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電壓型高精度直流傳感器標定測試系統方案
一、系統概述
在重離子加速系統中，大部分磁鐵采用的是獨立供電方式，即單塊磁鐵由單臺勵磁電源供電，這對勵磁電源的輸出性能(即線性度、穩定度)和輸出電流回采的檢測精度提出了更高的要求，而影響達到這一要求的關鍵部件就是電源中所使用的直流傳感器(DCCT)。
DCCT是電源反饋和回采的核心部件，在磁鐵電源設計中，為了提高后期維護成本大量使用了電壓型DCCT。由于其中器件的參數存在有差異，使得各個DCCT的性能指標(包括零點偏移、增益、線性度和穩定度)存在一定誤差。為了檢測這一誤差并將其校正到允許范圍內，我們設計研制了高精度直流傳感器DCCT標定測試系統。
二、系統功能
該測試系統是一個基于軟件控制的自動化測試平臺，主要由PC工控機、8位半數字萬用表、超高精度直流傳感器和高精度直流穩流電源構建而成。
主要的功能包括：
1)檢測DCCT的性能指標，包括:零點偏移、增益、線性度、穩定度
2)通過與標準DCCT對比，校正被測試DCCT的輸出參數，使零點偏移和增益相對誤差小于10PPM;
3)用于檢測穩流磁鐵電源輸出電流穩定度
三、系統設計
如圖1功能框圖所示，工控計算機通過數字I/O卡和18位高精度D/A轉換器，實現對標準測試電源輸出電流值的數字給定，并根據測試的需要設定給定電流的上/下限值，和給定電流的升降步長、速率。
用標準DCCT和被測試DCCT對電源輸出電流同時進行測量。測量得到的模擬電壓值，由計算機通過GPIB卡控制數字多用表和多路選通器將其轉換為數字量，輸送入計算機，計算機根據輸入的測量數據，計算出DCCT的測量結果，并實時顯示出來，同時以文件形式進行保存，以便于進行深入的分析處理。
將計算機分析計算出的被測試DCCT的參數，與標準DCCT參數進行對比，根據對比結果，通過調節DCCT自身的參數校正電路進行參數校正。
此外，可以利用系統中的數字多用表和多路選通器對直流磁鐵電源輸出電流穩定度進行檢測，并將測試數據輸入計算機進行保存和分析處理.
四、硬件及軟件設計
根據磁鐵電源性能的需要，DCCT各項參數的誤差要求控制在土1×10-5范圍之內，因此在設計系統硬件時，選用和研制了許多高精度、高穩定性的儀器和設備，包括8½數字萬用表、超高精度直流傳器和高精度直流穩流電源。
4.1 8½數字萬用表
為了能將DCCT各項參數在士1×10-5范圍之內的變化量測量出來，要求數據采集系統具有更高的精度和穩定性。目前市場上有兩種成熟的數據采集系統，一種是傳統的數字電壓表(DVM)配多路選通器通過GPIB卡與計算機通訊，其特點是底噪聲，高分辨率，高精度，但采樣速率較慢，另一種是時下發展很快的板卡式數據采集系統(DAQ)其特點是采樣速率高，響應快，開發方便，但分辦率基本都在16位左右，相應測試系統設計指標，不能滿足要求。因此我們選用了FLUKE公司研制的一款8508A 型參考級8½位數字多用表。 8508A 特別適宜于在校準實驗室中應用，提供優異的測量不確定度、低噪聲和低漂移,配備有一塊10通道的多路選通器，可以實現系統對多個DCCT同時進行測量的需要。
4.2標準DCCT
要對被測試DCCT的參數進行校正，就需要有個標準，為此我們選用了 HITEC公司生產的ULTRACC型DCCT。它是一款于高性能測量的裝置，其具有高穩定性，小于0.25ppm/K的溫度系數，和優于2.5p0m的線形度。
4.3標準測試電源
標準測試電源作為被測試DCCT的測量對象，其性能指標需在DCCT各項參數誤差的范圍之內，否則，將無法測量出DCCT的真實參數，所以要求電源輸出電流的分辨率和穩定度指標達到≤1×10-5根據要求研制了一臺2000A/3V的直流穩流電源電源采用兩級結構，前級為零壓軟開關PWM移相全橋逆變整流電路，用于提供預穩壓電源，后級采用調整管進行線形調節，輸出穩定直流，此種設計減小了電源體積，提高了電源效率，也減小了開關電源輸出電壓紋波對電流穩定性的形響。為了達到設計指標，使用了18位高精度D/A轉換器AD760作為電源的給定器件，經測試AD760的有效分辦率達到4x10-6。為了更進一步提高穩定性，AD760使用了LZ1000作為外接基準源，LTZ1000是種具有極低溫的電壓基準源，它的使用，降低了溫度對電源穩定性的影響電源還設計了遠控數字量給定接口，可由計算機進行給定設置，并且輸出電流在額定范圍內連續可調用8位半數字電壓表( FLUKE8508A 型)和標準DCCT( HITEC-ULTRACC)對電源在20％，50％，80％和100％額定輸出電流的穩定度進行8h測試
直流電流技術指標
4.4軟件設計
上層PC機的應用程序，用于對測試系統硬件的控制、數據采集和顯示。它的基本功能包括:
1)控制電源和數字多用表，并進行數據采集;
2)對采集數據進行處理，并進行實時顯示;
3)以文件格式保存采集的數據和分析結果。