强电磁脉冲下的冲击波超压测试系统设计

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在武器毁伤评估中,冲击波的压力参数对武器的研制与更新起着重要的作用。冲击波超压测试系统需要工作在超高温、超高压、强电磁干扰的恶劣测试环境中。因此,冲击波超压测试系统的稳定性,直接关系到武器的毁伤评估工作。对于存储式电子冲击波超压测试装置而言,电磁干扰对其的影响是不可忽视的。在某些特定的测试情况下,武器装备在爆炸过程中会产生强电磁脉冲,对冲击波超压测试系统的电磁兼性提出了很高的要求。本文针对爆炸产生的强电磁脉冲,开展了冲击波超压测试系统的设计和冲击波超压测试系统的电磁兼容设计两方面的研究。一、通过对爆炸冲击波传输理论的学习和冲击波超压测试系统的研究,设计了一款基于FPGA的无线多通道重触发冲击波超压测试系统。系统使用NAND Flash双流水线“乒乓”存储技术,实现负延时功能同时,增加了系统的存储容量。针对降低系统自身内部噪音的需求,对系统PCB进行了电磁兼容性设计,并通过Hyper Lynx软件对测试系统电路进行了信号完整性和电源完整性分析。针对存储测试技术中时间基准难以统一的问题,设计了一种光纤同步触发装置,触发响应时间在400ns以内,同时提出了一种高精度同步算法,同步误差小于30ns。二、建立了超带宽电磁脉冲(UWB)和高功率微波电磁脉冲(HPM)的数学模型。针对强电磁脉冲的数学模型,分析了天线的耦合效果,使用HFSS软件设计了一款适用于冲击波超压测试现场的微带天线。提出了无线通讯端口的防护方法,通过无线通讯模块电源隔离、信号隔离和对天线功率限幅的方法,减弱了电磁辐射通过天线耦合对测试系统的影响。同时,设计了由坡莫合金、退火紫铜、30#钢打造的三层防护外壳。根据HFSS软件仿真结果,分别计算了壳体在高频段、中频段、低频段的屏蔽效能。结果表明,三层防护外壳的电场和磁场屏蔽效能,在高、中、低频段下均优于传统外壳。现场试验实测数据表明,本文设计的冲击波超压测试系统在时间基准的统一方面,和抗电磁干扰方面,性能均有所提升。
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