史豆豆

摘要：由于本課題是一種基于高壓的自動測試系統(tǒng)，系統(tǒng)的待測元件是陰極氣體放電管，氣體放電管是一種開關(guān)型保護器件，將高壓電源直流高壓輸送到氣體放電管，當氣體放電管發(fā)生擊穿，根據(jù)陰極質(zhì)量特性和輝光放電出現(xiàn)來確定放電延遲時間。改變點火脈沖幅度和占空系數(shù)，同時對測量延時時間的結(jié)果進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理，從而利用LabVIEW軟件系統(tǒng)的設(shè)計完成對陰極發(fā)射能力及放電管壽命進行預(yù)估評價。

關(guān)鍵詞：高壓電源；數(shù)據(jù)采集；LabVIEW；陰極管

陰極管作為電力設(shè)備防護器件，被廣泛應(yīng)用于配電設(shè)施、過程控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、大功率工業(yè)系統(tǒng)，以保護設(shè)備免遭浪涌和尖峰的破壞。由于尖峰電壓和雷電的廣泛存在，電路負荷一旦突然加重，必定影響電路電壓穩(wěn)定。所以對于陰極管的性能檢測非常必要。本文提出的一種測量陰極管性能的高壓測試系統(tǒng)，主要包括高壓電源模塊、數(shù)據(jù)采集與信號調(diào)理模塊、以及基于LabVIEW的軟件測量系統(tǒng)。

1陰極管工作原理

陰極管內(nèi)部有帶間隙的金屬電極，充以惰性氣體，采外面用絕緣耐高溫陶瓷封裝。通常狀況下，陰極管具有高阻抗的特性。當尖峰高電壓加載到電極端時，管內(nèi)氣體分子被電離形成離子和電子，在電場作用下，導通電路。陰極管的響應(yīng)時間相對較長，可承受較高的尖峰電壓。一旦被觸發(fā)即形成短路，直到過電壓消失，氣體放電停止，從而保護相應(yīng)線路。

2高壓電源模塊

由于放電管是工作在放電狀態(tài)，要想測量放電管的參數(shù)，必須在放電管陽極和陰極間施加高壓，但是傳統(tǒng)的高壓電源是將電網(wǎng)電壓直接送入高壓變壓器使輸出高壓后，一種是進一步通過整流電路，濾波電路得到穩(wěn)定高壓，另一種是將交流電壓升高后通過倍壓整流電路進一步得到高壓。為了獲得較高電壓，通常采用增大變壓器變比的方法在變壓器次級直接獲得高壓。

本設(shè)計高壓電源模塊僅要求輸出電壓2000V、電流10mA，且對電壓穩(wěn)定性要求較高，開關(guān)穩(wěn)壓電源，雖然體積小，效率高，但輸出電壓的紋波大，通常不能輸出高的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源輸出電壓穩(wěn)定性雖高，但缺點是電源效率低，為保證輸出電壓穩(wěn)定、可靠，需要采用復合式開關(guān)電源的設(shè)計，前級采用300V開關(guān)穩(wěn)壓，為后級提供直流輸人電壓，然后利用線性穩(wěn)壓電路獲得高質(zhì)量的穩(wěn)壓輸出。

為保證輸出電壓穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便、可靠，采用兩級穩(wěn)壓開關(guān)技術(shù)，同時也減小變壓器的壓力。第一級直接將AC220V整流濾波，預(yù)穩(wěn)得到300V的直流電壓；第二級將300V的直流電壓進行變頻震蕩，產(chǎn)生幅值150V、頻率40kHz的方波電壓，經(jīng)變壓器輸出，整流濾波產(chǎn)生2000V電壓。電壓調(diào)節(jié)采用光耦控制分壓技術(shù)，實現(xiàn)無極調(diào)節(jié)。

3信號調(diào)理模塊

由于實際取樣的信號較小，將取樣電阻上的電流經(jīng)電流跟隨器、放大器，濾波器經(jīng)光耦隔離將信號傳給信號處理電路。由于本設(shè)計背景是高壓環(huán)境，故在信號調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集卡之間加入光耦隔離既保護了下級的控制回路，抑制了環(huán)境噪聲對數(shù)據(jù)采集電路的影響，抑制公共地、電磁閥及不明脈沖對設(shè)備的干擾，同時保護人員設(shè)備的安全。

4數(shù)據(jù)采集模塊

本設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由電壓、電流采樣電路，信號調(diào)理電路，光耦隔離，數(shù)據(jù)采集卡，工控機和測量采集軟件組成。其中測量采集軟件包括軟件信號調(diào)理、分析及控制、數(shù)據(jù)存儲和交互界面四部分。

5軟件設(shè)計

軟件部分涉及軟件信號的調(diào)理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析及控制以及人機交互界面的設(shè)計?？蓪崿F(xiàn)對前端點火電路的控制，設(shè)定參數(shù)，包括測量次數(shù)、電流持續(xù)時間、數(shù)據(jù)保存、測量間隔。顯示測試結(jié)果包括平均延時時間、平均延時電流、預(yù)估壽命、測試時間、開始測試、停止測試及退出。