基于光纖傳輸?shù)母唠妷簻y量裝置

　　引言

　　線圈炮的測試和研究需要對大功率脈沖電容器上的電壓進行測量。即在電容的額定電壓下對電容進行不同電壓的充電，然后再對線圈進行放電試驗以獲取彈丸的速度等重要參數(shù)。因此，高電壓的測量對于線圈炮的理論及實驗研究具有重要意義。該實驗室電容器組中的最小額定電壓為5 kV，最高為100 kV，因此，準確、安全的獲得高電壓值已成為亟待解決的問題。

　　1 高電壓測量裝置的組成原理

　　本文所設(shè)計的基于光纖傳輸?shù)母唠妷?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/測量裝置">測量裝置由高電壓分壓器、V/F (電壓/頻率)轉(zhuǎn)換器、光電信號轉(zhuǎn)換電路、光纖、單片機計算系統(tǒng)、LED顯示電路等組成。此裝置相對來說，其結(jié)構(gòu)比較簡單，操作方便，而且具有較強的抗干擾能力，利用光纖傳輸能夠滿足遠距離測量要求。其基本工作原理框圖如圖1所示。

　　2 硬件設(shè)計

　　本測量裝置由高電壓分壓器、V/F(電壓/頻率)轉(zhuǎn)換器、光電信號轉(zhuǎn)換電路、光纖傳輸、單片機計算系統(tǒng)、LED顯示等電路構(gòu)成。整個裝置以單片機為核心，并配以一定的外圍電路和軟件，從而實現(xiàn)特定的檢測功能。

　　2.1 高壓分壓電路的設(shè)計

　　高壓分壓電路就是按一定分壓比將被測高電壓變?yōu)榭梢詼y量的低電壓信號。其實現(xiàn)方法是通過分壓電阻來對其分壓，其電路原理如圖2所示。其中，輸入高電壓Ui經(jīng)分壓電阻分壓后與輸出低電壓Uout的分壓比為：

　　n=R0/(R0+R)

　　由于R>>R0，所以可取n=R0/R，即：Uout=nUi。

　　設(shè)計時，選擇合適且物理性質(zhì)相似的電阻.可以提高分壓精度，因為所要確定的分壓比只與電阻的阻值有關(guān)。另外，在高壓電路中，也要求電阻具有較高的耐壓和耐熱特性。

　　2.2 電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路

　　VFC32是美國Burr-Brow公司生產(chǎn)的VFC系列產(chǎn)品之一，它可以把輸入模擬電壓變換成相應(yīng)頻率的輸出脈沖。利用它可以很方便地進行調(diào)頻模擬信號的調(diào)制和解調(diào)。這樣，選擇合適的外圍元件便可以輸出與輸入電壓信號成一定比例關(guān)系的頻率信號。

　　VFC32的最高工作頻率為500 kHz。該器件的變換線性度很好，在10 kHz滿刻度頻率時，其最大非線性誤差僅為