一种高可靠航天器火工品等效器的设计与实现

目前航天器电传爆火工品采用脉宽信号起爆,一般多个点同时起爆,路数较多且脉宽窄。针对航天器地面模飞测试时,精确监测各个火工品起爆次数和起爆指令脉宽问题,提出了一种火工品等效器的设计方案,它由PXI工控机、通用板卡和专用板卡,以及备份数据浏览终端等4部分组成,具有可靠性高、通用性强、维修性好等特点,已在YZ-3上面级中得到应用,对整器自动化测试和发射起到了有力的支持作用。     

P波段微波注入反相器模数转换电路的响应

 利用设计的三反相器模数（A/D）转换电路,开展了P波段微波注入实验。采用眼图观测法对电路的线性响应进行了有效测量,推导了实验线路中微波注入效率公式,利用一种实时温度检测电路来验证芯片工作状态的稳定性,并利用统计检验的方法分析了不同芯片及电路板等对实验数据获取的影响,从而保证了实验的有效性和可信度。重点研究了注入微波的幅值、频率、脉宽及重复频率等参数对反相器正常工作的影响。实验结果表明:当注入微波信号脉宽大于70 ns时,电路信号在微波脉冲结束后,相邻脉冲脉宽变化10%的非线性干扰功率阈值,比使电路信号噪声容限降低50%的功率阈值大4~6 dB,电路信号脉宽变化30%的功率阈值比脉宽变化10%的大2~3 dB,在功率小于32 dBm的实验中得到的最大非线性干扰为脉宽变化约40%。非线性干扰阈值随注入微波信号脉宽变化明显,拐点为40~70 ns。注入微波的重复频率对微波干扰阈值影响很小。     

实装灼热桥丝式电火工品电磁辐射敏感度测试方法评述

从实装灼热桥丝式电火工品的电磁辐射安全性评估技术角度出发，评述了近年来灼热桥丝式电火工品电磁辐射安全性的几种测试评估方法，并指出了未来应重点研究的方向。研究指出采用高精度、快响应的光纤测温装置监测灼热桥丝式电火工品在外部强场辐照下的温升响应，通过外推确定受试电火工品的发火感度，从而对灼热桥丝式电火工品的电磁辐射安全性进行评估是突破现有评估技术瓶颈的有效措施；应进一步研究解决脉冲条件下由于灼热桥丝式电火工品桥丝响应时间远小于光纤测温装置响应时间导致的无法精确测温问题，以满足实装灼热桥丝式电火工品电磁辐射安全性评估的实际需求。     

一种执行机构等效装置设计

为了满足航天器桌面散态匹配试验测试需求,研制一种基于PC104总线的执行机构等效装置,详细阐述了等效装置的功能、工作原理、硬件电路设计、软件设计思想,该系统采用模块化、可配置软件架构设计,实现了正常、应急多测试工况一体化设计;应用严格的窗口比较器硬件电路设计技术,实现信号电压幅值的高精度采集,确保输入信号的可靠判定;利用FPGA技术突破信号脉宽高精度采集和信号延时高精度可控等关键技术,该系统实现了输入信号幅值、脉宽的实时采集、存储与显示,并按照事先设定的工作模式及配置参数,完成不同测试工况下输出信号的模拟反馈。试验结果表明,系统稳定可靠,人机界面友好,满足航天器多测试工况控制时序和功能检查需求。     

基于脉宽脉幅混合调制技术的功耗检测电路

线性电源因其干扰小、动态响应速度快等优点被广泛用作半导体激光器驱动电源。针对线性电源中调整管易因功耗过大发生故障的问题,提出了一种脉宽脉幅混合调制方法,利用调整管漏源电压和漏极电流调制生成高频方波,通过平均值电路计算方波平均值,并基于此方法设计了一种调整管功耗检测电路。搭建实验平台对电路进行测试,结果表明,电路检测精度高、硬件成本低、响应速度快,最大检测误差为-2.64%,线性拟合度为0.998 7,可广泛用于调整管的功耗检测以及安全区保护。     

微带型光导开关的电压转换效率

采用微带测试电路对光导开关电压转换效率进行了测试。依据传输线理论,考虑微带传输电路的端点反射,计算给出了光导开关导通电阻不为0的情况下,微带测试电路电压转换效率的解析结果。计算表明:对窄脉宽的线性电脉冲输出,电压转换效率将小于50%;对lock-on模式下的宽脉冲输出,电压转换效率可以超过50%,在理想情况下达到100%;在临界状态下,形成双峰电脉冲输出。结果表明,存在端点反射且光导开关产生电脉冲脉宽达到一定值时,微带线可以起到倍压传输线的作用。     

采用放大的自发辐射光源测试光学薄膜的损伤阈值

提出了一种精确评估光学薄膜损伤阈值的方法。放大的自发辐射(ASE)光源由于时间相干性和空间相干性较差,所以在近场区域光场强度分布均匀,聚焦后远场也没有被非均匀调制。采用ASE光束作为光学元件损伤阈值测试的辐照光源,可以提高辐照光源的均匀度,实现对光学薄膜损伤阈值的精确评估。ASE光源由神光II高功率激光装置的一级钕玻璃棒状放大器输出,脉宽经过光电开关调制后为9ns,能量输出在几毫焦耳到几十焦耳范围内可调节,光谱半峰全宽(FWHM)为1nm。根据标准ISO-11254,实验获得ASE测试TiO2高反膜的损伤阈值为15.1J/cm2,高于激光测试样品的损伤阈值7.4J/cm2(脉宽为9ns时),更准确地评估了样品的损伤阈值。     

声波远探测测井仪发射电路的优化实现*

声波远程探测需要低频大功率发射和宽频带接收技术,从而使得仪器看得远、看得清。目前,采用单脉冲的激励方式,需要增加发射脉宽或者提高发射电压来提高发射能量。而增加发射脉宽会降低成像分辨率,提高发射电压又对发射换能器提出了新的挑战。该文在现有换能器基础上,提出并采用线性调频脉冲信号激励换能器的方法,以提高探测距离和精度。具体采用DDS技术产生线性调频脉冲信号并由FPGA实现;采用高效的D类放大器来最大化功率;采用一个全桥电路实现了两路发射控制。测井表明,设计的电路能稳定有效地工作,相对于单脉冲发射电路而言,它得到了更好的成像效果图像。该文工作为远程声波探测测井仪器的自主研发提供了一种技术参考。     

双缝光幕靶设计

针对动力源火工品速度测试，设计了一种双缝光幕靶，实现对低速运动的火工品零件测速。与常规的单缝光幕靶不同，文中设计的双缝光幕靶将2个发射和接收装置融进一个单体结构，形成2个光幕。2台双缝光幕靶安装在同一个带有滑轨的固定架上，靶距可以任意调节。设计的双缝光幕靶可以替代传统的铜片测速方法，有效地提高了测量精度和实现了测量自动化。经过实弹射击和火工品试验验证，设计的双缝光幕靶测试系统可靠，测试数据准确。     

某弹射发控装置的可靠性设计与研究

主要从信号的输入,传输以及火工品方面考虑发控装置的可靠性;设计了有效的信号消抖方式和稳定的422通信链路,确保了发控信号的可靠输入;针对火工品点火,设计了安全可靠的点火控制电路,并加入了火工品保护、点火时序条件等防护和保障措施;该弹射发控装置能提供50ms以上约10A的火工品点火电流,目前已成功在某弹射靶场试验中使用,具有较高的安全可靠性和应用价值。     

基于G-SPAD的卫星激光测距回波特性

从盖革模式单光子雪崩光电二极管的光电特性出发,分析了卫星激光测距的测距精度与激光脉冲宽度及回波强度的关系,并利用长春站卫星激光测距系统对地球动力学卫星进行观测.结果表明,当回波光子数为1 000左右时,系统测距精度为10.2mm左右,当回波光子数为8 000时,测距精度减小为9.4mm左右,表明回波强度较大时,可提高卫星激光测距系统的测距精度;当激光器脉宽为200ps时,系统测距精度为17.3mm,当脉宽为50ps时,系统的测距精度为10.0mm,表明卫星激光测距系统的测距精度随着脉宽变窄得到了有效提高.为进一步验证理论结果,对Ajisai卫星进行实测,分析了高重复频率激光测距系统对系统测距精度的影响,结果表明采用窄脉宽高重复频率的激光测距系统,激光测距有效回波数和标准点密度呈数量级增加,测距精度也有一定的提高.因此,为了改善卫星激光测距系统回波特性,应选用脉宽窄、重复频率高、能量大的激光器作为基于盖革模式单光子雪崩光电二极管的卫星激光测距系统的激光光源.     

兰州重离子回旋加速器主场电源改造

为满足分离扇回旋加速器（SSC）对于磁场精度的需求,需对其主场电源进行改造。提出开关电源与线性电源相结合的方式作为SSC主场电源的改造方案。电源总体分为两部分,采用模块化的开关电源作为前级电压源,三极管线性调整电路作为后级模块的主电路,充分利用两种电源的优势,实现高稳定度、低纹波的电流输出,同时大幅度提升电源的功率密度和可靠性。文章介绍了电源的工作原理及改造过程,详细阐述了三极管线性放大原理以及管压降控制电路、输出电流控制电路的设计与实现,通过仿真对电路进行功能验证,最终在电源样机上进行实验测试。测试结果表明:改造后主场电源输出电流稳定度达到了±3.99×10?6,电流纹波达到了2.7×10?9,各项性能均优于改造前。     

塑料光纤拉丝塔控制系统设计

为减小塑料光纤纤芯直径波动造成的非固有散射损耗,设计了一种新型光纤拉丝塔控制系统,详细阐述了其工作原理及软硬件实现过程。采用单片机作为核心处理部件,合理设计传感器测温电路、加热炉温度控制电路、直径测量和控制电路以及友好的人机界面。实验表明系统拉丝芯径范围宽(0.2～3mm),拉制光纤直径均匀,精度可控制在15μm以内。整个系统成本低,实用价值高,满足塑料光纤实验室研究需要,可供实际生产参考。     

基于光斑跟踪器的脉冲峰值保持电路的实现

针对激光光斑跟踪器接收信号处理系统中常规A/D采样电路对脉冲电压峰值采集的技术要求,设计了一种脉冲峰值保持电路。通过对该峰值保持电路的各项指标进行理论分析,采用宽带宽跨导放大器MAX436设计该峰值保持电路,并对该电路进行了仿真分析与实验研究,得到满足参数指标设计要求的实验结果:对于脉宽50 ns的激光脉冲信号,在输入信号幅度大于100 mV时,峰值保持电路的响应速度2 ns,下垂速率6.0 mV/s,保持精度1.1%。     

基于窄脉冲传输的脉冲展宽IGBT驱动电路

设计了一种采用高压隔离脉冲变压器传输窄脉冲,然后应用脉冲展宽电路实现宽脉冲驱动信号输出的无源IGBT驱动电路。采用正电压turn-on窄脉冲和负电压turn-off窄脉冲组合传输的方式以减小高压隔离脉冲变压器的体积和重量,脉冲展宽电路使IGBT在turn-on脉冲上升沿导通,在turn-off脉冲上升沿关断,且其具备储能功能,无需高压隔离辅助直流电源为其供电。脉冲信号发生电路和过流保护电路耦合设计,使IGBT在正常关断和过流保护关断情况下,其栅极都处于反压偏置状态,以提高IGBT关断的快速性和可靠性。将驱动电路用于级联Marx高压电路中IGBT开关的驱动,turn-on脉冲和turn-off脉冲的脉宽均选择为2 μs,结果表明,Marx电路在输出脉冲电压峰值为20 kV时工作稳定,且脉宽在3.5~50 μs之间连续可调,等离子体负载下的输出电压和电流波形显示,打火情况发生时,过流保护电路工作稳定可靠。该驱动电路可有效实现宽脉冲驱动信号的产生,具有较强的可靠性和实用性。     

基于FPGA自主控制浮点加减控制器设计

为实现一种能够自主完成浮点数加/减运算功能的浮点数加/减运算执行控制器,提出了一种基于采用FPGA并行操作电路硬连接的浮点数加/减运算控制电路及其时序控制方法;该控制器在接收到操作数类型与参与运算的操作数后,在内部时序脉冲作用下,可以自主完成操作数的配置以及浮点数加/减法运算的功能,运算结果传输到系统数据总线;论述了该控制器的电路构成和基本原理,分析操作数类型与操作数在内部时序脉冲作用下的执行过程,应用Verilog HDL语言实现相关硬件的构建和连接;设计完成后通过仿真测试可知,该控制器运行的最高频率可达178.317 M,从输入端口到输出端口的延时数据为:最小延时是3.185 ns,最大延时是15.336 ns,耗用的IO输入输出端口占总资源的27.92%,数据表明该控制器提高了运算器的运算速度,且能够自主完成浮点数加/减运算。     

基于磁隔离驱动的亚微秒高压脉冲电源

为满足不可逆电穿孔对高压纳秒脉冲电源的需求,并且突破电源模块耐压的限制,提出了一款以正极性Marx为主电路、具有ns级前沿的高重复频率的亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源使用光纤传输信号,经过驱动芯片放大信号后,利用磁芯变压器传递驱动信号给MOSFET。磁芯变压器给电路提供了磁隔离,使驱动电路不会受高压输出的影响,提高了电路的耐压水平。驱动电路设计简单,所需元器件较少,可提供负压偏置,使开关管可靠关断,提高电路的抗电磁干扰能力,保障电路稳定运行。此电源由16级电路构成,实验表明:在10 kΩ纯阻性负载上,当输入电压为630 V时,即可得到10 kV的高压输出。其最小脉宽为300 ns,频率1 Hz～10 kHz可调。该脉冲电源结构紧凑,能够做到输出电压、脉宽、频率可调。研究了磁芯材料和匝数对驱动脉宽的影响。结果表明:匝比的增加会影响信号脉宽,在一定的条件下,单匝电感量的差异和磁芯材料的不同对信号脉宽的影响较小。     

一种冷水式空调机组及其水温检测方法

本文基于冷水式空调机组系统原理及水温控制需求,设计了一种Pt1000铂电阻温度传感器水温检测电路及其检测方法。通过对硬件电路器件精度、外接Pt1000引线电阻等造成的误差分析,采用自动温度补偿手段对Pt1000采集温度值进行校正,消除了各因素引起的误差。通过在冷水式空调机组试验和环温对水温检测的影响试验,结果表明,Pt1000铂电阻传感器采集的温度经温度补偿,精度≤±0.05℃,可满足冷水式空调机组水温高精度采集工况的需求,控制精确,运行范围广,性能较稳定、可靠,提高了用户体验。     

兰州重离子冷却储存环束流踢轨控制系统

 踢轨系统是一种以快速脉冲方式工作的以高压大电流驱动的特殊二极磁铁系统,用于环形加速器的束流注入和引出。简要介绍了在兰州重离子加速器冷却储存环上采用ARM+DSP+FPGA技术实现踢轨控制时序的方法,时间控制精度达ns量级。ARM主要控制信号的网络通讯,踢轨系统的时序精度控制主要由DSP结合FPGA技术完成。远程时序控制信号均通过光纤传输,同时对踢轨电源的电压给定采用信号隔离器及铁氧体以抑制脉冲干扰。经现场测试,系统可以安全稳定地实现束流踢轨的控制要求。     

一种应用于激光雷达接收机的回波峰值检测量化电路

为实现对激光雷达回波峰值的测量,介绍了一种应用于激光雷达接收机的回波峰值检测量化电路,采用对电压回波脉冲采样保持的方法配合低速模拟数字转换器(Analog to Digital Converter,ADC)来实现回波峰值的高精度量化。电路采用SMIC 0.18μm工艺设计,仿真结果显示,该电路采样电压动态范围为800 mV,采样3 ns脉宽的脉冲保持电压误差小于3.16%,实现10 bit的量化精度。整体电路采样周期由外部使能信号和复位信号控制,可满足不同场合下激光雷达接收机回波峰值采样的应用需求。