CN101750530A - 一种桥丝感应电流的测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥丝感应电流的测量方法及系统，采用红外透镜和光纤耦合对桥丝进行非接触式测量，通过分光后测得的中、近红外响应光电压的比值，可以得到桥丝内的电流值。本发明解决了现有桥丝感应电流的测量方法及系统进行接触式测量时人为误差很难控制的技术问题，具有测量误差小，装置简单，操作方便，数据处理容易的优点，从而达到对桥丝的电磁环境效应进行评估的目的。

Description

一种桥丝感应电流的测量方法及系统

技术领域

本发明涉及一种桥丝感应电流的测量方法及系统，尤其涉及一种非接触式桥丝感应电流的测量方法及系统。

背景技术

桥丝式电点火头处于交变的电磁环境中的感应电流的测量，属于弱信号探测。如果桥丝内的感应电流过大，则会引起意外情况发生。因此对处于交变的磁场中的桥丝内的感应电流进行测试，从而对桥丝的电磁环境效应进行评估是很必要的。

传统的测量桥丝感应电流方法大多采用热电偶和热敏电阻等来对桥丝的感应电流进行测量，但这些方法有着其固有的缺点：在电磁环境下，测量电路本身会产生感应电流，从而使测量结果有很大的误差。

文献“电发火系统感应电流测试方法研究”(王韶光，齐杏林，曹宏安等，军械工程学院学报，2003，15(4)：11～14)提出一种白光干涉型光纤测温仪，其采用一种基于Fabry-Perot(法布里-泊罗)干涉原理的光纤探头，再利用波长调制原理建立温度-光程差-波长-信号峰值点的关系，通过标定传感器，实现对温度的测量，最后根据电流-温度平方根曲线来得到相应的电流。此方法利用光纤传输信号，不受电磁辐射的影响，克服了传统方法在这方面的缺点。但是该方法也带来了新的困难：需要人为的安放光纤传感头。由于桥丝的尺寸很小，直径约10微米长度约1毫米，传感头与桥丝接触容易使桥丝发生形变，形变的程度是不容易控制的，从而容易带来误差。此外，该方法的系统结构相对复杂。

发明内容

本发明提出了一种基于红外光纤分光原理的非接触式红外桥丝感应电流的测量方法及系统，它解决了现有的白光干涉型光纤测温仪测量误差大、系统结构复杂的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种桥丝感应电流的测量方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1]在同一批桥丝中任意取一根桥丝；

2]给该桥丝外加一个测试电流，用红外透镜组将桥丝的红外辐射光耦合入红外光纤；

3]将红外光纤出射的红外辐射光入射到光调制盘上；

4]用近红外探测器和中红外探测器分别探测光调制盘输出的红外辐射光中的近红外光和中远红光，得到近红外光的响应光电压信号和中远红光的响应光电压信号；

5]将近红外光的响应光电压信号和光调制盘的参考频率送入锁相放大器，并在锁相放大器上得到近红外光电压的读数；

将中远红外光的响应光电压信号和光调制盘的参考频率送入锁相放大器，并在锁相放大器上得到中远红外光电压的读数；

6]计算中远红外光电压和近红外光电压的比值并记录外加的测试电流值；

7]改变外加的测试电流值，重复步骤2]至步骤6]，得到该桥丝的中远红光电压和近红外光电压的比值与测试电流值的对应关系曲线；

8]对置于不同的电磁环境中的待测桥丝，不加测试电流的条件下测出中远红光电压和近红外光电压的比值，利用步骤7]中的关系曲线得出待测桥丝在该电磁环境中的感应电流。

一种桥丝感应电流的测量方法，特殊之处在于：包括以下步骤：

1]在同一批桥丝中任意取一根桥丝；

2]给该桥丝外加一个测试电流，用红外透镜组将桥丝的红外辐射光耦合入红外光纤；

3]从红外光纤出来的红外辐射光经光调制盘后入射到红外分光镜上被分成近红外光和中远红外光；

4]用探测器分别探测近红外光和中远红光的响应光电压信号；

5]将响应光电压信号和光调制盘的参考频率送入锁相放大器，并在锁相放大器上得到光电压的读数；

6]计算中远红光电压和近红外光电压的比值并记录外加的测试电流值；

7]改变外加的测试电流值，重复步骤2]至步骤6]，得到该桥丝的中远红光电压和近红外光电压的比值与测试电流值的对应关系曲线；

8]对置于不同的电磁环境中的待测桥丝，不加测试电流的条件下测出中远红光电压和近红外光电压的比值，利用步骤7]中的关系曲线得出待测桥丝在该电磁环境中的感应电流。

上述探测器包括近红外探测器和中红外探测器；所述锁相放大器的数量为两台，分别与近红外探测器和中红外探测器相连。

一种桥丝感应电流的测量系统，其特殊之处在于：

上述测量系统包括可向桥丝供电的电源装置、光纤耦合装置、测量装置以及连接光纤耦合装置与测量装置的红外光纤；

上述光纤耦合装置包括套管、桥丝安装座、红外透镜组和红外探头；所述桥丝安装座、红外透镜组和红外探头设置在套管内；所述桥丝安装座可放置桥丝并可将桥丝与电源装置连接，所述桥丝和光纤探头分别处于红外透镜组的两个焦平面的位置，所述红外探头与红外光纤连接。

上述测量装置包括光调制盘、红外探测器、与红外探测器相连的锁相放大器；上述红外光纤的输出光入射到光调制盘，所述光调制盘的输出光入射到红外探测器上，其频率输出端与锁相放大器连接。

上述测量装置包括光调制盘、红外分光镜、设置在红外分光镜透射方向的第一红外探测器、设置在红外分光镜反射方向的第二红外探测器、与第一红外探测器相连的第一锁相放大器、与第二红外探测器相连的第二锁相放大器；所述红外光纤的输出光入射到光调制盘，所述光调制盘的输出光入射到红外分光镜上，其频率输出端分别与第一锁相放大器和第二锁相放大器连接。

上述第一红外探测器是近红外探测器，所述第二红外探测器是中红外探测器。

上述近红外探测器是InGaAs材料的红外探测器，所述中红外探测器是InSb材料的红外探测器。

上述红外透镜组包括两个红外透镜；所述电源装置包括电源、滑线变阻器和电流表。

本发明的优点是：

1、测量误差小。本发明采用红外微透镜组把桥丝的辐射光耦合进光纤，实现了对桥丝的非接触测量，避免了因桥丝与探头的接触程度的控制问题所带来的误差。本发明由于采用了分光镜，所以可同时使用两个探测器，从而减少了因移动探测器所带来的人为操作误差。本发明利用两个探测器测得的中、近红外响应光电压的比值，在很大程度上消去了背景噪声和器件本身的噪声所带来的误差。

2、系统装置简单，操作方便。本发明采用红外光纤进行传输，避免了电磁环境的干扰，且能实现较远距离的测量。

3、数据处理容易。本发明采用调制盘对桥丝的红外辐射进行调制，调制信号被输入到锁相放大器中，从而使锁相放大器对响应光电压信号进行放大，可实现对弱信号的测量，数据处理容易。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图；

图2是本发明系统的另一种结构示意图；

图3是本发明系统的光纤耦合装置的结构示意图；

图4是实验测得的中、近红外响应光电压的比值与桥丝电流的关系曲线示意图；

其中：1-电源，2-滑线变阻器，3-电流表，4-光纤耦合装置，5-光调制盘，6-第一光电探测器，7-第二光电探测器，8-第一锁相放大器，9-第二锁相放大器，10-红外光纤，11-调制后的红外辐射，12-红外分光镜，13-桥丝的近红外辐射，14-桥丝的中远红外辐射，15-套管，16-桥丝，17-红外微透镜组，18-桥丝安装座，19-红外探头，20-双色探测器，21-调制参考信号。

具体实施方式

参见图1，光纤耦合装置是利用红外微透镜组将桥丝的红外辐射耦合入红外光纤，从光纤出来的辐射光经调制盘后入射到红外分光镜上被分成近红外和中远红外两束光，再分别用近红外和中红外探测器探测其响应光电压，在锁相放大器上得到光电压的读数。利用中、近红外光电压的比值和桥丝电流的一一对应关系，可实现对桥丝感应电流的测量。

图2是用一个双色探测器代替分光镜加两个探测器，双色探测器可以同时探测2个不同波段的光，有两个电信号输出端。

近红外探测器是InGaAs材料的，其响应波长范围为0.8～1.6微米，在半导体制冷210K条件下工作；中红外探测器是InSb材料的，其响应波长范围为3～5.5微米，在液氮制冷77K条件下工作。

滑线变阻器的作用是改变通入桥丝电流的大小，电流表是用来读出通过桥丝内的电流值。参见图3，在光纤耦合装置中，桥丝和光纤探头分别处于红外透镜组的两个焦平面的位置，这样就能把桥丝的辐射尽量多的耦合进光纤。从光纤出来的辐射经过光调制盘的调制后入射到探测器上，调制盘的频率输出端接锁相放大器，即把参考信号频率的信息给了锁相放大器。入射到探测器上的辐射光包括近红外辐射和中远红外辐射，分别用相应的探测器探测其响应光电压，并分别把信号输入到锁相放大器中。为了避免来回搬动探测器造成测量的不准确，也可以将从光纤出来的辐射经过光调制盘的调制后入射到分光镜上，调制盘的频率输出端接第一锁相放大器和第二锁相放大器，即把参考信号频率的信息给了锁相放大器。入射到分光镜上的辐射光被分成两束，一束是近红外辐射，另一束是中远红外辐射，不同的分光镜，可以使透射的是近红外光，反射的是中远红外，也可以使透射的是中远红外，反射的是近红外，即第一探测器和第二探测器到底是近红外的还是中红外的应该看所选的分光镜而定；分别用InGaAs探测器和InSb探测器探测其响应光电压，并分别把信号输入到锁相放大器中。输入到锁相放大器的信号有很大的噪声，但是在经过锁相放大器后，只有与参考信号频率完全一致的信号才能得到放大并输出，从而得到了桥丝的中、近红外响应光电压信息和得到一个中、近红外光电压的比值，从电流表读出桥丝的电流值，得到一组中、近红外光电压的比值-桥丝电流值。改变通入桥丝内的电流大小，又可以得到多组中、近红外光电压的比值-桥丝电流值，用这些数据可以得到一曲线，如图4所示。

随着桥丝内电流的增加，桥丝表面温度升高，其辐射的峰值波长向短波方向移动，中、近红外光电压的比值随着电流的升高单调递减。所以桥丝的一个电流值对应唯一的一个中、近红外光电压的比值。

在实际应用中，从一批相同的桥丝式电点火头中取出任意一个，用本系统测出其中、近红外响应光电压的比值-电流曲线。对于处于电磁环境中的桥丝，电流属于待测目标，可以用如图1所示的系统(这时不接电源装置)测出其中、近红外响应光电压比值，就可以在所得曲线上得出对应的桥丝内的电流，从而达到了对桥丝的电磁环境效应进行评估的目的。

Claims (9)

1.一种桥丝感应电流的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

1]在同一批桥丝中任意取一根桥丝；

2]给该桥丝外加一个测试电流，用红外透镜组将桥丝的红外辐射光耦合入红外光纤；

3]将红外光纤出射的红外辐射光入射到光调制盘上；

4]用近红外探测器和中红外探测器分别探测光调制盘输出的红外辐射光中的近红外光和中远红光，得到近红外光的响应光电压信号和中远红光的响应光电压信号；

5]将近红外光的响应光电压信号和光调制盘的参考频率送入锁相放大器，并在锁相放大器上得到近红外光电压的读数；

将中远红外光的响应光电压信号和光调制盘的参考频率送入锁相放大器，并在锁相放大器上得到中远红外光电压的读数；

6]计算中远红外光电压和近红外光电压的比值并记录外加的测试电流值；

7]改变外加的测试电流值，重复步骤2]至步骤6]，得到该桥丝的中远红光电压和近红外光电压的比值与测试电流值的对应关系曲线；

8]对置于不同的电磁环境中的待测桥丝，不加测试电流的条件下测出中远红光电压和近红外光电压的比值，利用步骤7]中的关系曲线得出待测桥丝在该电磁环境中的感应电流。

2.一种桥丝感应电流的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

1]在同一批桥丝中任意取一根桥丝；

2]给该桥丝外加一个测试电流，用红外透镜组将桥丝的红外辐射光耦合入红外光纤；

3]从红外光纤出来的红外辐射光经光调制盘后入射到红外分光镜上被分成近红外光和中远红外光；

4]用探测器分别探测近红外光和中远红光的响应光电压信号；

5]将响应光电压信号和光调制盘的参考频率送入锁相放大器，并在锁相放大器上得到光电压的读数；

6]计算中远红光电压和近红外光电压的比值并记录外加的测试电流值；

7]改变外加的测试电流值，重复步骤2]至步骤6]，得到该桥丝的中远红光电压和近红外光电压的比值与测试电流值的对应关系曲线；

8]对置于不同的电磁环境中的待测桥丝，不加测试电流的条件下测出中远红光电压和近红外光电压的比值，利用步骤7]中的关系曲线得出待测桥丝在该电磁环境中的感应电流。

3.根据权利要求2所述的桥丝感应电流的测量方法，其特征在于：所述探测器包括近红外探测器和中红外探测器；所述锁相放大器的数量为两台，分别与近红外探测器和中红外探测器相连。

4.一种桥丝感应电流的测量系统，其特征在于：

所述测量系统包括可向桥丝供电的电源装置、光纤耦合装置、测量装置以及连接光纤耦合装置与测量装置的红外光纤；

所述光纤耦合装置包括套管、桥丝安装座、红外透镜组和红外探头；所述桥丝安装座、红外透镜组和红外探头设置在套管内；所述桥丝安装座可放置桥丝并可将桥丝与电源装置连接，所述桥丝和光纤探头分别处于红外透镜组的两个焦平面的位置，所述红外探头与红外光纤连接。

5.根据权利要求4所述的桥丝感应电流的测量系统，其特征在于：

所述测量装置包括光调制盘、红外探测器、与红外探测器相连的锁相放大器；所述红外光纤的输出光入射到光调制盘，所述光调制盘的输出光入射到红外探测器上，其频率输出端与锁相放大器连接。

6.根据权利要求4所述的桥丝感应电流的测量系统，其特征在于：

所述测量装置包括光调制盘、红外分光镜、设置在红外分光镜透射方向的第一红外探测器、设置在红外分光镜反射方向的第二红外探测器、与第一红外探测器相连的第一锁相放大器、与第二红外探测器相连的第二锁相放大器；所述红外光纤的输出光入射到光调制盘，所述光调制盘的输出光入射到红外分光镜上，其频率输出端分别与第一锁相放大器和第二锁相放大器连接。

7.根据权利要求5或6所述的桥丝感应电流的测量系统，其特征在于：所述第一红外探测器是近红外探测器，所述第二红外探测器是中红外探测器。

8.根据权利要求7所述的桥丝感应电流的测量系统，其特征在于：所述近红外探测器是InGaAs材料的红外探测器，所述中红外探测器是InSb材料的红外探测器。

9.根据权利要求8所述的桥丝感应电流的测量系统，其特征在于：所述红外透镜组包括两个红外透镜；所述电源装置包括电源、滑线变阻器和电流表。

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