200 kW脈寬機(jī)高末簾柵壓的采樣

摘要 200 kW脈寬機(jī)高末簾柵壓約27 kV，而采樣電壓僅需幾V。要對高末簾柵壓進(jìn)行實時采樣，既要保障發(fā)射機(jī)工作的安全，又要確保采樣電路安全，同時采樣信息必須實時、準(zhǔn)確。并要求采樣電路具有耐高壓、抗干擾的特性。
關(guān)鍵詞 脈寬機(jī)；耐高壓；抗干擾

對廣播發(fā)射機(jī)房實施計算機(jī)實時監(jiān)控系統(tǒng)工程。既要保障發(fā)射機(jī)工作的安全，又要確保發(fā)射機(jī)技術(shù)指標(biāo)不受影響。需要對發(fā)射機(jī)進(jìn)行大量的采樣工作，然后將采樣信息實時傳送給前端機(jī)，實現(xiàn)計算機(jī)實時監(jiān)控的目的。當(dāng)然傳送的采樣信息必須實時、準(zhǔn)確，否則計算機(jī)實時監(jiān)控系統(tǒng)無法準(zhǔn)確判斷，嚴(yán)重時計算機(jī)實時監(jiān)控系統(tǒng)將產(chǎn)生誤判，甚至導(dǎo)致關(guān)機(jī)，造成意外停播事故。
在采樣的過程中會遇到困難。比如：(1)本臺200 kW脈寬機(jī)，高整電壓為27kW，懸浮臺對地電壓也高達(dá)27 kW，對懸浮臺上高末電子管簾柵壓信號進(jìn)行采樣，就要求采樣電路具有極高的耐壓性能。(2)一方面前端機(jī)接口電路要求輸入的采樣信號電壓為0～5 V，電壓幅值小，容易受干擾；另一方面，本臺200 kW脈寬發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)內(nèi)空間有限，發(fā)射機(jī)發(fā)射功率太，高末電子管工作電流大，電子管附近電磁輻射嚴(yán)重，且從采樣點(diǎn)到采樣電路之間是不平衡傳送，也容易受干擾。因此采樣點(diǎn)到采樣電路的信號輸入線越短越好，采樣電路要盡量靠近采樣點(diǎn)安裝。
另外，雖然200 kW脈寬發(fā)射機(jī)的各部分均用紫銅帶連接下地，但紫銅帶較長，發(fā)射機(jī)工作時，地線的電感、電阻就不可忽略，在地線的不同點(diǎn)之間，干擾電壓有時會達(dá)到數(shù)伏，如果在設(shè)計施工中接地方法不正確，就將產(chǎn)生因地線而引起的高頻干擾。這些干擾因素若無法排除，就可能造成干擾信號通過采樣電路竄入前端機(jī)接口電路，干擾計算機(jī)實時監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作，因此采樣電路應(yīng)具有良好的抗干擾性。
對這些有特殊要求的采樣電路，必須根據(jù)實際情況自行研制。文中研制出了一種耐高壓、抗干擾性能優(yōu)良以及傳輸效率高的光電耦合傳感器，成功地解決了這一難題，在實際使用過程中，效果良好。

1 光電藕合傳感器
光電耦合傳感器是以光為媒介，從而進(jìn)行電信號傳輸?shù)脑骷Ｓ捎诠饫|傳輸頻帶寬，光的傳播速度快，因此能夠?qū)崿F(xiàn)實時、準(zhǔn)確的傳輸；又由于光纜的主要原材料是SiO2，光纜的抗干擾性能和絕緣性能良好，只要一小段光纜，光發(fā)生器和光接收器之間的耐壓就能做到100 kV以上，可滿足采樣電路的耐壓要求。結(jié)構(gòu)上光電耦合傳感器分為光發(fā)生器和光接收器。當(dāng)光發(fā)生器兩端加有電信號時，光發(fā)生器發(fā)出光線，并通過光纜傳送給光接收器，而光接收器接收光線后，產(chǎn)生相應(yīng)的電流，從輸出端引出，從而實現(xiàn)“電—光一電”的轉(zhuǎn)化。
光電耦合傳感器的電路分為調(diào)寬脈沖發(fā)生器和信號解調(diào)器兩部分。光發(fā)生器之前的部分為調(diào)寬脈沖發(fā)生器，光接收器之后的部分為信號解調(diào)器。首先將采集到的高末電子管簾柵壓信號通過高頻濾波器，對濾去高頻成份后的高末電子管簾柵壓信號進(jìn)行脈寬調(diào)制，然后再通過光發(fā)生器將調(diào)寬后的高末電子管簾柵壓信號轉(zhuǎn)換為帶有該信息的光信號，光信號通過光纜傳送給信號解調(diào)器，解調(diào)出高末電子管簾柵壓信號，送到前端機(jī)電路板上。這就可以通過光電耦合傳感器，將發(fā)射機(jī)的高頻地與計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的信號地隔開，避免了共地造成的干擾。
根據(jù)實際情況將解調(diào)器、調(diào)制器分別放在兩個屏蔽小盒內(nèi)，屏蔽小盒通過端子板引入電源和信號，同時輸出信號，并將解調(diào)器置于地電位上，調(diào)制器置于對地高電位上。解調(diào)器和調(diào)制器之間用光纜連接。但調(diào)制脈沖發(fā)生器的電源電路的耐壓問題是一個難點(diǎn)，通常220 V交流電對地是低電位，如果通過220 V交流電經(jīng)變壓器直接供電，那么變壓器初、次級線圈之間與鐵芯之間的耐壓需相對較高。這樣不僅成本高，且在有限的空間內(nèi)安裝也較為困難。研究發(fā)現(xiàn)可充分利用高末電子管的燈絲電壓，再經(jīng)普通變壓器供電，通過選擇合理位置安裝，滿足要求。

電源的輸入端設(shè)有高頻濾波電路，將取自高末電子管的燈絲電壓經(jīng)電源變壓器轉(zhuǎn)變后變?yōu)?5 V左右的交流電壓，通過由L3、L4、C17、C18、C19、C20等組成的高頻濾波電路，濾去高頻成份，防止高頻干擾串入電源電路。然后經(jīng)整流模塊整流，再通過三端固定輸出穩(wěn)壓器7812、7912，輸出正負(fù)12 V的電源。在實際安裝過程中，需根據(jù)情況，由于200 kW脈寬機(jī)懸浮臺有充足空間，可將電源變壓器、調(diào)制器小盒安裝固定在懸浮臺上。
高末電子管燈絲電源到調(diào)制器電源變壓器的電源線要沿著懸浮臺，并保持與低電位點(diǎn)的距離。通過上述措施，既節(jié)約費(fèi)用、又方便安裝和維護(hù)。從高末電子管簾柵壓電路取出簾柵壓采樣信號，采樣信號經(jīng)過低通濾波器，濾去高頻成份后，送到集成運(yùn)放5534進(jìn)行同相放大。并通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻W1，調(diào)整集成運(yùn)放的放大倍數(shù)。
為提高采樣信號的抗干擾能力，既要保證有較大的采樣信號傳送給前端機(jī)，又要保證采樣信號的幅值在前端機(jī)輸入端口要求的電壓范圍內(nèi)，一般選擇信號電壓為3.5 V左右。
放大后的簾柵壓采樣信號再送入由集成電路5532及R3、R5、R10、C3、C4、C5等元器件組成的伯特沃斯型有源低通濾波器。由于測量的高末電子管簾柵壓是直流信號，有源低通濾波器的截止頻率約為30 Hz，這樣對直流信號的響應(yīng)較快。

用555定時器、C12、R17等元器件組成脈沖信號發(fā)生器。產(chǎn)生的脈沖信號的寬度由R17和C12的值決定，時間常數(shù)T=1．1×R17×C12調(diào)整R17或C12的值，使脈沖信號的頻率為5 kHz左右，調(diào)整脈沖信號發(fā)生器電路中的電阻R15，使脈沖信號的占空比KT=0．5。隨后將脈沖信號送到由集成電路5532及C11組成的三角波形成電路。