专利名称：多路高功率放电脉冲瞬态参数监测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于计算机测量系统，具体讲是一种多路高功率放电脉冲瞬态参数监测系统。
在高功率激光装置上，提高光束质量，了解每个氙灯的工作状况，及时维修或更换发光部件或元件，是十分必要的。高功率氙灯的放电过程在极短的几百微秒内完成，且放电功率很高，电压在20KV以上，电流可达6KA以上，要测量出瞬间的功率参数有较多的困难，而同时测量多路氙灯放电脉冲参数在技术上的难度就更大，采用传统的示波法或重庆电子仪器仪表厂生产的数据采集分析仪虽然可以测量到参数，但其测量路数不多。数据采集分析仪虽可测32路信号，但因其高功率放电时的强干扰影响，使得测量可靠性大大降低，而对路数更多的如几十，成百上千路氙灯放电系统却是力所不及了。如若同时使用几十台数据采集分析仪，不仅在工程上很难实现，而且在经济上也很不合算，一台数据采集分析仪要6～7万元，几十台仪器再加上辅助设备，这样巨大的耗资是难以承受的。
本发明的目的是提供一种瞬态监测系统，它能够监测几十路，几百路甚至上千路高功率放电脉冲的瞬态参数，而且这种监测系统操作方便，可靠性高，抗干扰性能好，成本低廉。
本发明的技术方案是由主处理器、I/O接口，多路信号输入A/D转换及地址开关和CRT显示器、打印机、操作键盘等外设及软件系统组成的计算机系统，它带有的多路信号采集支路作为其多路信号输入，而计算机系统内部的多路信号输入A/D转换及地址开关中有多个模拟信号调理端子板(7117)。每个端子板(7117)有32路输入，即最多可带32路信号采集支路，每个端子板(7117)的输出接到模数A/D转换板(6040)的32个输入端中的一个输入端，每个端子板(7117)的控制端接到地址开关控制板(6160)的32位开关控制线上。模数转换A/D板(6040)的输出信号送入PC总线，地址开关控制板(6160)的控制信号来自PC总线(PC BUS)，在计算机内部控制信号的控制下，通过地址开关控制板(6160)的时序控制，就可把多路信号采集支路来的信号有序地通过模数转换A/D板(6040)转变成数字信号，经过PC总线送入主处理器进行数据处理与计算，而每个信号采集支路由电感耦合器，传输电缆和信号保持器组成。开关电源装置带有多路高功率氙灯，开关电源装置放电时向氙灯提供一个电压高达20KV的单次大电流放电脉冲，其放电电流近似三角形，峰值可达6000A以上，脉冲宽度为几百微秒。电感耦合器串接在氙灯放电支路中，放电时电感耦合器从氙灯放电支路中取出放电电流信号，再经传输电缆传送到信号保持器中，经信号保持器的二极管向电容器充电。电容器上最终充电电压的高低能直接反映氙灯放电电流的峰值或放电脉冲电流的面积即放电电荷量，因电容上电压可以保持相对一段时间，故放电电流的瞬态信号也可以保持一段时间。在这段时间内计算机系统可以从容地对每一个信号保持器的瞬态信号进行采集，甚至可以多次循环扫描采集，再经计算机内部各系统的工作，信息处理后，存入机内，根据需要随时可在CRT显示器显示或在打印机上打印出各种测试结果。
本发明与现有测量技术相比，具有测量路数多，抗干扰能力强等优点，在激光装置使用的高功率氙灯放电时存在很强的电磁干扰源，同时放电的氙灯越多，强干扰源也就越多。原有技术是在放电瞬间的几百微秒期间内和强干扰条件下测量，所以其测量路数受限，测量可靠性下降，而本发明中氙灯放电电流信号经电感耦合器取出后又用同轴电缆进行传输，而且采用抗电磁场干扰强的电流信号传输，信号在到达信号保持器内的电容器上，可以保持相对一段时间，在计算机系统进行扫描采集瞬态参数时，放电时的强干扰已经过去，这样“躲避”了强干扰，提高了测量可靠性。而且测试(采集)时间不是在几百微秒内完成，由于瞬态信号可保持在电容上几秒甚至几分钟，所以测试系统可以从容不迫地对每一路信号逐个采集，并可以循环地进行多次采集，提高了测量可靠性，这样就可以测量到几百路甚至上千路高功率单次放电电流的瞬态信号。采用了计算机使得系统操作比较简便，而且很实用。本技术方案中使用一台计算机再加多个信号采集支路和一些集成电路块，所以其成本不高，整个监测系统价格低廉，经济实惠。
下面表1、表2给出两组实验测试数据，实验中把被测的反映脉冲电流的峰值信号转换到信号保持器上的电压设计在5V左右。表1
表2
图1为多路高功率氙灯放电脉冲电流峰值监测系统图。
图2为多路信号输入A/D转换及地址开关框图。
图3为监测系统工作流程图。
图4为初始化流程图。
图5为数据采集流程图。
图6为多路高功率氙灯放电脉冲电流面积监测系统图。
图7为多路高功率氙灯放电脉冲瞬态参数监测系统图。
图8为2048路信号输入A/D转换及地址开关框图。
下面依据附图结合实施例对本发明作进一步说明实施例1在图1的多路高功率氙灯放电脉冲电流峰值监测系统图中，计算机系统6它包含有主处理器及I/O接口8、多路信号输入A/D转换及地址开关7、电源系统14、控制系统15、以及CRT显示器9、打印机10、操作键盘11、硬盘系统12、软盘系统13。图2为多路信号输入A/D转换及地址开关7的框图。在开启开关电源装置1之前，首先开启计算机系统6，使其作好准备。闭合计算机系统6的电源开关，使电源系统14向计算机系统6的各部件供电，操作操作键盘11及硬盘系统12，软盘系统13使计算机系统6工作正常。按动设置在操作键盘11边上的复位开关，使各路信号保持器5中的电容器C对信号地短路，释放掉电容器C上的残存电压。这时计算机系统6就可以按图3监测系统工作流程图进行工作。在软件设计上采用前台后台分时处理，将数据采集放在后台由系统时钟控制执行，数据处理及解释在前台执行。利用现有较好的面向对象程序设计语言。BORLAND C++FOR DOS进行程序编制。使其有良好的人机界面及相当高的可靠性，易于维护，在不修改源代码的情况下即可对其人机界面进行修改。工作开始，进行“初始化”，屏幕上显示当天数据文件存在否？是，则记录号增加1号；否，则创建文件记录号置“0”，然后进入下个程序后台处理模块初始化，初始化结束后，显示文件HZK16是否存在？是，则进入下一个程序；否，则提示警告，并让用户补入文件HZK16后进入下一个程序。接着显示菜单数据文件是否存在？否，则屏幕显示报错，并要求用户将菜单数据文件拷入；是，则进入下一个选择待处理数据程序。为了实现数据采集的实时性，程序运行采用中断程序，使数据采集模块(即多路信号输入A/D转换及地址开关7)采用后台运行方式，与主处理器I/O接口8中的数据分析显示模块分时异步执行。图3为前台运行程序，图5为后台运行程序，两者之间靠中断程序来转换，达到分时异步运行的目的。开机后，机内的系统时钟就运行，在DOS操作系统中第13号中断为系统时钟中断，该中断例程每秒将被激活执行若干次，系统运行到这时候开始执行中断程序，数据采集模块按图5数据采集流程图工作，开始，开始入口地址进入“执行原13H中断”后对“部分监测数据采集”，在系统设计时可以选定某几路信号进行采集，如只采集某5路或某10路，然后通过判断这些信号“数据有效否？”，即这些采集的数据逐个与设定值K(K可设定为0.01或0.1等)相比较，若全部都小于K，则为无效，说明氙灯放电尚未进行，这时采集的数据无意义，不需要存入内存，也没有必要采集其它各路信号数据，这时程序直接到中断程序出口，返回到前台程序中原被中断点，系统继续按原程序进行；若这些采集数据中至少有一个数值大于K，即数据有效，则进入“监测数据采集”程序，把全部监测点的信号值逐个采集下来，并送入机内进行信号处理、计算、存贮。然后到中断程序出口，返回到前台原被中断点，系统执行原程序。当前台程序进入“选择待处理数据”时，通过操作键盘11，键入某日某次数据的代号，进入“读入文件数据”后，屏幕上出现“图象显示”，进入“功能选择”程序，这时使用鼠标进行功能选择，若要将图象进一步展开，则选择“子块展开”后再显示图象，再次功能选择直到满足要求为止；如需“报表输出”或“图象打印”，则需将移动鼠标使其箭头对准该功能图象后按动执行键，打印机10就打印出所需要的报表或图象；如需返回高一级图象，则鼠标选择“高一级子块”，使其图象返回到上一级；若需选择另一次的数据，则选择“数据文件选择”，并键入所需要数据的代号(某月某日某次数据代号)，依次进入“读入文件数据”，“图象显示”，“功能选择”等程序。当工作完成后，就可选择退出程序，关机。
当计算机系统6作好了测试准备，并在不断进行循环扫描监测数据时，就可开始进行氙灯放电测试了，这时候操作人员合上开关电源装置1的外部电源，使其内部的高压电容器上的电压逐步上升，当上升到达某个值时，高压电容器同时向各个氙灯放电支路的氙灯2放电，形成近似三角形的高功率放电脉冲，氙灯2发出强烈的闪光，在氙灯2的放电支路中串接有电感耦合器3，电感耦合器3的初级通常取1匝，其次级匝数可用理论计算与实验校正来确定，一般取100～300匝。电感耦合器3感应出的放电电流信号经传输电缆4传送到信号保持器5，信号保持器5由电阻R、二极管V和电容器C按π型组成，电阻R并联在输入端上，电容器C并联在输出端上，二极管V连接在电阻R与电容C之间，其正极接电阻R，感应的电流信号流经电阻R到信号地，在电阻R上形成近似三角形的电压波形，此电压同时经二极管V向电容器C充电，电容C上的电压随电阻R上电压的上升而升高，这里电阻电容的时间常数选择在1/10～1/3放电脉冲电流的宽度，其电阻阻值要与传输电缆的阻抗相匹配，一般选择几十到几百欧姆。当脉冲电压上升到峰值后，开始下降，这时二极管V逐渐处于反向截止状态，电容器上的电压不随电阻上电压的下降而下降，而是把这次放电脉冲电流的峰值h保持相对一段时间，选择质量好些的电容器和二极管，可把峰值电压保持在98％以上，达2～3分钟之久，在这期间各路信号保持器5中电容器上的信号电压进入多路信号输入A/D转换及地址开关7中相对应的模拟信号调理端子板(7117)的输入端，在机内系统时钟，中断程序及地址开关控制板(6160)的控制下，各路信号依次通过模数转换板(6040)变成数字信号，途经PC总线送入机内，经主处理器，存贮器等信息处理后存于内存或软盘系统13，供前台调用。
实施例2图6多路高功率放电脉冲电流面积监测系统图，是又一个实施例，它与实施例1的不同点在于采用不同的信号保持器，图1中信号保持器5为峰值型的，图6中的信号保持器16为积分型，两者基本相同，只是积分型的没有电阻R，当放电脉冲电流信号传送到信号保持器16内，脉冲电流经过二极管V向电容器C充电，电容上电压随着充电而上升，由于电感耦合器3与传输电缆4相当于一个电流源，故当脉冲电流到达峰值后下降时，仍然进行充电，电容电压继续上升，只有到充电完毕，电容器电压才停止升高，而且能保持相对一段时间，因此电容器上的最终电压值S正比于放电脉冲波形的面积，即电荷量。本实施例中其它各部分的工作过程与实施例1完全相同，故不再多述。
实施例3图7多路高功率氙灯放电脉冲瞬态参数监测系统图，是再一个实施例，在每一个氙灯放电支路中，同时串接两个电感耦合器3和传输电缆4，它们之后一路接峰值型信号保持器5，另一路接积分型信号保持器16，在每次氙灯放电后，计算机系统6都能把每路氙灯放电脉冲的峰值h和放电脉冲波形面积S测量记录下来，经过计算很容易得出放电脉冲的半宽度值(t＝s/h)。2048路信号输入，A/D转换及地址开关框图在图8中给出。在这个实施例中，当中断程序执行到图5数据采集流程图中采集数据时，机内的主处理器发出指令，先让左边的A/D(6040-1)工作，当它工作完后再让右边的(6040-2)工作，这样从第一路信号逐路采集到最后第2048路，然后到中断出口返回到前台原被中断点，执行前台程序，其它工作过程与前两个实施例相同。
在上述三个实施例中，监测系统都是监测高功率氙灯放电脉冲瞬态参数，而其实质上是测量某一导线中流过的单次脉冲大电流的瞬态参数，所以本监测系统完全可以测量其它相类似的脉冲大电流瞬态参数。本监测系统中若把电感耦合器3中的初级匝数增加，调整相应的次级匝数就同样可以测量放电电流在几十至几百安情况下的大电流脉冲参数。本监测系统为多路测量系统，从其原理上可以看出它也可测量单路或几路的放电脉冲瞬态参数，一般来讲，测量路数越多，越能显示其优越性。
权利要求
1.一种多路高功率放电脉冲瞬态监测系统，包括(1)主处理器及I/O接口(8)；(2)电源系统(15)、控制系统(14)；(3)CRT显示器(9)、打印机(10)、操作键盘(11)、硬盘系统(12)、软盘系统(13)；其特征是该瞬态监测系统还包括(4)多路信号采集支路作为其多路信号输入，而每路信号采集支路由电感耦合器(3)、传输电缆(4)、信号保持器(5)或(16)所组成；(5)多路信号输入A/D转换及地址开关(7)中是以多个模拟信号调理端子板(7117)作为多路信号输入，每个端子板(7117)的输出接到模数A/D转换板(6040)的32个输入端中的一个输入端上，每个端子板(7117)的控制端接到地址开关控制板(6160)的32位开关控制线上，模数A/D转换板(6040)的输出信号送入PC总线，地址开关控制板(6160)的控制信号来自PC总线；(6)每个信号采集支路中的电感耦合器(3)串接在氙灯放电支路中。
2.根据权利要求1所述的瞬态监测系统，其特征是每个氙灯放电支路可以串接一个或两个信号采集支路。
3.根据权利要求1或2的瞬态监测系统，其特征是信号采集支路中的信号保持器可为峰值型信号保持器(5)，即由电阻R，二极管V和电容器C按π型组成，其电阻R并联于输入端，电容C并联于输出端，二者之间由二极管V连接，其正极接电阻R；或可为积分型信号保持器(16)，即信号保持器中没有电阻R；或峰值型信号保持器(5)和积分型信号保持器(16)各一个。
全文摘要
本发明公开了一种多路高功率放电脉冲瞬态参数监测系统，它用来监视测量多路高功率激光装置中各个氙灯的工作情况，该系统由计算机系统和由电感耦合器、传输电缆和信号保持器所组成的多路信号采集支路组成，计算机内部的多路信号输入A/D转换及地址开关由多个模拟信号调理端子板(7117)和模数A/D转换板(6040)及地址开关控制板(6160)组成，该系统可以测量氙灯放电脉冲的电流峰值和放电电流脉冲宽度，同时测量的路数从几十路到几百路，最多可达一、二千路，该监测系统性能稳定，抗干扰性能好，成本低，使用方便。
文档编号G01R29/00GK1133439SQ9511137
公开日1996年10月16日 申请日期1995年5月25日 优先权日1995年5月25日
发明者缪桂, 李孟威, 姚导箭, 林玉金, 李安斌, 涂傲, 周本忻 申请人:中国工程物理研究院计算机应用研究所