84毕业设计――电磁脉冲模拟器空间电场测量系统的硬件电路设计及仿真

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊毕业设计(论文)任务书课题名称电磁脉冲模拟器空间电场测量系统的硬件电路设计及仿真系别电气信息系专业班级姓名学号毕业设计（论文）的主要内容及要求:内容：1、首先了解强脉冲功率电源的工作原理，电场测量技术的理论基础和基本方法，设计相关硬件电路，包括传感器电路、接口转换电路；2、对各种电场测量方法和原理进行分析，选择合适的一种方法测量强脉冲功率电源的电场强度，对电场空间和时间分布进行计算；3、学习使用OrCAD/PSpice等硬件电路仿真软件，VB等编程软件。4、总结编排材料，撰写毕业设计论文，进行毕业答辩。要求：1、论文要求格式规范，字迹清晰，应有中英文摘要、关键词并附两张大图；2、论文要求所设计的测量系统有详细的理论分析和设计依据计算；3、论文最后应附有5000汉字的相关英文资料翻译。指导教师签字：日期：年月日I┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊电磁脉冲模拟器空间电场测量系统的硬件电路设计及仿真摘要本文针对有界波EMP（电磁脉冲）模拟器的研究，电磁脉冲模拟器作为外部高能脉冲激励源，为实验研究复杂电磁环境中的电磁预测问题提供了必要的技术支持。在学习模拟器原理及结构的基础上设计了一套小型平行板电磁脉冲模拟器空间电场测量系统。该系统包括电场测量探头、信号调理电路，高速数据采集部分。其中高速数据采集部分采用了加拿大AlazarTech公司的高速数据采集卡ATS9350。本文在查阅了大量文献的基础上，对各种电场测量系统的方案进行了综述与比较。对电磁脉冲模拟器的构成及其脉冲源进行了初步探究和分析。本设计使用OrCAD/PSpice软件绘制了信号调理电路的原理图，并模拟电场探头感应脉冲电场所产生的电压脉冲信号进行了激励源的设计，并用此激励源对原理图进行了PSpice仿真验证，得出了想要的信号调理结果。关键词：电磁脉冲模拟器，电场测量，信号调理，PSpice仿真，II┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊HardwarecircuitdesignandsimulationofelectromagneticpulsesimulatorspaceelectricfieldmeasurementsystemAbstractInthispaper,thebounded-waveEMP(electromagneticpulse)simulator,electromagneticpulsesimulatorasanexternalhigh-energypulseexcitationsourceforthepredictionofcomplexelectromagneticenvironmentoftheexperimentalstudyofelectromagneticnecessarytechnicalsupport.Designedonthebasisoflearningsimulatorsprincipleandstructureofasmallparallel-plateEMPsimulatorspacefieldmeasurementsystem.Thesystemconsistsoftheelectricfieldmeasurementprobe,signalconditioningcircuits,highspeeddataacquisitionpart.Whichhigh-speeddataacquisitionparttheCanadianAlazarTech'shigh-speeddataacquisitioncardATS9350.Accesstoalotofliteratureonthebasisofavarietyoffieldmeasurementsystemprogramarereviewedandcompared.Conductedapreliminaryinquiryandanalysisofthecompositionoftheelectromagneticpulsesimulatoranditspulsesource.ThisdesignusingOrCAD/PSpicesoftwaretodrawasignalconditioningcircuitschematicandsimulationfromelectricfieldprobesensorpulsepowerspacesvoltagepulsesignalcarriedtheexcitationsourcedesign,andwiththisincentivesourceschematiccarriedthePSpicesimulationvalidation,haveadesiredsignalconditioningresults.Keywords:electromagneticpulsesimulator,electricfieldmeasurement,signalconditioning,PSspicesimulation,┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录摘要.................................................................IAbstract..............................................................II第一章绪论............................................................11.1选题的背景及来源.....................................................11.2空间电场测量的综述...................................................11.2.1引言............................................................11.2.2空间电场测量原理和方法...........................................21.3课题研究的主要内容.................................................6第二章电磁脉冲模拟器介绍..............................................62.1引言...............................................................62.2电磁脉冲模拟器的构成...............................................82.2.1高压脉冲源....................................................102.2.2小型平板形有界波模拟器........................................132.3本章小结..........................................................14第三章电磁脉冲模拟器空间电场测量系统的研制...........................153.1测量系统的整体方案................................................153.2电场探头的原理....................................................153.3信号调理电路的设计................................................163.3.1信号调理电路概述..............................................163.3.2信号调理电路各部分功能及要求..................................173.4高速数据采集卡的选型..............................................223.4.1ATS9350主要性能介绍..........................................223.4.2ATS9350的内部结构............................................233.5本章小结..........................................................24第四章信号调理电路的PSpice仿真......................................244.1OrCAD/PSpice软件的构成...........................................244.2电路模拟的基本过程................................................264.3信号调理电路的仿真................................................294.3.1激励源的设计..................................................294.3.2整体电路设计及仿真............................................314.4本章小结..........................................................31总结.................................................................32致谢.................................................................33参考文献..............................................................34附录.................................................................35附录1完整的信号调理电路电路图：.....................................35共37页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章绪论1.1选题的背景及来源众所周知，现代社会离不开电和磁，电与磁以各种形式无孔不入地渗透到人们生活的各个领域中。特别是20世纪以来，随着通讯和电气技术的发展及应用，电气与电子设备的干扰和抗干扰问题日益突出。大量电子、电气设备的广泛使用，使电磁环境越来越复杂。特别是一些瞬态的干扰源，它们产生的脉冲干扰上升时间从us级到ns级，产生的瞬变电磁场持续时间比较短，幅值比较大。可以通过传导或辐射的方式对所处环境中的各种设备形成强烈的干扰。电磁脉冲就是这样一种瞬态现象。从时域波形看，一般具有陡峭的前沿，宽度较窄；从频域看，则覆盖了较宽的频带。除了雷电会产生电磁脉冲以外，静电放电以及大功率电子、电气开关的动作也会产生电磁脉冲。特别是核爆炸产生的电磁脉冲，峰值场强极高，上升时间极短，其能量之大，作用范围之广，是其他任何电磁脉冲无法相比的，因而对各种军用和民用的电子、电气设备与系统构成的威胁最为严重。自20世纪70年代以来，核电磁脉冲及其工程防护技术受到各大国军方的普遍关注。当前，随着核技术的发展和非核电磁脉冲武器的出现，不仅提高