数字电压表的单次脉冲幅度精确测量技术研究

赵云丽

摘要：随着社会主义现代化建设的不断发展，我国的脉冲技术得到了卓有成效的发展，在物理、化工、数据通信等行业中得到了有效的应用。传统的数字示波器在对单次脉冲幅度进行测量的过程中，往往存在测量不确定度大的缺点。文章对数字电压表在单次脉冲幅度的测量技术进行了探究，为相关领域提供参考与借鉴。

关键词：数字电压表；单次脉冲幅度；精确测量技术；不确定度；数据通信 文献标识码：A

中图分类号：TN806 文章编号：1009-2374（2016）16-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.016近年来，我国的化工、自动控制以及计算机技术等行业取得了空前的进步，对脉冲技术的应用以及依赖性越来越强，这也在一定程度上促进了脉冲技术的发展。作为脉冲技术中极为重要的组成部分，脉冲幅度的测量不仅关系着脉冲技术的有效应用，更影响着脉冲技术的长期发展。目前，数字电压表在单次脉冲幅度测量中得到了广泛应用，不仅精确度高，而且成本低廉，拥有着良好的发展前景。

1 传统的脉冲幅度测量技术

通常对脉冲幅度的测量主要包括示波器、脉冲电压表以及数字电压表三种方法，其中数字电压表的技术指标最为精确，为±0.01%。这三种测量方法既有各自不同的特征，又有一定的相似性。三种测量方法均采用的是脉冲顶、底与直流电压比较的方式。如典型的DO15型脉冲电压表主要是利用电子斩波器实现脉冲幅度与直流电压的比较，其测量幅度一般小于10V；DO19型脉冲电压表充分利用二极管的单向导电性，使脉冲幅度与直流电压实现比较，其测量范围最高能够达到200V。而PAC-11型脉冲电压表主要利用机械振子的作用将直流电压与脉冲顶、底进行比较。采用脉冲电压表对脉冲幅度进行测量，尽管能够在一定程度上保证测量的准确度，却无法实现对单次脉冲信号的测量。目前，对单次脉冲幅度的测量一般采用的是数字示波器，该测量方法波形相对直观、测量频率宽，然而其示波器8位A/D采样的方法往往会造成测量结果的不准确，最大允许误差为±1%。

2 数字式电压表概述

2.1 数字电压表原理

数字电压表以控制器ST为总指挥部，通常约2s左右便会发出一个启动脉冲，不仅能够将控制门T打开，使间隔的时间脉冲序列顺利进入十进制计数器，而且能够触发电压发生器，使其产生一种直线上升式的斜坡电压，在不断上升的过程中，电压比较内的被测电压将会与斜坡电压进行反复比较，一旦这两者电压相同，电压比较器会自动发出关门信号，进而使T门实现关闭状态，在这种条件下，T门从开启到关闭过程中通过T门的标准时间脉冲的数量将会在十进制计数器中进行保留并显示。通常，斜坡电压的上升速度与被测电压有着密不可分的联系，被测电压越大，斜坡电压上升至同等电压所用的时间就越长，T门开启的时间也会随之增加，在十进制计数器中所显示的数字就越大，即脉冲的个数越多。因此，在对脉冲幅度进行测量时，要选取标准脉冲发生器，保证通过T门的脉冲个数与被测的电压值相同，在显示器中便会准确地显示出所测电压的数值。

2.2 数字电压表测量单次脉冲幅度的原理

通常，脉冲波形的顶与底为直流电压波形（图1），其能够对脉冲幅度的顶与底进行精准的测量，一般认为顶与底的电压差值即为所测脉冲幅度的数值。数字电压表能够直接对直流电压进行有效的测量。在对校准仪方波幅度进行检定的过程中，可以采用触发数字电压表对其进行测量，由于示波器校准器采用的连续方波信号的输出方式，因此必须经过适当的改进才能够应用于对单次脉冲幅度的测量。作为一种高采样率数字电压表，由安捷伦公司所生产的3458A型数字电压表能够对脉冲波形的顶与底进行有效的测量，并实施高速采样，其采样主要是通过数字电压表的延迟设置以及触发功能控制实现的，进而获取所测电压的数值，确定脉冲波形选定位置的电压值。需要注意的是，当数字电压表通过触发功能对电压进行测定时，在触发之前，其数码显示的数值并不会消失，基于这一特点，只需将触发方式进行改进，便能够实现对单次脉冲波形顶与底的电压测量，顶与底的差值便是单次脉冲幅度值。

3 数字电压表对单次脉冲幅度的测量方法

在对单次脉冲幅度进行测量前，要对数字电压测量方式进行有效的改进，其关键步骤是将数字电压表的触发功能进行设置，改为内触发，其具体步骤如图2。完成相关设置后，数字电压表的脉冲发生器将会发出脉宽>50us的单次脉冲，在这种条件下，数字电压表能够顺利完成对单次脉冲幅度的测量，详见图3。

4 测量结果有效评定

4.1 测量结果不确定度评定

数字电压表对脉冲幅度测量的不确定度主要表现为数字电压表测量不准确、读数分辨能力差以及测量结果重复等多个方面。本次研究中所采用的数字电压表为安捷伦公司生产的3458A型数字电压表，经过计算可发现其引入的不确定度为2.2×10-6。其电压表的读数分辨力可达到1uV，通过对不确定度量大小的观察，可以发现主要作用的不确定度表现为数值的重复性。

4.2 三种方法测量结果比较

通过数字电压表以及其他两种方式的测量比较，可以发现数字示波器能够有效地测量出单次脉冲幅度值以及连续脉冲幅度，然而该测量方式具有一定的不确定度；而采用脉冲电压表尽管能够具有较高的准确度，却无法完成对单次脉冲幅度的测量。对数字电压表进行改进后，不仅能够保障测量的准确度，而且能够顺利实现单次脉冲幅度测量，具有一定的可操作性。

5 结语

本次研究通过对数字电压表的改进，能够完成对单次脉冲幅度的精准测量，同时能够实现连续脉冲的测量，不仅在一定程度上克服了数字示波器的缺陷，而且成本低廉，可以在各大行业中推广、应用。

参考文献

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