數字電壓表的單次脈沖幅度精確測量技術研究

趙云麗

摘要：隨著社會主義現代化建設的不斷發展，我國的脈沖技術得到了卓有成效的發展，在物理、化工、數據通信等行業中得到了有效的應用。傳統的數字示波器在對單次脈沖幅度進行測量的過程中，往往存在測量不確定度大的缺點。文章對數字電壓表在單次脈沖幅度的測量技術進行了探究，為相關領域提供參考與借鑒。

關鍵詞：數字電壓表；單次脈沖幅度；精確測量技術；不確定度；數據通信 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN806 文章編號：1009-2374（2016）16-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.016近年來，我國的化工、自動控制以及計算機技術等行業取得了空前的進步，對脈沖技術的應用以及依賴性越來越強，這也在一定程度上促進了脈沖技術的發展。作為脈沖技術中極為重要的組成部分，脈沖幅度的測量不僅關系著脈沖技術的有效應用，更影響著脈沖技術的長期發展。目前，數字電壓表在單次脈沖幅度測量中得到了廣泛應用，不僅精確度高，而且成本低廉，擁有著良好的發展前景。

1 傳統的脈沖幅度測量技術

通常對脈沖幅度的測量主要包括示波器、脈沖電壓表以及數字電壓表三種方法，其中數字電壓表的技術指標最為精確，為±0.01%。這三種測量方法既有各自不同的特征，又有一定的相似性。三種測量方法均采用的是脈沖頂、底與直流電壓比較的方式。如典型的DO15型脈沖電壓表主要是利用電子斬波器實現脈沖幅度與直流電壓的比較，其測量幅度一般小于10V；DO19型脈沖電壓表充分利用二極管的單向導電性，使脈沖幅度與直流電壓實現比較，其測量范圍最高能夠達到200V。而PAC-11型脈沖電壓表主要利用機械振子的作用將直流電壓與脈沖頂、底進行比較。采用脈沖電壓表對脈沖幅度進行測量，盡管能夠在一定程度上保證測量的準確度，卻無法實現對單次脈沖信號的測量。目前，對單次脈沖幅度的測量一般采用的是數字示波器，該測量方法波形相對直觀、測量頻率寬，然而其示波器8位A/D采樣的方法往往會造成測量結果的不準確，最大允許誤差為±1%。

2 數字式電壓表概述

2.1 數字電壓表原理

數字電壓表以控制器ST為總指揮部，通常約2s左右便會發出一個啟動脈沖，不僅能夠將控制門T打開，使間隔的時間脈沖序列順利進入十進制計數器，而且能夠觸發電壓發生器，使其產生一種直線上升式的斜坡電壓，在不斷上升的過程中，電壓比較內的被測電壓將會與斜坡電壓進行反復比較，一旦這兩者電壓相同，電壓比較器會自動發出關門信號，進而使T門實現關閉狀態，在這種條件下，T門從開啟到關閉過程中通過T門的標準時間脈沖的數量將會在十進制計數器中進行保留并顯示。通常，斜坡電壓的上升速度與被測電壓有著密不可分的聯系，被測電壓越大，斜坡電壓上升至同等電壓所用的時間就越長，T門開啟的時間也會隨之增加，在十進制計數器中所顯示的數字就越大，即脈沖的個數越多。因此，在對脈沖幅度進行測量時，要選取標準脈沖發生器，保證通過T門的脈沖個數與被測的電壓值相同，在顯示器中便會準確地顯示出所測電壓的數值。

2.2 數字電壓表測量單次脈沖幅度的原理

通常，脈沖波形的頂與底為直流電壓波形（圖1），其能夠對脈沖幅度的頂與底進行精準的測量，一般認為頂與底的電壓差值即為所測脈沖幅度的數值。數字電壓表能夠直接對直流電壓進行有效的測量。在對校準儀方波幅度進行檢定的過程中，可以采用觸發數字電壓表對其進行測量，由于示波器校準器采用的連續方波信號的輸出方式，因此必須經過適當的改進才能夠應用于對單次脈沖幅度的測量。作為一種高采樣率數字電壓表，由安捷倫公司所生產的3458A型數字電壓表能夠對脈沖波形的頂與底進行有效的測量，并實施高速采樣，其采樣主要是通過數字電壓表的延遲設置以及觸發功能控制實現的，進而獲取所測電壓的數值，確定脈沖波形選定位置的電壓值。需要注意的是，當數字電壓表通過觸發功能對電壓進行測定時，在觸發之前，其數碼顯示的數值并不會消失，基于這一特點，只需將觸發方式進行改進，便能夠實現對單次脈沖波形頂與底的電壓測量，頂與底的差值便是單次脈沖幅度值。

3 數字電壓表對單次脈沖幅度的測量方法

在對單次脈沖幅度進行測量前，要對數字電壓測量方式進行有效的改進，其關鍵步驟是將數字電壓表的觸發功能進行設置，改為內觸發，其具體步驟如圖2。完成相關設置后，數字電壓表的脈沖發生器將會發出脈寬>50us的單次脈沖，在這種條件下，數字電壓表能夠順利完成對單次脈沖幅度的測量，詳見圖3。

4 測量結果有效評定

4.1 測量結果不確定度評定

數字電壓表對脈沖幅度測量的不確定度主要表現為數字電壓表測量不準確、讀數分辨能力差以及測量結果重復等多個方面。本次研究中所采用的數字電壓表為安捷倫公司生產的3458A型數字電壓表，經過計算可發現其引入的不確定度為2.2×10-6。其電壓表的讀數分辨力可達到1uV，通過對不確定度量大小的觀察，可以發現主要作用的不確定度表現為數值的重復性。

4.2 三種方法測量結果比較

通過數字電壓表以及其他兩種方式的測量比較，可以發現數字示波器能夠有效地測量出單次脈沖幅度值以及連續脈沖幅度，然而該測量方式具有一定的不確定度；而采用脈沖電壓表盡管能夠具有較高的準確度，卻無法完成對單次脈沖幅度的測量。對數字電壓表進行改進后，不僅能夠保障測量的準確度，而且能夠順利實現單次脈沖幅度測量，具有一定的可操作性。

5 結語

本次研究通過對數字電壓表的改進，能夠完成對單次脈沖幅度的精準測量，同時能夠實現連續脈沖的測量，不僅在一定程度上克服了數字示波器的缺陷，而且成本低廉，可以在各大行業中推廣、應用。

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