賦能大功率脈沖源：電壓放大器在電能源系統中的提升研究

　　實驗名稱：大功率脈沖電能源高精度測試技術研究

　　研究方向：儀器儀表測試

　　測試目的：

　　傳統的測量精度校準的方法是對傳感器單一頻率下的刻度因子進行校準，校準方法通常選用同軸分流器串聯于放電回路中，通過測量同軸分流器兩端電壓，對比傳感器的測量輸出來標定實際刻度因子，這種方法在一定程度上能夠提高傳感器的測量精度，但是校準精度低。針對大功率脈沖電流測量傳感器測量精度的問題，提出一種高精度的校準方法。搭建大功率脈沖電流測量系統的實驗平臺，通過實驗驗證大功率脈沖電流測量傳感器的性能，主要對大功率脈沖電流測量傳感器的精度、穩定性、響應時間和電流幅值測量范圍進行驗證。

　　測試設備：ATA-3090功率放大器、示波器、六位半表、數字信號源、低溫漂電阻、NI采集卡、八位半表、大功率脈沖電流測量傳感器、雷擊浪涌發生器。

圖：大功率脈沖電流測量系統實驗平臺

　　實驗過程：

　　搭建大功率脈沖電流測量系統的實驗平臺，實驗平臺的功率源包括雷擊浪涌發生器和高精度的數字信號發生器。由于目前無法獲得電磁炮中的大功率脈沖電能源，因此采用雷擊浪涌發生器作為實驗平臺的大功率脈沖電能源。雷擊浪涌發生器放電原理與電磁炮的大功率脈沖電能源放電原理相同，均為PFN模塊放電，雷擊浪涌發生器的放電功率大，可發出1/20μs、4/20μs、8/20μs、30/80μs不同類型的PFN波形，使用Matlab仿真雷擊浪涌發生器發出的PFN波形。

圖：精度實驗連線示意圖

　　搭建大功率脈沖電流測量傳感器精度測試系統，大功率脈沖電流測量傳感器的刻度因子在經過校準后，通過隨機改變正弦波輸入頻率，測量流過大功率脈沖電流測量傳感器的實際電流值I以及其輸出的電壓值V，并將輸入信號的頻率帶入校準補償數據處理平臺中得到該頻率下的理論刻度因子Ki=F(fi)。

　　利用大功率脈沖電流測量系統的校準補償數據處理平臺對大功率脈沖電流測量傳感器的精度進行驗證，輸入低溫漂電阻阻值，負載電壓以及傳感器輸出電壓即可求出測量電流的真實值以及與校準補償算法中理論值的誤差。

　　實驗結果：

　　1、大功率脈沖電流測量傳感器的精度測試

圖：霍爾傳感器絕對誤差圖和寬頻帶測量傳感器絕對誤差圖

　　由上圖的誤差曲線可以看出，在500Hz以下霍爾傳感器可以保證0.3%的測量精度；在100Hz~10kHz時，寬頻帶測量傳感器可以保證0.2%的測量精度，且頻率越高誤差越小，所以頻率超過10kHz時，寬頻帶測量傳感器依然能夠保證較高的精度。因此，大功率脈沖電流測量傳感器在0~10kHz頻帶內不同頻率下可以達到0.3%以內的測量精度。

　　2、大功率脈沖電流測量傳感器的穩定性測試

　　在100組數據中，寬頻帶測量傳感器的電壓平均值V為23.1318mV，與平均值相差最大的值Vmax為23.1462mV，根據公式可得寬頻帶測量傳感器的重復精度為0.063%。由實驗得，霍爾傳感器和寬頻帶測量傳感器的重復精度分別為0.024%和0.063%，因此大功率脈沖電流測量傳感器具有很好的穩定性。

　　3、大功率脈沖電流測量傳感器的幅值測量范圍測試

　　經過校準算法計算后的電流峰值和雷擊浪涌發生器發出的實際峰值相近，由于雷擊浪涌發生器發出的電流精度低，因此無法做精度的對比。在輸出5007A電流時，PFN放電波形的上升沿時間為6.84μs，此時大功率脈沖電流測量傳感器依然能夠將其波形完整的采集。

　　經過實驗驗證，對大功率脈沖電流測量傳感器的精度、穩定性、響應時間和電流幅值測量范圍進行了實驗驗證。通過測試結果可以得出大功率脈沖電流測量傳感器的響應時間在10μs以下，重復精度在0.07%以內，在頻帶測量范圍為0~10kHz，電流測量幅值在5000A以內時，其測量精度在0.3%以內。

　　安泰ATA-3090C功率放大器：

圖：ATA-3090C功率放大器指標參數

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