1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書電磁脈沖模擬器空間電場測量系統(tǒng)日勺硬件課題名稱電路設(shè)計(jì)及仿真系 別電氣信息系專業(yè)班級姓 名學(xué) 號畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：1、一方面理解強(qiáng)脈沖功率電源勺工作原理，電場測量技術(shù)勺理論基本和基本措 施，設(shè)計(jì)有關(guān)硬件電路，涉及傳感器電路、接口轉(zhuǎn)換電路；2、對多種電場測量措施和原理進(jìn)行分析，選擇合適勺一種措施測量強(qiáng)脈沖功率 電源勺電場強(qiáng)度，對電場空間和時間分布進(jìn)行計(jì)算；3、學(xué)習(xí)使用OrCAD/PSpice等硬件電路仿真軟件，VB等編程軟件。4、總結(jié)編排材料，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，進(jìn)行畢業(yè)答辯。規(guī)定：1、論文規(guī)定格式規(guī)范，筆跡清晰，應(yīng)有中英文摘要、核心詞并附兩張大圖；2、論文規(guī)定所設(shè)計(jì)勺測

2、量系統(tǒng)有具體勺理論分析和設(shè)計(jì)根據(jù)計(jì)算；3、論文最后應(yīng)附有5000中文勺有關(guān)英文資料翻譯。指引教師簽字:日期： 年 月 日電磁脈沖模擬器空間電場測量系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)及仿真摘要本文針對有界波EMP （電磁脈沖）模擬器日勺研究，電磁脈沖模擬器作為外部高 能脈沖鼓勵源，為實(shí)驗(yàn)研究復(fù)雜電磁環(huán)境中日勺電磁預(yù)測問題提供了必要日勺技術(shù)支持。 在學(xué)習(xí)模擬器原理及構(gòu)造勺基本上設(shè)計(jì)了一套小型平行板電磁脈沖模擬器空間電場 測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)涉及電場測量探頭、信號調(diào)理電路，高速數(shù)據(jù)采集部分。其中高速 數(shù)據(jù)采集部分采用了加拿大AlazarTech公司勺高速數(shù)據(jù)采集卡ATS9350。本文在查閱了大量文獻(xiàn)勺基本上，對多種電場

3、測量系統(tǒng)勺方案進(jìn)行了綜述與比 較。對電磁脈沖模擬器勺構(gòu)成及其脈沖源進(jìn)行了初步探究和分析。本設(shè)計(jì)使用OrCAD/PSpice軟件繪制了信號調(diào)理電路勺原理圖，并模擬電場探頭 感應(yīng)脈沖電場合產(chǎn)生勺電壓脈沖信號進(jìn)行了鼓勵源勺設(shè)計(jì)，并用此鼓勵源對原理圖進(jìn)行了 PSpice仿真驗(yàn)證，得出了想要勺信號調(diào)理成果。核心詞：電磁脈沖模擬器，電場測量，信號調(diào)理，PSpice仿真，Hardware circuit design and simulation of electromagneticpulse simulator space electric field measurement systemAbstract

4、In this paper, the bounded-wave EMP (electromagnetic pulse) simulator, electromagnetic pulse simulator as an external high-energy pulse excitation source for the prediction of complex electromagnetic environment of the experimental study of electromagnetic necessary technical support. Designed on th

5、e basis of learning simulators principle and structure of a small parallel-plate EMP simulator space field measurement system. The system consists of the electric field measurement probe, signal conditioning circuits, high speed data acquisition part. Which high-speed data acquisition part the Canad

6、ian AlazarTechs high-speed data acquisition card ATS9350.Access to a lot of literature on the basis of a variety of field measurement system program are reviewed and compared. Conducted a preliminary inquiry and analysis of the composition of the electromagnetic pulse simulator and its pulse source.

7、This design using OrCAD / PSpice software to draw a signal conditioning circuit schematic and simulation from electric field probe sensor pulse power spaces voltage pulse signal carried the excitation source design, and with this incentive source schematic carried the PSpice simulation validation, h

8、ave a desired signal conditioning results.Keywords: electromagnetic pulse simulator, electric field measurement, signal conditioning, PSspice simulation,目錄摘要錯誤!未定義書簽。Abstract 錯誤!未定義書簽。第 章 緒論錯誤!未定義書簽。1.1選題日勺背景及來錯誤!未定義書簽。1.2空間電場測量日勺綜錯誤!未定義書簽。1.2.1引言錯誤!未定義書簽。1.2.2空間電場測量原理和措錯誤!未定義書簽。1.3課題研究勺重要內(nèi)容錯誤!未定義書簽

9、。第二章電磁脈沖模擬器簡介錯誤!未定義書簽。2.1引言錯誤!未定義書簽。2.2電磁脈沖模擬器勺構(gòu)成錯誤!未定義書簽。2.2.1高壓脈沖源錯誤!未定義書簽。2.2.2小型平板形有界波模擬器錯誤!未定義書簽。2.3本章小結(jié)錯誤!未定義書簽。第三章電磁脈沖模擬器空間電場測量系統(tǒng)勺研制錯誤!未定義書簽。3.1測量系統(tǒng)勺整體方案錯誤!未定義書簽。3.2電場探頭勺原理錯誤!未定義書簽。3.3信號調(diào)理電路勺設(shè)計(jì)錯誤!未定義書簽。3.3.1信號調(diào)理電路概述錯誤!未定義書簽。3.3.2信號調(diào)理電路各部分功能及規(guī)定錯誤!未定義書簽。3.4高速數(shù)據(jù)采集卡勺選型錯誤!未定義書簽。ATS9350重要性能簡介錯誤!未定義

10、書簽。ATS9350勺內(nèi)部構(gòu)造錯誤!未定義書簽。3.5本章小結(jié)錯誤!未定義書簽。第四章信號調(diào)理電路勺PSpice仿真錯誤!未定義書簽。4.1 OrCAD/PSpice軟件日勺構(gòu)成錯誤!未定義書簽。4.2電路模擬日勺基本過程錯誤!未定義書簽。4.3信號調(diào)理電路勺仿真錯誤!未定義書簽。4.3.1鼓勵源勺設(shè)計(jì)錯誤!未定義書簽。4.3.2整體電路設(shè)計(jì)及仿真錯誤!未定義書簽。4.4本章小結(jié)錯誤!未定義書簽?？偨Y(jié)錯誤!未定義書簽。致謝錯誤!未定義書簽。參照文獻(xiàn)錯誤!未定義書簽。附錄錯誤!未定義書簽。附錄1完整勺信號調(diào)理電路電路圖：錯誤!未定義書簽。第一章緒論1.1選題日勺背景及來源眾所周知，現(xiàn)代社會離不開

11、電和磁，電與磁以多種形式無孔不入地滲入到人們生 活日勺各個領(lǐng)域中。特別是20世紀(jì)以來，隨著通訊和電氣技術(shù)日勺發(fā)展及應(yīng)用，電氣與電 子設(shè)備日勺干擾和抗干擾問題日益突出。大量電子、電氣設(shè)備勺廣泛使用，使電磁環(huán)境 越來越復(fù)雜。特別是某些瞬態(tài)勺干擾源，它們產(chǎn)生勺脈沖干擾上升時間從us級到ns 級，產(chǎn)生勺瞬變電磁場持續(xù)時間比較短，幅值比較大?？梢酝ㄟ^傳導(dǎo)或輻射勺方式對 所處環(huán)境中勺多種設(shè)備形成強(qiáng)烈勺干擾。電磁脈沖就是這樣一種瞬態(tài)現(xiàn)象。從時域波形看，一般具有陡峭勺前沿，寬度較 窄；從頻域看，則覆蓋了較寬勺頻帶。除了雷電會產(chǎn)生電磁脈沖以外，靜電放電以及 大功率電子、電氣開關(guān)勺動作也會產(chǎn)生電磁脈沖。特別是核爆

12、炸產(chǎn)生勺電磁脈沖，峰 值場強(qiáng)極高，上升時間極短，其能量之大，作用范疇之廣，是其她任何電磁脈沖無法 相比勺，因而對多種軍用和民用勺電子、電氣設(shè)備與系統(tǒng)構(gòu)成勺威脅最為嚴(yán)重。自20 世紀(jì)70年代以來，核電磁脈沖及其工程防護(hù)技術(shù)受到各大國軍方勺普遍關(guān)注。目前， 隨著核技術(shù)勺發(fā)展和非核電磁脈沖武器勺浮現(xiàn)，不僅提高電磁脈沖在核爆炸能量中勺 份額并增強(qiáng)其威力，并且非核電磁脈沖炸彈也能產(chǎn)生類似勺效應(yīng)。同步軍用電子、電 氣設(shè)備微電子化，使其對于電磁脈沖勺敏感性和易損性日趨嚴(yán)重。因此，有關(guān)電磁脈 沖及其產(chǎn)生勺電磁場測量技術(shù)便成為當(dāng)今世界各大國研究勺熱點(diǎn)。因此為了使設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)具體干擾勺狀況采用某些措施（如屏蔽

13、、接地、濾 波及隔離），就需要擬定這些瞬態(tài)干擾對設(shè)備影響勺狀況。為此就需要使用相應(yīng)勺電 磁場傳感器測量多種瞬態(tài)電磁干擾勺分布。由于需對電磁脈沖產(chǎn)生勺電磁干擾勺分布進(jìn)行測量以及核武器效應(yīng)模擬勺需要， 自20世紀(jì)70年代以來，隨著電子技術(shù)和電子武器勺發(fā)展和應(yīng)用，有關(guān)電磁脈沖勺十 擾破壞效應(yīng)、生物效應(yīng)及工程防護(hù)勺理論和技術(shù)始終是世界各大國研究勺熱點(diǎn)之一， 其中電磁脈沖模擬技術(shù)得到了極大勺關(guān)注。電磁脈沖模擬器勺發(fā)展也得到了推動。1.2空間電場測量日勺綜述1.2.1引言電場測量在諸多科學(xué)研究和工程技術(shù)領(lǐng)域具有重要意義，特別是在電力系統(tǒng)、電 磁兼容及微波技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。例如，在電磁科學(xué)研究中，電場

14、測量可作為 檢查電場理論計(jì)算與否精確日勺有效手段，為許多難以計(jì)算日勺電場環(huán)境提供測量數(shù)值， 在電力工業(yè)，電場測量可用于電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測、電氣設(shè)備內(nèi)外電場分布測量、高電 壓實(shí)驗(yàn)及電暈放電現(xiàn)象研究等，在電磁兼容領(lǐng)域研究中，電場測量可用于檢測電氣、 電子設(shè)備勺對外電磁輻射與干擾，以及研究環(huán)境電場對電子儀器運(yùn)營勺影響；在微波 技術(shù)中，需要對微波發(fā)射與接受設(shè)備周邊電場進(jìn)行測量。此外，在核物理以及航空航天科 學(xué)與技術(shù)研究中也需要空間電場傳感器。與電壓傳感器不同，電場傳感器一般應(yīng)能同步測量二維或三維電場矢量勺大小和 方向，且傳感元件對被測電場勺擾動應(yīng)盡量小，對于瞬態(tài)或脈沖電場勺測量還規(guī)定傳 感器響應(yīng)頻帶寬和

15、動態(tài)范疇大，以使傳感信號盡量不失真。強(qiáng)脈沖電場測量并不完全同于一般勺電場測量，它最重要勺特點(diǎn)是：電場強(qiáng)度大，并且跨度也大，從百伏每米到數(shù)十萬伏每米；非周期性，電場一般是脈沖式勺，需要測時域波形；變化快，上升沿及脈寬常是ns級，輻射勺帶寬較寬。這些特點(diǎn)對測量設(shè)備提出了很高勺規(guī)定，涉及同步應(yīng)具有足夠勺敏捷度、良好勺 動態(tài)響應(yīng)范疇以及抗干擾能力等等，用一般勺電磁輻射測量設(shè)備往往不能滿足規(guī)定。1.2.2空間電場測量原理和措施縱觀近年來國內(nèi)外有關(guān)瞬態(tài)強(qiáng)電場測量技術(shù)勺研究，根據(jù)不同勺原理和構(gòu)造，測 量措施總勺可以分為2種：一是天線直接感應(yīng)勺措施；二是基于電光效應(yīng)傳感器及光 纖傳播勺光學(xué)調(diào)制勺措施。國內(nèi)有有

16、關(guān)產(chǎn)品，但性能還不夠成熟，國外有現(xiàn)成產(chǎn)品，但購買困難。電場強(qiáng)度是高電壓技術(shù)中一種非常重要日勺參數(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)日勺發(fā)展，諸多壓 電場問題都可以采用合適日勺算法進(jìn)行計(jì)算。但在有些場合，目前勺計(jì)算措施卻難以應(yīng) 用或不合用了。隨著大量電子產(chǎn)品在電力系統(tǒng)中勺應(yīng)用，電磁兼容問題以及人們對所 生存環(huán)境周邊勺電磁場問題勺關(guān)懷，使得電場勺測量成為必需。為了測量高壓瞬變電 場，需要研制能測量空間瞬變電場勺傳感器。由于光纖可以隔離高壓電信號而不會引 入畸變，因此，在高壓電場測量中，采用光纖作為信號勺傳播媒體。天線直接感應(yīng)法這種措施是采用寬帶天線，直接獲取瞬態(tài)電場信號，再經(jīng)高頻電纜將接受到勺信 號送入示波器進(jìn)行顯

17、示解決。天線直接感應(yīng)法曾廣泛應(yīng)用于測量實(shí)際9,但它勺重要 缺陷是信號勺傳播需采用高頻電纜，被測電場也許會與電纜發(fā)生耦合，從而干擾所測 成果；傳播距離和帶寬都很有限。盡管如此，對天線研究勺意義還是非常大勺，由于 天線作為傳感器探頭捕獲電場信號仍常用于其她勺測量措施。為理解決天線直接感性法因使用高頻電纜傳播信號容易受干擾勺問題，人們改用 了光纖傳播勺措施。這是由于，光纖傳播具有完全勺電絕緣，以及傳播頻率范疇寬等 長處。固然，這需要一方面使電場信號轉(zhuǎn)變成光信號，人們把這種測量瞬態(tài)電場勺措 施統(tǒng)稱為光學(xué)調(diào)制法。目前研究較為成熟且已應(yīng)用于測量實(shí)際勺重要有如下2種：有 源電光調(diào)制法和基于Pockel s效應(yīng)勺無源電光調(diào)制法。有源電光調(diào)制法有源電光調(diào)制措施是在傳感器探頭部分將用天線接受到勺電場信號轉(zhuǎn)變成光信 號，通過光纖傳播到控制單元后，再還原成電信號進(jìn)行顯示解決。由于它在傳感探頭 部分要進(jìn)行電光信號勺轉(zhuǎn)換，故須提供電源，因而得其名。它勺一般性原理如圖1-1 所示：阻找變換圖1-1有源光電調(diào)制法日勺一般性原理示意圖用來感應(yīng)電場日勺探頭一般采用棒狀電小極子天線或球形電場探頭:偶極子天線天線滿足電小條件，即其尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)不不小于信號中勺最短波長。這一規(guī)定保證了 信號在天線中傳播所需勺時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不不小于信號前沿勺上升時間，從而保持脈沖原有 勺形狀。偶極子傳