多功能便携式时统信号发生器的研制

周洪成，姚冉中

（航宇救生装备有限公司，湖北襄阳，441003）

0 引言

时统设备是试验的重要保障，用来为各种参试设备以及被测设备提供统一的时间基准。在试验基地或实验室都配备有固定的大型时统系统，而外场试验因其有很多的不确定因素，使得无法使用大型时统设备。本文提供了一种便携式、多功能、能够依靠自身电池持续供电较长时间的时统信号发生器的设计及实现方法。

1 系统实现及结构框图

时间统一，顾名思义，不同的测试单元之间需要一个统一的时间基准。在外场试验中，各测试系统分部在不同的地理位置，一般采用电池供电，存在能量限制，为了节省能源，一般处于关机或低功耗的待机状态，基于这种考虑，本系统采用的机制是后同步的测试方式。后同步测试方式就是各测试单元试验开始前不需要保持时间同步，只有在试验开始前的几秒钟，由时统信号发生器接受特定指令后给出统一的触发信号，使得各单元之间有统一的时间基准，试验过程中，各系统根据自己的本地时间记录试验过程，试验结束后将各系统的数据依据时间基准点放在同一个时间轴上，用以数据处理和分析。

为了适应不同的试验环境，时统信号发生器的受控端及控制端都需要设计多种不同的触发方式以满足不同的试验需要。本系统为受控端与控制端分别设计了4种不同的触发方式：TTL电平的下降沿与上升沿，机械信号的通到断与断到通。设备工作的结构框图如图1所示。该系统可采取人工控制触发的方式，也可以根据试验需要，以试验过程中某各特征信号为控制信号进行触发控制。可单独使用，也可以与试验场现有的时统系统级联使用。

图1 时统设备工作结构框图

2 电路设计

2.1 受控端电路设计

受控端采用光耦与74HC123单稳态触发器组合控制，将4种类型的信号转换为标准的5VTTL电平信号。如图2所示。

受控端分为K1、K2两个输入接口，通过开关切换。K1接口接收通断信号或TTL上升沿信号，K2接口接收断通信号或TTL下降沿信号，其中TTL电平的低压低于0.7V，高压为5至9V。信号通过光耦整形输入74HC123单稳态触发器的控制端A，由输出端输出标准5VTTL电平信号。

该设计的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高，响应速度快。

2.2 控制端电路设计

在外场试验中，不同采集系统的触发方式往往不一样，在实际使用中如果将不同的采集系统并联触发往往会导致某些系统工作不正常，因此在设计中，通过受控端的74HC04反向器与SIP-1A05型干簧继电器将控制端输出的标准5VTTL电平信号转换为多路相互隔离的电平信号和机械信号用以控制不同的测试单元。电路原理图如图3所示。

图2 受控端电路原理图

图3 控制端电路原理图

3 验证试验及误差分析

多功能便携式时统信号发生器的简易原型机实物如图4所示。

在验证试验中将设备输出的四种类型的时统信号用同一款数据采集器采集，得到的部分采样结果如图5所示，该采集器的采样率为10KHz。

图4 时统信号发生器简易原型机实物图

图5 4路时统信号采样结果

验证试验共进行了4次有效试验，试验结果如表1所示。

表1 4路时统信号时刻表

通过数据对比可得出电平信号为同步输出，机械信号相较于电平信号有延迟，最大延迟为0.3ms。该延迟主要是由干簧继电器的吸合与释放时间决定的，通过选型，可将延迟控制在0.5ms以内。

4 结论

通过验证试验，可以得出该型时统信号发生器的电平信号同步误差小于0.1ms，机械信号同步误差小于0.5ms，满足大部分外场试验的使用要求。目前该设备已成功应用于某型直升机浮囊水上投放试验，某型座椅高原弹射试验。