5)(2)
[0047] 申請人:分別選R3和R5分別為25 Ω和80K Ω，這樣就把輸入4_20mA電流信號線性的轉化為0.8-4V電壓信號
[0048]本發明通過對高功率脈衝放電期間，耦合到壓力變送器傳輸線的幹擾信號的隔離。有效的減少了強脈衝幹擾的幅度，阻止了強脈衝幹擾信號對測試系統的損害。而且能保證信號不損失。還具有構緊湊小巧，費用低廉，安全可靠，方便快捷等特點。
【權利要求】
1.一種能隔離強脈衝幹擾的測控系統，其特徵在於，包括壓力變送器(4)，與放電腔(7)相連，負責放電電路對腔內氣體放電時，對放電腔(7)內 的氣體壓力進行測量；隔離電路(5),與壓力變送器(4)的輸出端相連,對輸出的電信號進行米樣，使輸入和 輸出信號電隔離，並實現輸入和輸出的信號的線性轉換；採集系統(6)，與隔離電路(5)的輸出端相連，把隔離電路(5)輸出的無幹擾信號採集 到計算機系統中，並通過測控軟體顯示出來。
2.根據權利要求1所述的一種能隔離強脈衝幹擾的測控系統，其特徵在於，所述隔離 電路(5 )通過運算放大器(Ul)對壓力變送器(4 )輸出的電流進行採集。
3.根據權利要求2所述的一種能隔離強脈衝幹擾的測控系統，其特徵在於，所述隔離 電路(5)採用高線性模擬光耦，Agilent公司的HCNR200/201。
4.根據權利要求3所述的一種能隔離強脈衝幹擾的測控系統，其特徵在於，所述高 線性模擬光耦的光電二極體(PDl)和電阻(R3)組成的串聯電路兩端分別連接運算放大 器(Ul)的正輸入端和壓力變送器(4)的負輸出端；運算放大器(Ul)的輸出端連接三極體 (Q1)，三極體(Ql)的發射極連接高線性模擬光耦的發光二極體(LED)和電阻(R4)的串聯組 合，三極體(Ql)的集電極通過電阻(R3)連接壓力變送器(4)的正輸出端。
5.根據權利要求1所述的一種能隔離強脈衝幹擾的測控系統，其特徵在於，所述隔離 電路(5)包括運算放大器(U2)及其負輸入端和輸出端之間的電阻(R5)和電容(C3)，運算放 大器(U2)的負輸入端和信號地之間連接高線性模擬光耦的光電二極體(PD2)，對壓力變送 器(4 )輸入的有噪聲的電流信號轉換成無噪聲的電壓信號。
6.根據權利要求1所述的一種能隔離強脈衝幹擾的測控系統，其特徵在於，所述採集 系統(6)為數據米集卡系統、單片機系統或者PLC系統。
【文檔編號】G01R31/00GK103576013SQ201210258312
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月24日 優先權日:2012年7月24日
【發明者】於海軍, 李國富, 多麗萍, 金玉奇, 桑鳳亭, 汪健, 王增強 申請人:中國科學院大連化學物理研究所