多功能便攜式時統(tǒng)信號發(fā)生器的研制

周洪成，姚冉中

（航宇救生裝備有限公司，湖北襄陽，441003）

0 引言

時統(tǒng)設(shè)備是試驗的重要保障，用來為各種參試設(shè)備以及被測設(shè)備提供統(tǒng)一的時間基準。在試驗基地或?qū)嶒炇叶寂鋫溆泄潭ǖ拇笮蜁r統(tǒng)系統(tǒng)，而外場試驗因其有很多的不確定因素，使得無法使用大型時統(tǒng)設(shè)備。本文提供了一種便攜式、多功能、能夠依靠自身電池持續(xù)供電較長時間的時統(tǒng)信號發(fā)生器的設(shè)計及實現(xiàn)方法。

1 系統(tǒng)實現(xiàn)及結(jié)構(gòu)框圖

時間統(tǒng)一，顧名思義，不同的測試單元之間需要一個統(tǒng)一的時間基準。在外場試驗中，各測試系統(tǒng)分部在不同的地理位置，一般采用電池供電，存在能量限制，為了節(jié)省能源，一般處于關(guān)機或低功耗的待機狀態(tài)，基于這種考慮，本系統(tǒng)采用的機制是后同步的測試方式。后同步測試方式就是各測試單元試驗開始前不需要保持時間同步，只有在試驗開始前的幾秒鐘，由時統(tǒng)信號發(fā)生器接受特定指令后給出統(tǒng)一的觸發(fā)信號，使得各單元之間有統(tǒng)一的時間基準，試驗過程中，各系統(tǒng)根據(jù)自己的本地時間記錄試驗過程，試驗結(jié)束后將各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)依據(jù)時間基準點放在同一個時間軸上，用以數(shù)據(jù)處理和分析。

為了適應(yīng)不同的試驗環(huán)境，時統(tǒng)信號發(fā)生器的受控端及控制端都需要設(shè)計多種不同的觸發(fā)方式以滿足不同的試驗需要。本系統(tǒng)為受控端與控制端分別設(shè)計了4種不同的觸發(fā)方式：TTL電平的下降沿與上升沿，機械信號的通到斷與斷到通。設(shè)備工作的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)可采取人工控制觸發(fā)的方式，也可以根據(jù)試驗需要，以試驗過程中某各特征信號為控制信號進行觸發(fā)控制。可單獨使用，也可以與試驗場現(xiàn)有的時統(tǒng)系統(tǒng)級聯(lián)使用。

圖1 時統(tǒng)設(shè)備工作結(jié)構(gòu)框圖

2 電路設(shè)計

2.1 受控端電路設(shè)計

受控端采用光耦與74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組合控制，將4種類型的信號轉(zhuǎn)換為標準的5VTTL電平信號。如圖2所示。

受控端分為K1、K2兩個輸入接口，通過開關(guān)切換。K1接口接收通斷信號或TTL上升沿信號，K2接口接收斷通信號或TTL下降沿信號，其中TTL電平的低壓低于0.7V，高壓為5至9V。信號通過光耦整形輸入74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的控制端A，由輸出端輸出標準5VTTL電平信號。

該設(shè)計的主要優(yōu)點是單向傳輸信號，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強，使用壽命長，傳輸效率高，響應(yīng)速度快。

2.2 控制端電路設(shè)計

在外場試驗中，不同采集系統(tǒng)的觸發(fā)方式往往不一樣，在實際使用中如果將不同的采集系統(tǒng)并聯(lián)觸發(fā)往往會導(dǎo)致某些系統(tǒng)工作不正常，因此在設(shè)計中，通過受控端的74HC04反向器與SIP-1A05型干簧繼電器將控制端輸出的標準5VTTL電平信號轉(zhuǎn)換為多路相互隔離的電平信號和機械信號用以控制不同的測試單元。電路原理圖如圖3所示。

圖2 受控端電路原理圖

圖3 控制端電路原理圖

3 驗證試驗及誤差分析

多功能便攜式時統(tǒng)信號發(fā)生器的簡易原型機實物如圖4所示。

在驗證試驗中將設(shè)備輸出的四種類型的時統(tǒng)信號用同一款數(shù)據(jù)采集器采集，得到的部分采樣結(jié)果如圖5所示，該采集器的采樣率為10KHz。

圖4 時統(tǒng)信號發(fā)生器簡易原型機實物圖

圖5 4路時統(tǒng)信號采樣結(jié)果

驗證試驗共進行了4次有效試驗，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 4路時統(tǒng)信號時刻表

通過數(shù)據(jù)對比可得出電平信號為同步輸出，機械信號相較于電平信號有延遲，最大延遲為0.3ms。該延遲主要是由干簧繼電器的吸合與釋放時間決定的，通過選型，可將延遲控制在0.5ms以內(nèi)。

4 結(jié)論

通過驗證試驗，可以得出該型時統(tǒng)信號發(fā)生器的電平信號同步誤差小于0.1ms，機械信號同步誤差小于0.5ms，滿足大部分外場試驗的使用要求。目前該設(shè)備已成功應(yīng)用于某型直升機浮囊水上投放試驗，某型座椅高原彈射試驗。