多功能便攜式時統信號發生器的研制

周洪成，姚冉中

（航宇救生裝備有限公司，湖北襄陽，441003）

0 引言

時統設備是試驗的重要保障，用來為各種參試設備以及被測設備提供統一的時間基準。在試驗基地或實驗室都配備有固定的大型時統系統，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設備。本文提供了一種便攜式、多功能、能夠依靠自身電池持續供電較長時間的時統信號發生器的設計及實現方法。

1 系統實現及結構框圖

時間統一，顧名思義，不同的測試單元之間需要一個統一的時間基準。在外場試驗中，各測試系統分部在不同的地理位置，一般采用電池供電，存在能量限制，為了節省能源，一般處于關機或低功耗的待機狀態，基于這種考慮，本系統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，由時統信號發生器接受特定指令后給出統一的觸發信號，使得各單元之間有統一的時間基準，試驗過程中，各系統根據自己的本地時間記錄試驗過程，試驗結束后將各系統的數據依據時間基準點放在同一個時間軸上，用以數據處理和分析。

為了適應不同的試驗環境，時統信號發生器的受控端及控制端都需要設計多種不同的觸發方式以滿足不同的試驗需要。本系統為受控端與控制端分別設計了4種不同的觸發方式：TTL電平的下降沿與上升沿，機械信號的通到斷與斷到通。設備工作的結構框圖如圖1所示。該系統可采取人工控制觸發的方式，也可以根據試驗需要，以試驗過程中某各特征信號為控制信號進行觸發控制?？蓡为毷褂茫部梢耘c試驗場現有的時統系統級聯使用。

圖1 時統設備工作結構框圖

2 電路設計

2.1 受控端電路設計

受控端采用光耦與74HC123單穩態觸發器組合控制，將4種類型的信號轉換為標準的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單穩態觸發器的控制端A，由輸出端輸出標準5VTTL電平信號。

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

2.2 控制端電路設計

在外場試驗中，不同采集系統的觸發方式往往不一樣，在實際使用中如果將不同的采集系統并聯觸發往往會導致某些系統工作不正常，因此在設計中，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

多功能便攜式時統信號發生器的簡易原型機實物如圖4所示。

在驗證試驗中將設備輸出的四種類型的時統信號用同一款數據采集器采集，得到的部分采樣結果如圖5所示，該采集器的采樣率為10KHz。

圖4 時統信號發生器簡易原型機實物圖

圖5 4路時統信號采樣結果

驗證試驗共進行了4次有效試驗，試驗結果如表1所示。

表1 4路時統信號時刻表

通過數據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。

4 結論

通過驗證試驗，可以得出該型時統信號發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。目前該設備已成功應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。