一种高频响热流密度传感器信号调理电路的制作方法

本发明涉及爆炸试验热流密度测试的，具体涉及一种高频响热流密度传感器信号调理电路。

背景技术：

1、在炸弹爆炸场中，毁伤元的特征参量对威力评估至关重要。为了准确表征炸弹的威力，需要对各类毁伤元进行有效测试，主要包括冲击波压力、温度、热流等。测试时，一般将传感器布置在距离爆心一定范围的位置，爆炸时直接感受被测物理参量，转换成电信号，再经由信号调理电路处理后传输给布置在安全区域的采集仪完成信号的采集和存储。一般整个爆炸燃烧过程仅为几百毫秒，有时甚至可短至几个毫秒。因此热流测量时，采用高频响热流密度传感器，其输出信号为微弱的瞬态电压信号。为保证测试安全，一般采集仪布置距离传感器达到几十米甚至上百米，从传感器到采集仪之间需要采用长距离的信号线缆连接。由于传输距离远，微弱信号容易被干扰，因此必需先将热流密度传感器输出的信号经由信号调理电路就近放大后再通过线缆传输。信号调理电路工作时，必需为其提供电源。常用的供电方式有两种，一种是采用电池就近为信号调理电路供电，其缺点是采用电池会导致信号调理设备体积比较大，而且布置在爆炸危险区域，容易被炸毁，试验时所需的防护工作量较大，此外电池供电存在续航时间有限的问题，特别是低温环境下，续航时间仅能达到常温的一半左右，为保证试验过程中电池供电足够，一般都是在即将试验时将电池电源打开后，人员再快速撤离；另一种常用的供电方式是通过线缆将远处安全区域的供电设备的电传输给信号调理电路，这种方式需要多布设一根线缆，从而导致线缆被炸毁的风险提高了一倍，且系统布设工作量和时间显著增加，不能满足大规模试验时测点多、快速布设、高可靠性的需求。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中无法满足大规模爆炸试验时测点多、快速布设、高可靠性的需求的问题，提供一种高频响热流密度传感器信号调理电路，其电路简单可靠，体积小巧，容易布设和防护，在爆炸试验使用时被炸坏的风险小。

2、本发明提供一种高频响热流密度传感器信号调理电路，包括信号输入接口，与信号输入接口相连的仪表放大器，与仪表放大器补偿引脚相连的增益调节电阻，与仪表放大器输出端相连的信号放大三极管，与仪表放大器参考电压输入端相连的第一稳压二极管、第一限流电阻，与仪表放大器电源正极相连的第二稳压二极管、第二限流电阻，与仪表放大器电源负极相连的限流电阻和与仪表放大器电源负极相连的信号输出接口；

3、仪表放大器输入端与热流传感器信号输入接口相连，仪表放大器输出端与信号放大三极管的基级相连，仪表放大器参考电压输入端与第一稳压二极管阴极和第一限流电阻相连，仪表放大器电源正极与第二稳压二极管阴极和第二限流电阻相连，仪表放大器电源负极与第一稳压二极管阳极、第二稳压二极管阳极、限流电阻和信号输出接口相连，仪表放大器电源负极接地；

4、信号放大三极管集电极与第一限流电阻、第二限流电阻和信号输出接口相连，信号放大三极管发射极与限流电阻相连；

5、第一稳压二极管阴极与第一限流电阻相连，第一稳压二极管阳极与第二稳压二极管阳极、限流电阻、信号输出接口相连，第一稳压二极管阳极接地；

6、第二稳压二极管阴极与第二限流电阻相连，第二稳压二极管阳极与限流电阻、信号输出接口相连，第二稳压二极管阳极接地；

7、信号输出接口与第一限流电阻、限流电阻、第二限流电阻相连，信号输出接口接地。

8、本发明所述的一种高频响热流密度传感器信号调理电路，作为优选方式，信号输入接口包括第一引脚和第二引脚，第一引脚与仪表放大器差分信号正向输入端相连，第二引脚与仪表放大器差分信号反向输入端相连。

9、本发明所述的一种高频响热流密度传感器信号调理电路，作为优选方式，信号输出接口包括第三引脚和第四引脚，第三引脚与第一限流电阻、第二限流电阻、信号放大三极管集电极相连，第四引脚与第一稳压二极管阳极、第二稳压二极管阳极、引流电阻相连，第四引脚接地。

10、本发明所述的一种高频响热流密度传感器信号调理电路，作为优选方式，信号放大三极管为npn型三极管。

11、本发明所述的一种高频响热流密度传感器信号调理电路，作为优选方式，第一稳压二极管的稳压值为2～2.5v。

12、本发明所述的一种高频响热流密度传感器信号调理电路，作为优选方式，第二稳压二极管的稳压值为5～6v。

13、本发明所述的一种高频响热流密度传感器信号调理电路，作为优选方式，仪表放大器的供电电流为4～20ma恒流源，恒流源的输出电压与输入信号变化大小呈线性关系。恒流源的最大输出电压一般为26v，当信号输出接口的电压高于5v时，第二稳压二极管的阴极电压为稳定值5v，用于仪表放大器供电，第一稳压二极管的阴极电压为2.5v，用于为仪表放大器提供参考电压，从而使其输出的信号围绕2.5v上下波动。仪表放大器的输出信号驱动信号放大三极管的基极，从而控制流过信号放大三极管的射级和集电极的电流，进而控制了信号放大三极管的集电极处的电压，即信号输出接口正极的电压，当仪表放大器的输出电压增大时，信号放大三极管的射级和集电极的电流增大，集电极处的电压降低，反之，集电极处的电压增加，因此本电路的输入和输出电压呈负线性相关关系。

14、本发明所述的一种高频响热流密度传感器信号调理电路用于爆炸试验热流密度测试，包括以下步骤：

15、s1、信号输入接口通过线缆连接具有差分电压信号输出的热流密度传感器；

16、s2、信号输出接口通过同轴线连接iepe信号解调器的输入接口，iepe信号解调器的输出信号接口连接信号采集仪；

17、s3、信号采集仪设置的采集电压范围根据预计的信号电压范围设置，采样率设置为≥10khz；

18、s4、信号采集仪采集的信号电压值除以高频响热流密度传感器信号调理电路的放大倍数后得到热流密度传感器输出的电压值。

19、本发明所述的一种高频响热流密度传感器信号调理电路用于爆炸试验热流密度测试，包括以下步骤：

20、s1、信号输入接口通过线缆连接具有差分电压信号输出的热流密度传感器；

21、s2、信号输出接口通过同轴线连接具有iepe传感器信号解调功能的信号采集仪输入接口；

22、s3、信号采集仪设置的采集电压范围根据预计的信号电压范围设置，采样率设置为＞10khz；

23、s4、信号采集仪采集的信号电压值除以高频响热流密度传感器信号调理电路的放大倍数后得到热流密度传感器输出的电压值。

24、针对现有方法的局限性，本发明提供了一种低成本、易操作的高频响热流密度传感器信号调理电路。其优势在于：将信号线与供电线共线，无需额外供电设备和线缆，可直接与具有iepe传感器信号解调功能的信号采集设备通过一根同轴信号线缆连接，其电路简单可靠，体积小巧，容易布设和防护，在爆炸试验使用时被炸坏的风险小。

25、该发明对于提高爆炸试验的热流密度测试效率和可靠性具有重要意义。

26、本发明为解决爆炸试验时热流密度传感器信号可靠放大和传输以及测试设备快速布设问题，提出一种高频响热流密度传感器信号调理电路，包括热流传感器信号输入接口j1，仪表放大器u1，增益调节电阻r1，限流电阻r2，稳压二极管d1，信号放大三极管q1，调节电阻r3，限流电阻r4，稳压二极管d2，恒流源供电与信号输出接口j2。信号放大三极管q1为npn型三极管。热流传感器信号输入接口j1具有两个引脚，用于分别连接热流传感器的两个差分输出信号线。恒流源供电与信号输出接口j2具有两个引脚，分别为正极和地。热流传感器信号输入接口j1与仪表放大器u1的差分信号输入引脚相连，仪表放大器u1的输出端与信号放大三极管q1的基极连接，仪表放大器u1的电源负极接地，电源正极接稳压二极管d2的阴极，同时连接限流电阻r4的一端，限流电阻r3的另一端连接恒流源供电与信号输出接口j2的正极。仪表放大器u1的参考电压输入端接稳压二极管接d1的阴极，同时连接限流电阻r3的一端，限流电阻r3的另一端连接恒流源供电与信号输出接口j2的正极。稳压二极管d1的阳极接地，稳压二极管d2的阳极接地。信号放大三极管q1的射极与调节电阻r3的一端连接，调节电阻r3的另一端接地。恒流源供电与信号输出接口j2通过外接4～20ma恒流源供电，恒流源的输出电压变化大小与输入的热流密度传感器信号变化大小呈线性关系。

27、本发明的高频响热流密度传感器信号调理电路用于爆炸试验热流密度测试，使用方法如下：

28、高频响热流密度传感器信号调理电路的输入接口j1通过线缆连接具有差分电压信号输出的热流密度传感器；

29、高频响热流密度传感器信号调理电路的输出接口j2通过同轴线连接iepe信号解调器的输入接口，iepe信号解调器的输出信号接口连接信号采集仪，也可以将j2通过同轴线连接具有iepe传感器信号解调功能的信号采集仪输入接口；

30、信号采集仪设置的采集电压范围可根据预计的信号电压范围设置，采样率设置为10khz以上；

31、信号采集仪采集的信号电压值除以高频响热流密度传感器信号调理电路的放大倍数后得到热流密度传感器输出的电压值。

32、本发明与现有技术相比的有益效果是：将信号线与供电线共线，无需额外供电设备和线缆，可直接与具有iepe传感器信号解调功能的信号采集设备通过一根同轴信号线缆连接，其电路简单可靠，体积小巧，容易布设和防护，在爆炸试验使用时被炸坏的风险小。