一种高可靠性的感应尖峰信号发生装置及系统的制作方法

本发明涉及实验仪器技术领域，尤其是涉及一种高可靠性的感应尖峰信号发生装置及系统。

背景技术：

国外在航空机载设备的电磁兼容性能方面已经开展多年的研究，并成立了相应的机构，其中的rtca公司是为公众利益推进航空技术和航空电子系统发展而成立的一个非赢利机构。该机构为联邦咨询委员会服务，并为现代航空面临的问题制定一致的解决方案。在2004年、2007年、2010年，rcta公司依次制定了航空机载设备emc测试的规范，即do160e、f、g。do160标准规定了机载设备的一系列最低标准环境测试条件分类和适用的测试程序，该测试的目的是提供一种精确的方法，以确定代表机载设备在实际环境条件下的设备性能特征，并且在do160标准的第19章“对互连线缆的感应尖峰”章节中规定了对航空机载设备进行感应尖峰的试验要求，该试验用于确定机载设备是否能承受其互连电缆在安装环境中耦合的尖峰信号的干扰能力。其中，在do160标准第19章的测试中，需要对互联线缆通过耦合的方式注入瞬变的尖峰电压，该尖峰电压需要达到一定的峰值、总持续时间以及重复周期，因此需要有满足do160标准的第19章“对互连线缆的感应尖峰”要求的感应尖峰信号发生器来产生感应尖峰信号，以满足试验要求。

现有技术中，do160标准第19章中规定的感应电压尖峰信号需要由特殊的信号发生器产生，但是目前国外仅有一家厂商(emcpartner)具有满足do160标准要求的感应尖峰信号发生器成品设备，而国内也仅有一家厂商(3ctest)具有类似设备，本申请的发明人在对现有技术的研究和实践过程中发现，现有的感应尖峰信号发生器主要通采用“真空继电器”产生尖峰信号，但是存在如下问题：

1、现有方案产生的感应电压尖峰幅值不稳定；

2、现有方案技术不成熟，由于继电器的机械通断频率上限无法达到10hz，“真空继电器”产生的尖峰群频率不能满足标准要求上限。

技术实现要素：

本发明提供了一种高可靠性的感应尖峰信号发生装置及系统，能够满足do160标准的要求，提高感应电压尖峰幅值的稳定性和实现尖峰群频率的调节，同时能够减少了电极在机械接触过程中产生的抖动现象。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种高可靠性的感应尖峰信号发生装置，包括电弧放电装置、供电电源、感应尖峰信号输出端口以及放电容器；

所述电弧放电装置包括本体和测量装置；所述本体包括电弧放电频率调节组件和电弧放电组件，所述电弧放电频率调节组件包括减速电机，所述电弧放电组件包括第一电极和受所述减速电机驱动旋转而与所述第一电极通断接触的第一齿轮，所述第一齿轮与所述供电电源连接，所述第一电极与所述感应尖峰信号输出端口连接；

所述测量装置包括测量电源、第二齿轮、第二电极、传动机构、开关信号滤波电路以及用于测量和显示所述第二齿轮与所述第二电极之间通断接触所产生的通断频率的频率测量显示单元，所述第二齿轮与所述第一齿轮的结构一致，且所述第二齿轮与所述第一齿轮之间通过所述传动机构同步联动配合，所述测量电源与所述第二齿轮连接，所述第二电极与所述开关信号滤波电路连接，所述开关信号滤波电路与所述频率测量显示单元连接；

所述第一齿轮、所述第二齿轮的轮槽内均设有绝缘件；所述放电容器内设有电弧放电区域，所述电弧放电区域内填充有用于电弧电解产生氢气的介质，所述第一电极与所述第一齿轮通断接触的接触端置于所述介质中。

作为优选方案，所述传动机构为传动齿轮，所述传动齿轮位于所述第一齿轮和所述第二齿轮之间，且所述传动齿轮分别与所述第一齿轮、所述第二齿轮啮合连接，所述传动齿轮的转轴与所述减速电机的转轴连接。

作为优选方案，所述传动齿轮为绝缘齿轮。

作为优选方案，所述传动机构为驱动齿轮，所述驱动齿轮位于所述第一齿轮和所述第二齿轮之间，且所述驱动齿轮分别与所述第一齿轮、所述第二齿轮啮合连接，所述驱动齿轮的转轴与所述减速电机的转轴连接。

作为优选方案，所述传动机构为传动皮带，所述第一齿轮上设有与其同轴转动的主动皮带轮，所述第二齿轮上设有与其同轴转动的从动皮带轮，所述传动皮带缠绕在所述主动皮带轮和所述从动皮带轮上，所述主动皮带轮与所述从动皮带轮的结构一致。

作为优选方案，所述电弧放电装置还包括基座，所述本体和所述测量装置均安装在所述基座上，所述基座盖合在所述放电容器的顶部开口上。

作为优选方案，所述介质为碳氢化合物。

作为优选方案，所述绝缘件的一端与所述放电齿轮位于同一圆弧面上。

作为优选方案，所述绝缘件为改性丙烯酸酯胶粘剂。

为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供了一种高可靠性的感应尖峰信号发生系统，包括电感线圈和如上述的高可靠性的感应尖峰信号发生装置，所述电感线圈的一端与所述感应尖峰信号输出端口连接，所述电感线圈的另一端与所述供电电源连接并共地；所述电感线圈的电感量为0.6h～0.9h，线圈直流电阻为30ω～150ω，线圈最大电流为100ma。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

(1)本发明实施例通过齿轮转动与电极产生间断式的通断接触，能够利用电弧放电原理产生满足rtcado160标准感应电压尖峰信号，相比于现有方案中真空继电器的通断放电方式，本实施例中的所述放电齿轮能够持续、间断、稳定地与所述电极接触而产生放电电弧，不仅提高了感应电压尖峰幅值的稳定性，而且设备可靠性较高，而且使用寿命较长。

(2)通过电弧放电频率调节组件调节所述放电齿轮的转动频率，继而调节电弧放电的频率，以使产生的尖峰群频率覆盖rtacdo160标准要求频率范围8～10hz，且频率可在2～35hz内实现调节，相比于现有方案，远远满足标准要求。

(3)通过所述传动机构实现所述第一齿轮和所述第二齿轮之间的同步联动配合，以使所述第二齿轮与所述第一齿轮的角速度、线速度完全一致，从而在测量端也能够实现所述第二电极、所述第二齿轮之间的间断性接触。其中，可以通过改变所述第一齿轮的齿数，以改变放电电极的数量，从而有利于提高所述电弧放电装置的可靠性。

(4)由于所述测量电源连接所述第二齿轮，所述第二电极连接所述第二电极，因此所述开关信号滤波电路能够接收到所述第二电极电流通断信号并传输至所述频率测量显示单元，所述频率测量显示单元为一信号处理与显示功能模块，能够准确有效地测量通断频率和显示数据，从而实现了感应尖峰脉冲群频率的测量、显示功能，有效地提高了感应尖峰信号发生器的功能和使用便捷性。

(5)通过所述齿轮转动控制模块调节所述放电齿轮的转动频率，继而调节电弧放电的频率，以使产生的尖峰群频率覆盖rtacdo160标准要求频率范围8～10hz，且频率可在2～35hz内实现调节，相比于现有方案，远远满足标准要求。

(6)通过所述绝缘体和所述放电轮齿的间隔设计，解决了齿轮转动的机械振动而产生抖动以导致所述电极与所述放电齿轮之间通断的不可控性，能够有效地避免产生不需要的放电电弧，从而提高感应尖峰频率的稳定性和设备的可靠性。

(7)所述放电容器内也可以填充用于产生氢气的所述介质，所述介质能够利用电弧电解而产生氢气，以使氢气作为所述电弧放电装置的电弧放电介质；当所述电弧放电装置置于用于产生氢气的介质中，电弧放电产生的高温将用于产生氢气的介质电解以产生氢气，同时氢气作用于电弧放电装置，从而使电弧放电装置处于氢气环境中，进而通过利用氢气作为电弧放电介质达到稳定所述感应尖峰信号发生装置产生的尖峰信号幅值的目的。其中，当感应尖峰信号幅度稳定装置一直处于正常运行的状态时，由于所述放电容器内置有所述介质，所述电弧放电装置将持续地放电，其通过产生的高温电解所述介质，从而持续地产生氢气，进而使所述电弧放电开关处于氢气环境中，有利于达到感应尖峰信号发生器产生的感应尖峰信号持续稳定的目的。其中，通过利用电弧电解所述介质而产生用作于电弧放电介质的氢气，操作简单，具有较高的可靠性，且能够大大降低生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例中的高可靠性的感应尖峰信号发生装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中的电弧放电装置的结构示意图；

图3是本发明实施例中的电弧放电装置的俯视图；

图4是本发明实施例中的高可靠性的感应尖峰信号发生装置的电路原理图；

图5是本发明实施例中的第一齿轮的一种结构示意图；

图6是本发明实施例中的第一齿轮的另一种结构示意图；

图7是本发明实施例中的第一齿轮填充绝缘件的结构示意图；

图8是本发明实施例中的负极性的感应尖峰波形幅值的测试图；

图9是本发明实施例中的负极性的单个尖峰波形的测试图；

图10是本发明实施例中的正极性的感应尖峰波形幅值的测试图；

图11是本发明实施例中的正极性的单个尖峰波形的测试图；

其中，说明书附图中的附图标记如下：

1、供电电源；11、感应尖峰信号输出端口；12、电感线圈；13、电弧放电装置；14、测量电源；

2、放电容器；21、基座；22、介质；

3、第一电极；31、第一齿轮；32、绝缘件；

4、减速电机；41、传动齿轮；42、电弧放电频率调节组件；

5、第二电极；51、第二齿轮；52、开关信号滤波电路；53、频率测量显示单元。

具体实施方式

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1至图7，本发明优选实施例提供了一种高可靠性的感应尖峰信号发生装置，包括电弧放电装置13、供电电源1、感应尖峰信号输出端口11以及放电容器2；

所述电弧放电装置13包括本体和测量装置；所述本体包括电弧放电频率调节组件42和电弧放电组件，所述电弧放电频率调节组件42包括减速电机4，所述电弧放电组件包括第一电极3和受所述减速电机4驱动旋转而与所述第一电极3通断接触的第一齿轮31，所述第一齿轮31与所述供电电源1连接，所述第一电极3与所述感应尖峰信号输出端口11连接；

所述测量装置包括测量电源14、第二齿轮51、第二电极5、传动机构、开关信号滤波电路52以及用于测量和显示所述第二齿轮51与所述第二电极5之间通断接触所产生的通断频率的频率测量显示单元53，所述第二齿轮51与所述第一齿轮31的结构一致，且所述第二齿轮51与所述第一齿轮31之间通过所述传动机构同步联动配合，所述测量电源14与所述第二齿轮51连接，所述第二电极5与所述开关信号滤波电路52连接，所述开关信号滤波电路52与所述频率测量显示单元53连接；

所述第一齿轮31、所述第二齿轮51的轮槽内均设有绝缘件32；所述放电容器2内设有电弧放电区域，所述电弧放电区域内填充有用于电弧电解产生氢气的介质22，所述第一电极3与所述第一齿轮31通断接触的接触端置于所述介质22中。

在本发明实施例中，本发明实施例通过齿轮转动与电极产生间断式的通断接触，能够利用电弧放电原理产生满足rtcado160标准感应电压尖峰信号(如图8至图10所示)，相比于现有方案中真空继电器的通断放电方式，本实施例中的所述放电齿轮能够持续、间断、稳定地与所述电极接触而产生放电电弧，不仅提高了感应电压尖峰幅值的稳定性，而且设备可靠性较高，而且使用寿命较长。

本发明实施例通过电弧放电频率调节组件42调节所述放电齿轮的转动频率，继而调节电弧放电的频率，以使产生的尖峰群频率覆盖rtacdo160标准要求频率范围8～10hz，且频率可在2～35hz内实现调节，相比于现有方案，远远满足标准要求。

本发明实施例通过所述传动机构实现所述第一齿轮31和所述第二齿轮51之间的同步联动配合，以使所述第二齿轮51与所述第一齿轮31的角速度、线速度完全一致，从而在测量端也能够实现所述第二电极5、所述第二齿轮51之间的间断性接触。其中，可以通过改变所述第一齿轮31的齿数，以改变放电电极的数量，从而有利于提高所述电弧放电装置13的可靠性。

本发明实施例由于所述测量电源14连接所述第二齿轮51，所述第二电极5连接所述第二电极5，因此所述开关信号滤波电路52能够接收到所述第二电极5电流通断信号并传输至所述频率测量显示单元53，所述频率测量显示单元53为一信号处理与显示功能模块，能够准确有效地测量通断频率和显示数据，从而实现了感应尖峰脉冲群频率的测量、显示功能，有效地提高了感应尖峰信号发生器的功能和使用便捷性。

本发明实施例通过所述齿轮转动控制模块调节所述放电齿轮的转动频率，继而调节电弧放电的频率，以使产生的尖峰群频率覆盖rtacdo160标准要求频率范围8～10hz，且频率可在2～35hz内实现调节，相比于现有方案，远远满足标准要求。

本发明实施例通过所述绝缘体和所述放电轮齿的间隔设计，解决了齿轮转动的机械振动而产生抖动以导致所述电极与所述放电齿轮之间通断的不可控性，能够有效地避免产生不需要的放电电弧，从而提高感应尖峰频率的稳定性和设备的可靠性。

本发明实施例所述放电容器2内也可以填充用于产生氢气的所述介质22，所述介质22能够利用电弧电解而产生氢气，以使氢气作为所述电弧放电装置13的电弧放电介质；当所述电弧放电装置13置于用于产生氢气的介质22中，电弧放电产生的高温将用于产生氢气的介质22电解以产生氢气，同时氢气作用于电弧放电装置13，从而使电弧放电装置13处于氢气环境中，进而通过利用氢气作为电弧放电介质达到稳定所述感应尖峰信号发生装置产生的尖峰信号幅值的目的。其中，当感应尖峰信号幅度稳定装置一直处于正常运行的状态时，由于所述放电容器2内置有所述介质22，所述电弧放电装置13将持续地放电，其通过产生的高温电解所述介质22，从而持续地产生氢气，进而使所述电弧放电开关处于氢气环境中，有利于达到感应尖峰信号发生器产生的感应尖峰信号持续稳定的目的。其中，通过利用电弧电解所述介质22而产生用作于电弧放电介质的氢气，操作简单，具有较高的可靠性，且能够大大降低生产成本。

请参见图2，在本发明的其中一种实施例中，所述传动机构为传动齿轮41，所述传动齿轮41位于所述第一齿轮31和所述第二齿轮51之间，且所述传动齿轮41分别与所述第一齿轮31、所述第二齿轮51啮合连接，所述传动齿轮41的转轴与所述减速电机4的转轴连接。作为优选的，所述传动齿轮41为绝缘齿轮。

本实施例通过设计三齿轮机械传动结构，包括均通过固定轴承固定的所述第一齿轮31、所述传动齿轮41、所述第二齿轮51，其中，所述第一齿轮31、所述第二齿轮51的尺寸参数完成一致，而所述传动齿轮41起到传动作用，以使所述第一齿轮31和所述第二齿轮51的转动角速度、线速度完全一致，同时两齿轮齿数一致，故在传动过程中两隔离电路的开关通断频率完全一致。

这样，本实施例能够实现将电弧放电频率参数无错地传递于用于频率测量的所述第二齿轮51，并通过中央绝缘材质的所述传动齿轮41来实现所述频率测量显示单元53与感应尖峰发生电路的电气隔离，从而实现对感应尖峰参数的无影响设计，有效地提高了感应尖峰信号发生器的功能和使用便捷性。

在本发明的其中一个实施例中，所述传动机构为驱动齿轮，所述驱动齿轮位于所述第一齿轮31和所述第二齿轮51之间，且所述驱动齿轮分别与所述第一齿轮31、所述第二齿轮51啮合连接，所述驱动齿轮的转轴与所述减速电机4的转轴连接。

在本发明的其中一个实施例中，所述传动机构为传动皮带，所述第一齿轮31上设有与其同轴转动的主动皮带轮，所述第二齿轮51上设有与其同轴转动的从动皮带轮，所述传动皮带缠绕在所述主动皮带轮和所述从动皮带轮上，所述主动皮带轮与所述从动皮带轮的结构一致。作为优选的，所述主动皮带轮的半径小于所述第一齿轮31的半径。

在本发明实施例中，所述电弧放电频率调节组件42包括控制器和与所述控制器连接的减速电机4，所述减速电机4的转轴与所述第一齿轮31同轴连接。优选的，所述第一电极3、第二电极5为金属片，所述第一齿轮31、第二齿轮51为紫铜齿轮。

可以理解的是，如图5和图6所示，所述第一齿轮31可以为二级同轴齿轮，通过增加所述第一齿轮31的齿数来提高放电电极的数量，以此能够有效地提高所述电弧放电组件的可靠性。

相对于国内外现有设备的“真空继电器”方案，所述第一齿轮31作为放电电极，由1个变为几十个甚至上百个，能够使得所述电弧放电组件的可靠性提高几十倍甚至上百倍。

在本发明实施例中，所述电弧放电装置13还包括基座21，所述本体和所述测量装置均安装在所述基座21上，所述基座21盖合在所述放电容器2的顶部开口上。

在本发明实施例中，所述介质22包括但不限于变压器油、煤油、汽油等碳氢化合物。

相比于采用水作为电解介质22，本实施例采用碳氢化合物有以下优点：

其一，产生的氢气较为纯净，且稳定性高，不易发生燃烧或爆炸；

其二，碳氢化合物能够隔离空气，有利于避免感应尖峰信号幅度稳定装置的氧化；

其三，减速电机4转动、电弧放电产生的热量，能够通过碳氢化合物进行热传递，达到散热降温的效果，有利于提高感应尖峰信号幅度稳定装置的运行稳定性。

请参见图1，所述电弧放电装置13置于所述放电容器2内，所述第一电极3和转动的所述第一齿轮31形成电弧放电开关，其产生的电弧具有高温，会使所述介质22电解出氢气；氢气会逐渐释放到所述放电容器2中，并作用于所述电弧放电开关装置，从而使所述电弧放电开关处于纯净的氢气环境中；

因此，氢气将作为所述电弧放电组件产生电弧的介质22，能够使得产生的尖峰信号幅值更稳定；当一直处于正常运行的状态下，所述电弧放电组件将持续稳定地放电，产生的高温通过电解所述介质22持续地释放出持续稳定的氢气，从而使所述电弧放电开关处于稳定的氢气环境中，进而使所述感应尖峰信号发生器产生的感应尖峰信号持续稳定。

其中，所述第一电极3与所述第一齿轮31通过机械摩擦清除所述电弧放电开关的放电部位由于电解产生的碳，以及所述减速电机4与所述第一齿轮31通过在所述介质22中的转动稀释碳含量，能够使得所述放电容器2内的氢气环境更纯净，从而保持所述感应尖峰信号发生器产生的尖峰信号波形幅值长期稳定，有效地提高了设备的可靠性。

请参见图7，在本发明实施例中，所述绝缘件32的一端与所述放电齿轮位于同一圆弧面上，从而当所述第一齿轮31在所述减速电极的驱动下旋转时，所述第一电极3的接触端在所述第一齿轮31的圆弧面上滑动，相对于直接使用齿轮作为放电电极，本发明能够通过同一圆弧面的绝缘件32和所述第一轮齿的间隔性设计避免所述第一电极3与所述第一齿轮31之间接触产生的弹性抖动，从而有效地保证了产生的感应尖峰信号波形能够在稳定的频率下输出，同时保障了电弧电极断开速率的一致性，并因此减少了不同尖峰群差异程度。

其中，所述绝缘件32为绝缘硬化胶。作为优选的，所述绝缘硬化胶为改性丙烯酸酯胶粘剂(ab胶)。

可以理解的，改性丙烯酸酯胶粘剂有着良好的耐磨性和快速固化的特点，通过使用所述改性丙烯酸酯胶粘剂对所述放电齿轮的齿槽进行填充，本着该胶粘剂的特点使齿轮改进可以快速的完成，而且也不会因为长期与触片的摩擦磨损掉填充部分导致频率不稳的情况发生。

为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供了一种高可靠性的感应尖峰信号发生系统，包括电感线圈12和如上述的高可靠性的感应尖峰信号发生装置，所述电感线圈12的一端与所述感应尖峰信号输出端口11连接，所述电感线圈12的另一端与所述供电电源1连接并共地；所述电感线圈12的电感量为0.6h～0.9h，线圈直流电阻为30ω～150ω，线圈最大电流为100ma。

相比于不成熟的现有技术，由“真空继电器”产生的尖峰群频率不能满足标准要求上限，也即10hz，继电器的机械通断频率上限无法达到10hz，本发明实施例能够实现输出尖峰信号持续时间在800微秒左右，接近标准要求的上限(1000微秒)，从而大大增加了输出尖峰信号的持续时间，解决了现有方案中输出尖峰信号持续时间在短的问题。

以上所述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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。