热电偶温度信号的采集及其标定方法研究

摘要

在导弹的弹射试验中，弹上关键仪器设备工作环境温度的采集与监测，对于评定设备工作情况、进行型号改进，具有重要的指导意义。弹上的极端环境，包括温度的剧烈变化和复杂的强电磁干扰，对设备工作的稳定性和可靠性提出了严格要求。为了满足弹上温度测量的需求，在现有采集存储系统设计及其理论基础上，设计了使用热电偶作为温度敏感元件的温度采集设备，用于测量弹上环境温度参数，实现温度到电动势的转变；并对热电偶输出电动势进行采集、编码，上传采样数据。
　　本研究在对设计需求进行分析的基础上，确定了数据采集模式，提出了采集设备总体设计方案。针对热电偶测温的特点，设计了热电偶的参考结点补偿方案，包括补偿导线的应用和补偿电路的设计。模拟信号经过增益调整和滤波，以适应模数转换器（ADC）的输入电压范围和精度要求。采样量化电路采用模拟开关进行采样通道切换，模数转换器将模拟信号转换为数字信号。内部总线的设计和基于ROM查找表的采样通道控制，使设备易于扩展。FPGA通过内部总线控制多块采集板卡分时工作，接收总线数据并缓存。研究了所设计温度采集设备的标定方法，结合热电偶的非线性补偿措施，设计了设备的标定方案。通过对标定误差进行分析，提出一种通过添加修正系数的方式来减小设备最大测量误差的方法。通过搭建测试平台对热电偶温度采集设备的性能进行全面测试。对其工作的可靠性和测量误差进行了分析，验证设备完全符合设计指标。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容及章节安排

2 热电偶温度采集设备总体设计思路

2.1 设计需求分析

2.2 总体设计思路

2.3 本章小结

3 热电偶信号调理电路设计

3.1 热电偶参考结点补偿

3.2 参考电压源的设计

3.3 模拟信号增益调整

3.4 热电偶信号滤波

3.5 采样变换电路过压保护

3.6 本章小结

4 采样量化电路及信号采集逻辑设计

4.1 采样量化电路设计

4.2 信号采集逻辑设计

4.3 采样量化误差分析

4.4 电路设计优化

4.5 本章小结

5 热电偶温度采集设备标定方法研究

5.1 热电偶非线性补偿方法

5.2 温度采集设备标定方法

5.3 改进的标定方法

5.4 采集设备性能测试与分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 设计总结

6.2 下一步工作及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及所取得的研究成果

致谢