一种电磁脉冲同步触发系统

王锦锦，王伟，聂鑫，郭帆，石跃武，孙蓓云，朱志臻，杨静

（强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，西北核技术研究所，陕西西安，710024）

1 研究目的

电磁脉冲可以通过电缆、天线以及金属屏蔽体上的缝隙和孔洞耦合进入电子系统，在电子器件的输入和输出端口上产生瞬态高电压和大电流，使电路或器件功能暂时失效或使电子器件产生烧毁[1-4]。电磁脉冲效应实验是对被试系统的模拟实验，主要目的是评价和确认系统在EMP中的生存能力[5]。其在模拟器下开展，由模拟器产生辐射场环境，被试系统处于模拟器的工作区内，实验中通过光纤传输链路测量被试系统内部的耦合场、感应电流或电压等效应参数[6-9]，同时要监测系统内部可能出现的功能异常、失效故障等效应现象。

多路信号的同步触发[10]是效应实验测量被试系统内部耦合数据的重要 环节。通常使用示波器的外部触发模式，将几台示波器的辅助输入信号作为触发源，同时连接到相同的输入信号，控制多台示波器完成多路信号的同步触发。传统解决方法采用功分器或示波器的辅助输出通道触发信号，控制多台示波器的同步触发。该种方法适合应用于需要测量的信号数量较少时，功分后信号可以满足信号的触发。但当示波器数量增加时，功分器产生的多路信号幅度和精度不能满足示波器的触发要求。还有一种方法是示波器的级联触发方法，使用泰克（Tektronix）示波器自带的级联触发方式。将示波器的触发输出信号作为下一路示波器的触发输入信号。但这种级联触发方法可靠性较低，一旦中间一个示波器的触发出现问题，后面的示波器将无法触发。随着电磁脉冲效应实验测量规模的不断增大，需要研制一种支持多台示波器同步触发的高精度高可靠同步触发系统，用于解决电磁脉冲效应实验的同步触发问题，保证效应实验测量工作的顺利进行。该触发系统由触发信号测量系统、脉冲源信号发生[11-15]和一种触发方法组成。触发信号测量系统由探头、固定装置、支架、底座组成，用于采集不同位置和高度的触发信号。采集到的触发信号通过功分和脉冲信号发生器产生多路信号，用于多台示波器的同步触发。在本次方法中，以16台示波器的同步触发为例，使用2台脉冲信号发生器产生16路触发信号，完成了16台泰克示波器的同步触发。该方法还可以使用不同的脉冲信号发生器完成更多台示波器的同步触发，解决了多路电磁脉冲信号同步触发的工程问题。

2 电磁脉冲效应实验同步触发系统与方法

电磁脉冲效应实验同步触发系统包括效应实验触发信号测量系统和电磁脉冲同步触发方法。电磁脉冲效应实验在模拟器[16-18]下开展，通过布放测点来获取测量数据，示意图如图1所示。结合模拟器的场分布测量，在模拟器下计算选取电磁脉冲效应实验触发信号测量系统的测点布放位置，布放电磁脉冲效应实验电场参数测量系统，获取触发信号。触发信号通过场地光纤传输系统传输至光接收机，光接收机经过光电转换后触发信号传输至同步触发装置，光接收机经过光电转换后将触发信号传输至功分器，功分器将信号功分为两路后，传输至两台脉冲信号发生器，两台脉冲信号发生器可以同步输出16路同步触发信号，控制1到16台示波器的同步触发。

图1 电磁脉冲效应实验同步触发系统示意图

2.1 效应实验触发信号测量系统

同步触发系统中的效应实验触发信号测量系统主要测量同步触发输入信号。触发信号的成功获取是多台示波器同步触发的政要保证。触发信号测量系统主要由探头、固定装置、支架、底座组成，如图2所示。首先选取合适高度的支架3，将3与底座4进行组装。再选取探头固定装置2固定电场探头1，将固定好的探头1的由固定装置2安装到支架3上，安装高度和整个测量的系统的位置根据测量位置灵活选取。最后探头1的输出信号由光纤传输系统5传输至接收端。

图2 触发信号测量系统结构图

为保证数据采集的可靠性，测量系统的布放位置通常在模拟装置产生的电磁脉冲环境中计算选取。该触发信号测量系统的设计结构，方便移动，可以应用于不同模拟装置下，且触发探头的高度可以调节，测量范围较大。底座和木杆的设计结构，使得底部增加了配重，不易应外力而发生倾斜或者跌倒，在户外模拟器下实用性较强。

2.2 电磁脉冲同步触发方法

2.2.1 同步触发架构

传统的触发方式有功分触发和级联串联同步触发等。在功分触发方法中，使用功分将1路触发信号分为2路信号。将两台示波器的辅助输入信号作为触发源，分别连接功分后的2路输入信号，示波器的另外四个通道分别连接待测信号，将两台示波器变为“8通道”示波器。但是这种触发技术只能完成少数几台示波器的同步触发，当功分路数增多时，功分后的触发信号不能满足示波器的触发要求，仅适用于规模较小的实验。

在级联串联同步触发中，使用同步触发装置脉冲信号发生器，完成多路信号的同步触发。首先将效应实验触发信号测量系统测得的信号接入功分器产生两路触发信号。再将这两路信号分别接入脉冲信号发生器的外部触发信号，如图3所示。将1#示波器的辅助输入信号作为触发源，连接到触发输入信号，1#示波器的辅助输出信号作为2#示波器的触发输入信号，示波器的另外四个通道分别连接待测信号，将两台示波器变为“8通道”示波器，将两台脉冲信号发生器连接到相同的输入信号，采用单次触发模式，当输入信号满足触发信号的要求时，有16路触发信号同步输出，最大控制16台示波器的同步触发。这种方法可以实现对多台示波器的同步触发控制，并且具有高精度和高可靠性，因此在较大规模的电磁脉冲效应实验中采用该种同步触发架构。

图3 同步触发方法

2.2.2 脉冲信号发生器

在该种同步触发方法中，同步触发装置的稳定性、延迟与精度对系统的同步触发的影响较大。通过调研与分析，同步触发系统中使用的同步触发装置为脉冲信号发生器Quantum composers9528。脉冲信号发生器Quantum composers 9528是多通道信号发生器，最大可以产生8路控制信号，如图4所示。其输出方式有手动控制、外部信号输入控制等多种模式。在电磁脉冲效应实验中，需要用到外部信号控制脉冲信号发生器产生同步触发信号，Quantum composers 9528满足该需求，且触发电平、脉宽等技术指标均满足电磁脉冲效应实验的需求。同步触发系统中的效应实验触发信号测量系统将采集到的同步触发信号输入同步触发装置。设置同步触发为单次触发模式，设置触发电平，上边沿触发。使用示波器的外触发方式，将触发输出信号作为示波器的外部触发输入信号，分别接入多台示波器的外部触发通道，同步触发多台示波器。被测信号分别接入示波器的4个通道，多台示波器的同步触发保证了多路信号的有效采集。

图4 脉冲信号发生器

3 实验结果与分析

为了验证该触发系统的稳定性，进行了上百次触发实验验证。实验结果表明，效应实验触发信号测量系统的成功采集率为100%，满足了效应实验同步触发输入信号的高可靠性和稳定性的要求。在采集到同步触发信号后，脉冲信号发生器的触发率也为100%。该系统可以稳定可靠的完成多台示波器的同步触发，保证了实验数据的有效采集，提高了实验效率。

4 结论

一种电磁脉冲效应实验参数测量高精度同步触发系统用于解决电磁脉冲效应实验参数测量中多台示波器的同步触发问题。该系统包括一种电磁脉冲效应实验触发信号测量系统和一种触发方法，最大可以控制16台示波器的同步触发，但不限于16台示波器的同步触发。该系统通过效应实验触发信号测量系统进行触发信号的采集，当触发信号采集完成后，将触发信号功分后作为脉冲信号发生器的输入信号，完成多台示波器的同步采集。触发信号测量点的选择和整个系统延迟为是否可以正常触发的关键。通过上百发次的实验验证，该同步触发系统具有高可靠性和高稳定性，触发成功率为100%，可以完成较大规模电磁脉冲效应实验的同步触发需求，解决了电磁脉冲测量领域同步触发的工程问题。