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《哈尔滨工业大学》 2007年
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数字直流纳伏表关键技术研究

郝新超  
【摘要】: 在卫星地面检测过程中,许多参数的测量最终归结为低电压信号的测量,卫星中各敏感元件的输出大多也是低电压信号,因此,直流低电压的测量是卫星测试的重要环节。数字直流纳伏表是进行纳伏级直流低电压测量的仪器,本文对数字直流纳伏表设计中的关键技术进行了分析与研究。 直流低电压信号是微弱信号。微弱信号不仅意味着信号的幅度很小,而且信号极容易被噪声淹没。本文对信号输入环节的低热电势、反馈环节的电阻热噪声和过剩噪声等背景噪声进行了分析,通过仪器的低噪声设计,使得仪器在抑制干扰噪声方面达到设计要求。 直流低电压信号幅值很小,必须经过电压放大后才可以测量。传统的数字直流纳伏表采用调制解调电压放大器,调制解调放大器为有源放大器,调制端的输入噪声较大。由于上述原因,本文采用自行研制的CCD光电放大器进行了仪器设计,CCD光电放大是一种无源放大器,因而引入的系统噪声更低。以CCD角度测量为基础,基于磁电系光电检流计设计出的CCD光电放大器,具有纳伏级的电压灵敏度,且很容易实现低电压信号的数字化放大。 针对低电压信号被噪声电压淹没的特性,本文设计了IFIR数字滤波器,进一步提高了微弱信号的信噪比。文中还对数字直流纳伏表的另一项关键技术——20Bit数字模拟转换进行研究,设计出脉冲调宽式数模转换器。它比传统数字模拟转换器有更大的动态范围,更小的非线性度,提高了仪器测量的有效位数。 上述关键技术的研究使得数字直流纳伏表的测量分辨率达到1nV(纳伏),比现有仪器的测量精度(10nV)提高了一个等级。数字直流纳伏表将与直流低电压标准源一起构成国防系统纳伏级直流电压标准。它对保证整个国防系统中直流低电压的量值统一,保证航天器型号的质量具有十分重要的作用。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM933.22

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