阅读说明：本技术 一种飞机直流270v供电系统畸变、脉动信号测试方法 (Distortion and pulsation signal testing method for airplane direct current 270V power supply system ) 是由 侯毅 王文健 程勤 柴艳丽 于 2021-04-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种飞机直流270V供电系统畸变、脉动信号测试方法,属于飞机供电特性测试与校准技术领域。本发明主要用于实现飞机直流270V供电系统畸变、脉动信号的准确测量,将飞机直流270V供电特性参数中畸变频谱、脉动电压幅度溯源至基本量。本发明将被测叠加在直流270V上的畸变、脉动信号与高稳定直流270V参考信号通过高压线性放大器构成的减法电路相减,得到较小的畸变、脉动信号；该信号满足具有正负信号测量的A/D转换器的输入范围；同时,通过对高稳定直流参考信号和减法电路幅频特性的校准,实现对测量得到的畸变、脉动值进行补偿修正。(The invention relates to a method for testing distortion and pulsation signals of an airplane direct-current 270V power supply system, and belongs to the technical field of airplane power supply characteristic testing and calibration. The method is mainly used for accurately measuring the distortion and the pulse signals of the airplane direct current 270V power supply system and tracing the distortion frequency spectrum and the pulse voltage amplitude in the airplane direct current 270V power supply characteristic parameters to basic quantities. According to the invention, a measured distortion and pulsation signal superposed on a direct current 270V is subtracted from a high-stability direct current 270V reference signal through a subtraction circuit formed by a high-voltage linear amplifier to obtain a smaller distortion and pulsation signal; the signal satisfies the input range of an A/D converter with positive and negative signal measurements; meanwhile, the measured distortion and pulsation values are compensated and corrected by calibrating the amplitude-frequency characteristics of the high-stability direct-current reference signal and the subtraction circuit.)

一种飞机直流270V供电系统畸变、脉动信号测试方法

技术领域

本发明涉及一种飞机直流270V供电系统畸变、脉动信号测试方法，属于飞机供电特性测试与校准技术领域。

背景技术

飞机270V直流供电系统是新一代战斗机的主要供电系统，将在很大程度上取代现有的115V/400Hz交流供电系统。其特点是：无刷直流发电机结构简单，工作可靠，并联方便；主电源和二次电源内部损耗小，效率高；通过反流保护二极管实现并联，主电源故障不会导致供电中断；电网质量轻；270V直流电对人体的危害比115V/400Hz交流电小；能够实现无刷起动发电。引起飞机供电系统产生畸变的因素包括机载发电机、数字开关电路、开关电源以及各种旋转电机的应用。引起脉动的因素包括直流电源电压的调节、直流电源的内部换向或整流以及负载的变化等。飞机供电系统中畸变、脉动信号的大小直接影响机载电源品质，对载用电设备的正常工作有着很大程度的影响。目前针对270V直流供电系统所建立的飞机供电特性测试装置在量值溯源方面缺乏相应的计量保障，尤其是对畸变、脉动信号参数无法有效溯源。

直流畸变是指直流电压中包含的交流分量。直流畸变大小与稳态直流电压之比称为直流电压畸变系数，直流畸变每一频率分量的方根均值即为畸变频谱。飞机直流270V供电系统的畸变信号如图1所示。其本质是在270V直流电压上叠加若干较小的交流信号。依据相关标准，该畸变信号的频率范围是：10Hz～100kHz；幅值范围是：0.079V～3.162V。脉动是指供电系统稳态工作期间，瞬时电压围绕稳态直流电压的变化。瞬时电压与稳态直流电压的差值称为脉动电压幅值。飞机直流270V供电系统的脉动电压信号与畸变信号类似，都是叠加在270V直流电压上的交流小幅值信号，其频率范围是：1.2kHz～16.8kHz，脉动电压幅度范围是：0.24V～3.16V。通过上述分析，飞机直流270V供电系统畸变、脉动信号的主要特点是在一个比较大的直流信号(270V)上叠加了一个比较小的交流信号(最小至0.079V)，而最终需要直接测量到较小的交流信号(如图1所示)。

目前，对飞机直流270V供电系统的畸变、脉动信号测量通常采用宽带分压器对未经分离的直流、交流信号同时衰减，再采用数据采集系统对衰减的信号进行测量，得到的测量数据通过数学计算的方式进行交直流分离，进而得到畸变、脉动信号的值。这样的方法通常为了满足数据采集器量程而采用较大分压比(通常采用40：1)的分压器，会导致测量畸变、脉动信号的分辨率降低，甚至某些频率点的畸变、脉动信号因为幅度过小而不能够被测量。同时分压器的带宽限制也会对畸变、脉动信号有不同程度的影响，导致对测量结果带来较大误差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的测量不准确的问题，提供一种飞机直流270V供电系统畸变、脉动信号测试方法；该方法主要用于实现飞机直流270V供电系统畸变、脉动信号的准确测量，将飞机直流270V供电特性参数中畸变频谱、脉动电压幅度溯源至基本量。本发明将被测叠加在直流270V上的畸变、脉动信号与高稳定直流270V参考信号通过高压线性放大器构成的减法电路相减，得到较小的畸变、脉动信号；所示该信号满足具有正负信号测量的A/D转换器的输入范围；同时，通过对高稳定直流参考信号和减法电路幅频特性的校准，实现对测量得到的畸变、脉动值进行补偿修正。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种飞机直流270V供电系统畸变、脉动信号测试方法，具体步骤如下：

步骤一，直流高稳定参考信号源输出高稳定直流参考信号；

步骤二，通过减法电路将被测信号与直流高稳定参考信号相减，得到满足所述A/D转换器输入范围的畸变、脉动信号。如图2所示；

步骤三，所述A/D转换器测量畸变、脉动信号的值V_n；

步骤四，用标准的270V直流畸变、脉动信号对减法电路进行校准，得到的校准数据x_n，通过所述校准数据对畸变、脉动信号值进行补偿修正。

通过减法电路测得标准270V直流畸变、脉动信号V_n，所述信号V_n对应的标准畸变、脉动值x_n，n为频率点；

由于减法电路采用线性放大器，则频率点的修正系数为：

用修正系数k_n对步骤二测量得到的被测270V直流畸变、脉动信号y_n进行补偿修正，修正结果U_n为：

U_n＝k_n×y_n

实现对畸变、脉动信号的准确测量。

实现上述方法的装置包括：直流高稳定参考信号源、基于高压线性放大器构成的减法电路和A/D转换器。如图3所示。

所述直流高稳定参考信号源用于产生高稳定直流参考信号，由高稳定基准源和独立的高压线性放大器构成。

所述基于高压线性放大器构成的减法电路，用于实现将被测270V直流供电特性信号(包含畸变、脉动信号)与高稳定直流参考信号相减，得到满足具有正负信号测量的ADC的输入范围畸变、脉动信号。

所述A/D转换器用于测量畸变、脉动信号的值。

有益效果

本发明涉及的飞机直流270V供电系统畸变、脉动信号测试方法，用于实现飞机直流270V供电系统畸变、脉动信号的准确测量，保证了测量数据的准确可靠。对于飞机设计、制造部门，可以将该方法应用于电网试验台电器参数测试系统，能够提高测试系统畸变、脉动信号测量的准确度。对于试验部门，可以将该方法应用于飞行试验中的飞机电网质量监测系统，保证试飞过程中对畸变、脉动信号的实时监测。对于计量部门，可以将该方法应用于供电特性参数校准装置，能够解决畸变、脉动参数的溯源问题。

附图说明

图1表明飞机270V直流畸变、脉动信号的特征；

图2表明了经过减法电路后得到的畸变、脉动信号；

图3表明了飞机270V直流畸变、脉动信号测试方法的原理；

图4表明了飞机270V直流畸变、脉动信号测试电路的原理。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

机载产品270V直流电源适应性实验设备是评估机载用电设备适应飞机电源供电品质的重要测试装置。其主要功能是模拟飞机电源在各种极端条件下的工作状态，从而检测机载用电设备适应飞机电源的能力。针对该设备的校准装置则是需要对其产生的各种模拟电源信号进行校准和溯源，这就涉及到对这些信号中包含的270V直流畸变、脉动信号进行准确测量。

如图4所示，校准装置的畸变、脉动测量部分由高稳定直流参考信号源、减法电路以及A/D转换器构成。

高稳定直流参考信号源由电压基准和复合线性放大电路组成。通过放大器增益的调整，使得输出高稳定直流参考信号为270V。电压基准采用温度特性为2ppm/℃的高稳定性电压基准源ADR4550。放大器部分由于PA94芯片最大输入失调电压为5mV，温漂为50μV/℃，无法满足测量要求，因此采用复合线性放大电路，将ADA4522与PA94构成内外环串级系统，降低了功率放大部分由于输入失调与温漂造成的输出误差。放大通道由于输入失调电压造成的最大稳态精度误差为5μV×2.5×14＝0.175mV。

基于高压线性放大器构成的减法电路由高压线性放大器PA94构成，其最大允许输入电压为350V。被测270V直流畸变、脉动信号通过分压电路加到放大器的同相输入端，270V直流参考信号通过电阻反馈到反向输入端。当四个电阻阻值相同时，放大器输出电压就等于被测270V直流畸变、脉动信号减去270V直流参考信号，即需要测量的畸变、脉动信号。

A/D转换器采用基于过采样技术的16位ADC转换器AD9656，其采样速率为125MSPS，通过前置调理电路使得A/D转换器的输入电压范围为±10V。

一种飞机直流270V供电系统畸变、脉动信号测试方法，具体步骤如下：

步骤一，高稳定直流参考信号源输出270V直流参考信号。

步骤二，减法电路将被测270V直流畸变、脉动信号与270V直流参考信号相减，得到较小的畸变、脉动信号，其电压幅值在±10V范围内。

步骤三，A/D转换器对由减法器得到的畸变、脉动信号进行数模转换，得到畸变、脉动信号的测量值。

步骤四，采用标准270V直流畸变、脉动信号对减法电路的幅频特性进行校准。

1)采用幅值为1V的正弦信号作为标准畸变、脉动标准信号，其频率分别为：畸变信号频率：10Hz、25Hz、50Hz……100k Hz。将该信号叠加在标准直流270V信号上，构成标准270V直流畸变、脉动信号。

2)应用减法电路对标准信号进行测量，并通过测量结果计算每个频点的修正系数。

3)依据计算出的修正系数对步骤三测量的畸变、脉动信号值进行修正补偿。

通过标准270V直流畸变、脉动信号对减法电路进行校准，结果如下表所示：

表1：减法电路校准数据表

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。