太陽磁場望遠(yuǎn)鏡KD*P高壓脈沖電源設(shè)計
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2．1 邏輯判別與輸出控制繼電器電路
主控計算機(jī)根據(jù)觀測波長和觀測內(nèi)容確定控制信號，通過數(shù)字I／O卡將組合邏輯信號發(fā)送給高壓調(diào)制系統(tǒng)。系統(tǒng)中通過可編程邏輯器件(GAL 16V8)，根據(jù)輸入邏輯選擇工作繼電器的接通與斷開，實現(xiàn)觀測內(nèi)容和所需高壓的對應(yīng)。
2．2 光耦隔離保護(hù)電路
由于系統(tǒng)中存在1 000 V的高壓成分，為了對主控計算機(jī)進(jìn)行保護(hù)，邏輯控制側(cè)的TTL控制信號通過光耦控制現(xiàn)場側(cè)的高壓脈沖信號，形成從邏輯側(cè)到現(xiàn)場側(cè)的不可“逆”電路，從而保護(hù)主控計算機(jī)及其他重要的觀測設(shè)備。
2．3 數(shù)據(jù)采集與KD*P同步反轉(zhuǎn)電路設(shè)計
要實現(xiàn)磁場測量需要進(jìn)行積分計算，而且要保證左旋光和右旋光的分別進(jìn)行積分，然后才能根據(jù)Stokes公式計算獲得太陽磁場，通常情況下要實現(xiàn)10 G的測量精度，積分的數(shù)據(jù)幀數(shù)需要達(dá)到256幀以上。磁場計算公式經(jīng)簡化后如下：
Mag=K(I+-I-)／(I++I-) (1)
式中：Mag為太陽磁場；K為望遠(yuǎn)鏡磁場測量的定標(biāo)系數(shù)；I+和I-分別表示左旋光積分值和右旋光積分值。
因此，要保證磁場測量精度就必須要要保證數(shù)據(jù)采集和KD*P高壓信號的同步。在該系統(tǒng)中，通過CCD自身提供的Strobe信號和數(shù)字I／O卡輸出的數(shù)據(jù)采集結(jié)束信號經(jīng)由74HC74進(jìn)行同步形成KD*P高壓的反轉(zhuǎn)同步信號。
3 測試結(jié)果對比
3．1 高壓脈沖波形指標(biāo)對比
整個系統(tǒng)的要求指標(biāo)為：由于矩形波存在有一定的上升時間，這個上升時間一起的波形誤差經(jīng)過了KD*P調(diào)制器及濾光器作用，會引起出射光電流的畸變，這樣會影響測量視線速度的精度，以及干擾磁場信號。因此為了保證這個系統(tǒng)的測量精度，要求矩形波上升與下降時間在74μs之內(nèi)，也就是半波的上升下降時間在37 μs之內(nèi)，這相當(dāng)于矩形波周期的1／100，對于電壓紋波，要求矩形波頂部不規(guī)則起伏小于幅度的1／200。原有高壓調(diào)制系統(tǒng)實測指標(biāo)：矩形波的上升下降時間為10～12μs，僅為T／700新高壓調(diào)制系統(tǒng)實測指標(biāo)，如圖1所示。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/175830.htm
圖1為示波器測量所得輸出1 000V高壓時高壓脈沖信號的上升和下降沿，橫坐標(biāo)代表時間，每一個大格表示1μs；縱坐標(biāo)代表電壓幅值，一個大格代表500 V，圖中顯示的電壓幅值為1 000 V，即脈沖幅值為1 000 V時上升沿和下降沿的時間，都小于1μs。為了能夠更好地看出高壓波形的上升和下降所造成的時延，分別只抓取波形的上升沿和下降沿，比較其延遲時間，從圖中可以看出波形上升和下降沿總共的延遲小于2μs。
圖2為示波器測量所得高壓波形的紋波，為了能夠清楚的顯示紋波大小，在示波器上對波形進(jìn)行放大，橫坐標(biāo)代表時間，其中每大格代表400 ns(每小格80 ns)；縱坐標(biāo)代表電壓幅值，一個大格代表10 V(每小格2 V)。該圖表明系統(tǒng)輸出1 000 V的脈沖序列，上升沿開始1．6μs之后，紋波小于2 V。
圖2可以看出除了上升沿之后的1．2μs內(nèi)有4 V左右的波動之外(可能是系統(tǒng)中的電容效應(yīng)造成)，1．6μs之后平穩(wěn)輸出階段的紋波幅值均小于2 V，即波動小于總幅值的1／500。從上面的實際波形測量中我們看到：高壓波形的上升下降延遲時間總和小于2μs，常規(guī)觀測周期一般為20～30μs，即：延遲時間僅相當(dāng)于波形周期的1／1 500～1／1 000；電壓紋波，波形的不規(guī)則起伏小于2 V，即波動小于高壓幅度的1／500。以上指標(biāo)可以看出，高壓波形精度滿足了系統(tǒng)的原始要求，在實際使用中也取得了良好的效果。
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