用于校准直列式点火电源单元测试仪的校准装置及校准方法与流程

本发明涉及直列式点火电源单元测试仪的校准，具体为一种用于直列式点火电源单元测试仪的校准装置和校准方法，可用于各种型号、规格直列式点火电源单元测试仪的校准。

背景技术：

1、参照图1-图3，直列式点火电源单元测试仪（以下简称单元测试仪）的主要功能是控制直列式点火电源的点火时序，并按指标检测直列式点火电源的解保电源、解保控制的供电电压、稳态电流、高压建立时间，点火触发电压的延时时间，点火电流的峰值、上升时间等电性能参数。原有测试仪校准方法多采用直列式点火电源作为标准信号源，配合示波器、数字多用表等通用计量器具，以采集信号的标准值与测试仪示值进行比较实现校准，如图8所示。已有方案公开了通过采集直列式电源启动瞬间的瞬时放电模拟信号，经调理和模数转换获得脉冲电流幅值及上升时间的测试设备，以及通过上位控制器模块和信号采集控制器模块对直列式电源工作时序参数进行检测的测控仪。但是上述方案均属于对直列式电源本身的性能测试或检测，其输出信号重复性差、波形质量不佳，仅能提供有限单个测量点，无法满足测试仪全量程范围的校准需求，不稳定的电压输出和低质量的波形带来的误差较大，对操作人员的要求高。由于校准涉及参数种类多，需频繁更换示数字多用表、示波器、直流稳压电源、电子负载、电流探头等多种标准计量器具，种类多体积大，接线繁琐且依赖人工手动触发和读数，难以实现快速、准确的现场校准。

技术实现思路

1、为了解决现有直列式点火电源单元测试仪校准过程中，因采用被测电源本身作为信号源导致输出重复性差、校准点单一、精度不足，且需组合多种通用仪器导致操作繁琐、效率低下、难以实现全量程快速校准的问题，本发明提供一种用于校准直列式点火电源单元测试仪的校准装置和校准方法。该校准装置重复性好、电压输出稳定、波形质量高、可输出全量程测量点，能够实现直列式点火电源单元测试仪的高压建立时间、点火电流峰值与上升时间参数校准，提高直列式点火电源单元测试仪计量溯源的准确性和校准结果的可靠性。

2、本发明的技术方案为：

3、一种用于校准直列式点火电源单元测试仪的校准装置，包括信号接收模块、延时触发模块、三角波-方波发生模块、波形转换模块、信号选择模块、功率输出模块和控制器模块；信号接收模块的输入端接直列式点火电源单元测试仪的信号输出端，用于接收直列式点火电源单元测试仪输出的控制信号；延时触发模块包括第一延时触发分支和第二延时触发分支，二者的输入端与信号接收模块的输出端连接，分别用于接收控制信号，并在预设的延迟时间后由控制信号触发并输出三角波信号或方波脉冲信号；

4、三角波-方波产生模块包括恒流充放电控制单元、频率选择开关、定时电容组和波形形成与翻转控制单元；恒流充放电控制单元被配置用于：通过频率选择开关选通定时电容组中的相应定时电容，对定时电容进行线性充电和线性放电，并根据控制器模块设定的上升时间调节定时电容的充电电流和放电电流的大小；波形形成与翻转控制单元与控制器模块连接，用于接收电压峰值上限阈值、电压峰值下限阈值和上升时间的设定值，并将定时电容的电压与电压峰值上限阈值和电压峰值下限阈值的设定值进行比较，并根据比较结果控制恒流充放电控制单元在充电与放电之间切换，以在定时电容上形成方波脉冲信号或三角波信号；

5、三角波-方波产生模块具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；其第一输入端和第二输入端分别接不同的恒流源，其第一输出端和第二输出端分别接第一延时触发分支和第二延时触发分支的输入端，用于将三角波信号和方波脉冲信号输送至第一延时触发分支和第二延时触发分支；

6、波形转换模块的输入端与第一延时触发分支的输出端连接，用于将三角波信号依次转换为正弦波信号和减幅振荡波信号；信号选择模块的第一输入端与波形转换模块的输出端连接，信号选择模块的第二输入端与第二延时触发分支的输出端连接，信号选择模块用于根据控制器模块的校准模式指令校选通方波脉冲信号或减幅振荡波信号；

7、功率输出模块的输入端与信号选择模块的输出端连接，用于对选通的信号依次进行功率放大、幅值及幅度处理后输出至直列式点火电源单元测试仪；

8、控制器模块用于设定延迟时间、信号的幅值和频率、减幅振荡波信号的上升时间和峰值，以及方波脉冲信号的高电平电压；并且，控制器模块的输出端分别与三角波-方波产生模块、延时触发模块、波形转换模块、信号接收模块以及功率输出模块连接，用于对各模块工作进行控制。

9、进一步地，恒流充放电控制单元包括正向恒流源、负向恒流源、恒流源选择开关和充放电控制电路，充放电控制电路的输入端接于控制器模块，其输出端分别连接至正向恒流源和负向恒流源的控制输入端以及可调基准电流输入端；充放电控制电路用于根据控制器模块的控制指令，通过恒流源选择开关在正向恒流源与负向恒流源之间进行切换选择，并控制正向恒流源对定时电容进行充电以及控制负向恒流源对定时电容进行放电。

10、进一步地，波形形成与翻转控制单元包括跟随器、高压比较器和低压比较器；频率选择开关的输出端分别与跟随器的输入端、高压比较器的输入端和低压比较器的输入端连接；

11、第一延时触发分支和第二延时触发分支分别为第一触发器和第二触发器；

12、跟随器的输出端连接第一触发器的输入端，用于将定时电容上形成的三角波信号经阻抗变换后输出至波形转换模块；

13、高压比较器的输出端和低压比较器的输出端分别与第二触发器的输入端连接；高压比较器被配置：用于将定时电容的电压信号与设定的电压上限阈值进行比较，并在高于电压上限阈值时输出翻转信号，形成单方波信号；低压比较器被配置用于：将定时电容的电压与电压下限阈值进行比较，并在低于电压下限阈值时输出翻转信号，形成单方波信号；从而形成连续的方波脉冲信号。

14、进一步地，波形转换模块包括三角波转正弦波电路和正弦波转减幅振荡波电路，三角波转正弦波电路用于对三角波信号进行逐级折线拟合以转换为正弦波信号；三角波转正弦波电路的输出端连接正弦波转减幅振荡波电路的输入端；正弦波转减幅振荡波电路用于对正弦波信号进行指数增益衰减以转换为减幅振荡波信号。

15、进一步地，三角波转正弦波电路包括多级非线性整形单元，各级非线性整形单元具有不同的导通阈值；正弦波转减幅振荡波电路包括可变增益放大器和增益控制单元，增益控制单元用于产生随时间递减的控制电压，可变增益放大器用于根据控制电压使增益呈指数规律衰减，将等幅正弦波信号转换为包络呈指数衰减的减幅振荡波信号。

16、进一步地，控制器模块包括时间设定单元和波形参数设定单元，时间设定单元用于设定分别对应一解高压建立时间、二解高压建立时间和点火延迟时间的多个预设延迟时间值；波形参数设定单元用于设定减幅振荡波信号的峰值和上升时间，以及方波脉冲信号的高电平电压。

17、进一步地，功率输出模块包括功率放大输出级和幅度选择开关，信号选择模块的输出端连接功率放大输出级的输入端，功率放大输出级的输出端连接幅度选择开关的输入端，幅度选择开关用于根据面板指令控制输出信号的幅度。

18、本发明还提供一种用于校准直列式点火电源单元测试仪的校准方法，基于上述校准装置实现；校准方法包括高压建立时间校准步骤和发火电流校准步骤，高压建立时间校准步骤与点火电流校准步骤的执行顺序不分先后；其中：

19、高压建立时间校准步骤为：

20、接收直列式点火电源单元测试仪输出的控制信号；在预设延迟时间计时期间，根据控制器模块的控制指令，对选通的定时电容进行充电控制和放电控制，并经波形形成与翻转控制单元输出方波脉冲信号；

21、将方波脉冲信号输送至功率输出模块依次进行功率放大、幅值及幅度处理后，输出具有预设高电平幅值的方波状态反馈模拟信号至直列式点火电源单元测试仪；

22、根据直列式点火电源单元测试仪发出的控制信号与接收到的方波状态反馈模拟信号之间的时间差，计算高压建立时间测量误差；

23、发火电流校准步骤为：

24、接收直列式点火电源单元测试仪输出的控制信号；在预设延迟时间计时期间，根据控制器模块的控制指令，对选通的定时电容进行充电控制和放电控制，并经波形形成与翻转控制单元输出三角波信号；

25、对三角波信号进行转换处理后输送至功率输出模块，依次进行功率放大、幅值及幅度处理，产生具有预设峰值和预设上升时间的减幅振荡波信号，并输出至直列式点火电源单元测试仪；

26、根据直列式点火电源单元测试仪发出的控制信号与接收到的减幅振荡波信号的差异，计算点火电流峰值测量误差和点火电流上升时间测量误差。

27、进一步地，高压建立时间校准步骤和发火电流校准步骤中，预设延迟时间为多个，分别对应一解高压建立时间校准、二解高压建立时间校准和点火延迟时间校准，分别输出对应的方波状态反馈模拟信号或减幅振荡波信号；控制信号包括直列式点火电源单元测试仪发出的解保电源供电信号、解保控制供电信号或点火触发供电信号。

28、进一步地，发火电流校准步骤中，以多组不同的预设峰值和预设上升时间分别产生减幅振荡波信号并输出至直列式点火电源单元测试仪，获得对应多组校准点的点火电流峰值测量误差和点火电流上升时间测量误差。

29、本发明的优点是：

30、1.本发明校准装置内集成了方波发生链路（用于高压建立时间校准）和减幅振荡波发生链路（用于点火电流校准），方波发生链路用于高压建立时间校准，减幅振荡波发生链路（用于点火电流校准），一次接线即可完成全部校准项目。与传统方案需要外接直列式点火电源、示波器、电流探头等多台设备并手动移动光标读取标准值相比，该标准源内部各模块共用同一时间基准，延时误差小于2ns；

31、2.本发明校准装置通过a/d转换电路自动识别单元测试仪发出解保电源供电信号、解保控制供电信号或点火触发供电信号，并自动选用对应的延迟时间值输出状态反馈方波，操作人员无需手动切换参数设定，避免了操作过程中计量人员出现误动作导致的测量结果不准确。

32、3.传统校准方案需配备示波器、数字多用表、电流探头、直列式点火电源等多台独立设备，总重量约10kg，接线数量14根，校准前需逐一完成各设备的开机预热、参数设置和通道匹配，且在不同校准项目之间需频繁更换接线和切换设备。本发明将上述全部校准功能集成于同一台标准源，整机重量降至3kg，接线数量减少至6根，操作人员无需在多台设备之间切换，操作简单、效率高，单次校准时间从57分钟缩短至10分钟以内。