CN103698618A - 瞬变电磁脉冲电场测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种瞬变电磁脉冲电场测试仪，包括依次连接的探测器、光纤以及接收器，探测器用于提取电场信号，进行信号调理，将电信号转换为光信号输出；光纤用于对光信号进行远距离传输；接收器用于接收光纤传来的光信号，将光信号转换为电信号，再次对电信号进行信号调理后，输出显示。本发明的目的在于提供一种可以进行动态范围大、作用时间短、频谱范围宽的电场测试装置，满足测试特殊电磁脉冲信号的需求。

Description

瞬变电磁脉冲电场测试仪

技术领域

本发明涉及一种电场测试装置，尤其涉及一种可以测试动态范围大、作用时间短、频谱范围宽的电场装置。

背景技术

随着电子技术的发展，各种装备越来越普遍地应用半导体和集成电路，所以高功率电磁脉冲对装备设施有着不可低估的破坏作用（例如雷电、核电磁脉冲模拟器输出的功率信号）。考核装备抗电磁脉冲破坏的能力日益重要。考核过程需要一种特殊的电场测试装置（要求电场测试仪器可测试动态范围大、作用时间极短、频谱范围宽的电场）。现有电场测试仪器一般用于测试弱电场，当强行用于强电场测试时，电磁能量通过线缆、金属孔缝进入测试仪器内部，产生感应电流使内部电路出现功能损坏或工作干扰，因此无法反映实际电场特性。现有可以测试强电场的仪器响应速度过慢，难以测试作用时间极短的电场信号。因此现有的电场测试仪器大都满足不了这种需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以进行动态范围大、作用时间短、频谱范围宽的电场测试装置，满足测试特殊电磁脉冲信号的需求。

本发明的技术解决方案：

瞬变电磁脉冲电场测试仪，其特殊之处在于：包括依次连接的探测器、光纤以及接收器，

所述探测器用于提取电场信号，进行信号调理，将电信号转换为光信号输出；

所述光纤用于对光信号进行远距离传输；

所述接收器用于接收光纤传来的光信号，将光信号转换为电信号，再次对电信号进行信号调理后，输出显示。

上述探测器包括电场感应器、感应信号调理电路、平衡-不平衡变换电路、电光转换电路和探测器电源；所述电场感应器为两个，对称设置在感应信号调理电路的输入端；

所述电场感应器用于将瞬变电场脉冲转化为电压信号；

所述感应信号调理电路用于对电压信号进行幅度衰减；

所述平衡-不平衡变换电路用于在宽频带范围内按照线性规律将进行幅度衰减后的差分电压信号转换为单端电压信号，将单端电压信号输出给电光转换电路；

所述电光转换电路将单端电压信号转化为光信号输出；

所述探测器电源用于对平衡-不平衡变换电路和电光转换电路供电；

所述电光转换电路的光信号输出接口为带法兰盘的FC/APC型连接器。

上述探测器电源包括充电电池组、稳压芯片U1以及DC/DC电源转换模块U2，所述充电电池组的输出端接稳压芯片U1的输入端，所述稳压芯片U1的输出端接DC/DC电源转换模块U2的输入端；

所述稳压芯片U1的输入端1脚接钽电容C1,所述DC/DC电源转换模块U2的一个输出端接钽电容C2，另一个输出端接钽电容C3。

上述电场感应器包括感应杆、定位座以及焊接柱，所述感应杆垂直固定在定位座的底部表面，所述焊接柱垂直固定在定位座的顶部表面，所述定位座通过焊接柱以锡焊的方式固定在探测器内部的电路板上。

上述感应器信号调理电路包括分压电容C_div和等效电容C_induct，所述分压电容C_div的一端与一个电场感应器的连接，所述分压电容C_div的另一端接地，所述等效电容C_induct的一端与另一个电场感应器链接，所述等效电容C_induct的另一端与分压电容C_div的一端连接。

所述分压电容C_div满足下列关系式：

$K=\frac{V_{\mathrm{induct}}}{V_S}=\frac{C_{\mathrm{induct}}+C_{\mathrm{div}}}{C_{\mathrm{induct}}}$

其中：V_induct－电场感应器的感应电动势，单位为V；

V_S－分压器输出的信号电压，单位为V/m；

C_induct－电场感应器的等效电容，单位为mm；

C_div－分压电容，单位为pF。

上述平衡-不平衡变换电路包括运算放大器U3和运算放大器U4,

所述运算放大器U3的同相输入端+IN1接来自感应信号调理电路的信号INDUCT-，所述运算放大器U3反相输入端-IN2接来自感应信号调理电路的信号INDUCT+，信号INDUCT-经过运算放大器U3内部处理后由运算放大器U3的第一输出端OUT1输出信号OUT-，信号OUT-通过电阻R3进入运算放大器U4的反相输入端-IN；

信号INDUCT+经过运算放大器U3内部处理后由运算放大器U3的第二输出端OUT2输出信号为OUT+，信号OUT+通过电阻R5进入运算放大器U4的同相输入端+IN；

运算放大器U4将输入的差分信号OUT+、OUT-转换为单端信号OUT-4817，单端信号OUT-4817由运算放大器U4的输出端输出；

所述运算放大器U3的两个正电源端（+Vs1，+Vs2）均接正电源，所述运算放大器U3的两个负电源端（-Vs1，-Vs2）均接负电源；

所述运算放大器U4正电源端+Vs接正电源，所述运算放大器U4负电源端-Vs接负电源；

上述平衡-不平衡变换电路还包括正端输入频响调整电路和负端输入频响调整电路，信号INDUCT+在进入运算放大器U3之前先经过正端输入频响调整电路；信号INDUCT-在进入运算放大器U3之前先经过负端输入频响调整电路，所述负端输入频响调整电路包括电阻R1，所述电阻R1的一端接信号INDUCT+，所述电阻R1的另一端接地；所述正端输入频响调整电路包括电阻R2，所述电阻R2的一端接信号INDUCT-，所述电阻R2的另一端接地；

还包括电源滤波电路，所述电源滤波电路包括电容，所述电容一端接地，另一端与电源连接。

上述电光转换电路包括信号适配电路、光激励器U7、工作点调节电路：

所述信号适配电路包括电容C14和电阻R12，单端信号OUT-4817输入至电容C14的一端，所述电容C14的另一端与电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端与光激励器U7的LDC端连接；

所述工作点调节电路包括运放芯片U5、稳压芯片U6、三极管Q1以及外围电路，所述运放芯片U5包括第一运放器和第二运放器，

所述稳压芯片U6的负极接电阻R10的一端，稳压芯片U6的负极和电阻R10的公共端接-5V电源，所述稳压芯片U6的正极接电阻RP1的一个固定端，稳压芯片U6的正极和电阻RP1的公共端接电阻R9的一端，电阻R10的另一端接电阻RP1的另一个固定端，电阻R9的另一端接地；

所述运放芯片U5的第一运放器1IN+端接电阻RP1的滑动端；

所述运放芯片U5的第二运放器的2IN+端通过电阻R8与电阻R9和RP1的公共端连接，运放芯片U5的第二运放器的输出端2OUT和第二运放器的反相输入端2IN-之间连接有电容C12,运放芯片U5的第二运放器的电源端接地，第一运放器的接地端接负电源；

所述光激励器U7的PDA端输出的PDA信号输入至第二运放器的反相输入端2IN-；第一运放器的1OUT端输出的直流偏置信号叠加光激励器U7输出的PDA信号后输入至运放芯片U5的第二运放器的反相输入端，运放芯片U5的第二运放器对2IN+端输入的信号和2IN-端输入的信号进行比较后，从运放芯片U5的第二运放器的2OUT引脚输出TO-B信号，TO-B信号经过电阻R13、二极管D1进入三极管Q1的基极；

所述三极管Q1的集电极通过电感L1、电阻R11连接到电阻R12的另一端，所述三极管Q1的发射极通过电阻R14与-5V电源连接；

所述光激励器U7的LDC引脚、LDA引脚脚输入将要转换的电信号；光激励器U7的Out1引脚、Out2引脚输出转换后的光信号；光激励器U7的PAD引脚输出监测信号监测U7输出的光信号功率大小。

上述接收器包括光电转换模块、信号调理单元、显示单元、信号输出单元以及接收器电源，

所述光电转换模块包括光接收器U8，光接收器U8的阳极接负电源，光接收器U8的阴极输出光电转换后的电信号OUT-E，光接收器U8的接地端接地；光接收器U8的输入端为LIN+和输入端LIN-接光信号；

所述信号调理单元包括一级放大电路和二级放大电路路，一级放大电路包括芯片U9，二级放大电路包括芯片U10；

光接收器U8输出的电信号经过电阻R16进入芯片U9的反相输入端IN-，经过芯片U9反相放大后从运放芯片U9的输出端OUT输出，运放芯片U9的反相输入端IN-和运放芯片U9的输出端OUT之间连接有电阻R17；

芯片U9的输出端OUT输出的信号通过并联电容组C20、C21进入运放芯片U10的同相输入端IN+，经过运放芯片U10进行同相放大后从芯片U10的输出端OUT输出，运放芯片U10的反相输入端IN-通过电阻R22接地，芯片U10的反相输入端IN-和运放芯片U10的输出端OUT连接有电阻R23；

运放芯片U9的正电源端+Vs接正电源，运放芯片U9的负电源端-Vs接负电源，运放芯片U10的正电源端+Vs接正电源，运放芯片U10的负电源端-Vs接负电源，还包括电源滤波电路，所述电源滤波电路包括滤波电容，所述滤波电容一端接地，一端接电源。

上述显示单元包括显示驱动电路和显示模块，所述显示驱动电路为同相放大电路，所述显示驱动电路包括芯片U11以及外围电路，运放芯片U9的输出端输出的信号经过电感L2、电位器RP2进入芯片U11的正相输入端IN+，经过芯片U11的同相放大后从芯片U11的输出端输出，

所述芯片U11的同相输入端IN+连接有电阻R19，电阻R19的另一端接地，所述芯片U11的反相输入端IN-连接有电阻R18，所述电阻R18的另一端接地；所述芯片U11的反相输入端IN-与芯片U11的输出端连接有电阻R20,

所述显示模块为DM系列数字面板表。

本发明所具有的优点：

本瞬变电磁脉冲电场测试仪经实验验证，达到以下技术指标：

1、可测试动态范围大的电场信号。可测试幅度范围在4.5kV/m～55kV/m内的电场信号，测试信号幅度范围覆盖一个数量级。可测试信号的幅度（垂直）分辨率为1kV/m。

2、可测试作用时间短的电场信号。可测试到电场信号的上升时间最小为1.8ns，可测试到电场信号的半高宽时间超过35ns。

3、可测试频谱范围宽的电场信号。可测试到带宽近似200MHz的电场信号。

4、瞬变电磁脉冲电场测试仪连续稳定工作时间不小于8小时。内置监测电路，自动调节，稳定系统输出。

附图说明

图1为本发明瞬变电磁脉冲电场测试仪的系统图；

图2为本发明探测器的原理框图；

图3为本发明探测器电源电路的原理图；

图4为本发明电场感应器的结构示意图，其中1-焊接柱，2-定位座，3-感应杆；

图5为本发明感应器信号调理电路原理图；

图6为本发明运算放大器U3相关电路图；

图7为本发明运算放大器U4相关电路图；

图8为本发明电光转换电路的结构图；

图9为本发明接收器的原理框图；

图10为本发明光电转换模块的结构图；

图11为本发明信号调理单元的结构图；

图12为本发明显示驱动电路的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，瞬变电磁脉冲电场测试仪由探测器、接收器与光纤三部分组成。探测器的功能是提取电场信号，进行信号调理，将电信号转换为光信号输出。光信号通过光纤进行远距离传输。接收器的功能是接收光纤传来的信号，将光信号转换为电信号，再次对电信号进行信号调理后，输出显示。光纤长度为50m,光纤选用双层紫外固化丙烯酸脂涂层，它具有优越的保护光纤的能力，同时使光纤具有非常优良的抗微弯性能，大大提高了光纤对不同环境的适应能力，提高了产品的性能。。

如图2所示，探测器由电场感应器及感应信号调理电路、平衡-不平衡变换电路、电光转换电路和探测器电源电路构成。瞬变电场脉冲通过电场感应器转化为电压信号,电场感应器信号调理电路进行衰减，再经平衡-不平衡变换电路进行信号处理，将最终的单端信号送给电光转换电路,由光纤激励器将电压信号转化为光信号输出。探测器采用充电电池组供电，充电电池组电压为7.2V。光信号输出接口为带法兰盘的FC/APC型连接器。

如图3，探测器采用充电电池组作为电源，电池组输出接稳压芯片U1。电池为电路长时间供电后，电量会减少，电池输出电压也随之降低，直接使用电池供电，会造成电路性能波动，通过稳压芯片U1可确保电路的工作电压始终保持恒定。U1电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，用U1组成稳压电源所需的外围元件极少，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。U1输入电压6.5V～9V，输出电压恒定5V。稳压芯片U1输出接DC/DC电源转换模块U2，电源转换模块U2用于将+5V电压转换为±5V电压，以满足电路板供电要求。U2输入电压+5V，输出电压±5V。在U1输入端（U1的1脚）、U2输出端（U2的5脚和7脚）加钽电容进行电源滤波。

如图2所示，电场感应器为对称结构，由两套相同的结构件构成。图4是其中一个电场感应器的外观图。图4中电场感应器由感应杆、定位座、焊接柱三部分组成，感应杆用于感应电场信号，感应杆垂直于定位座，焊接柱垂直于定位座，三者之间的几何关系通过机械加工保证。定位座紧贴在电路板上，并通过焊接柱以锡焊的方式固定在电路板上。（探测器内部的感应信号调理电路、平衡-不平衡变换电路、电光转换电路和探测器电源电路通过一块电路板实现，该电路板就是探测器内部的电路板）最终得到如下效果：感应杆垂直于电路板，同时感应杆与电路板之间的距离恒定。感应杆为圆柱体，定位座为长方体，焊接柱为圆柱体。电场感应器采用黄铜材质制作。

如图5所示，电场感应器信号调理电路采用电容分压器实现。分压器的分压比K为：

$K=\frac{V_{\mathrm{induct}}}{V_S}=\frac{C_{\mathrm{induct}}+C_{\mathrm{div}}}{C_{\mathrm{induct}}}...\left(1\right)$

式1中：

V_induct－电场感应器的感应电动势，单位：(V)；

V_S－分压器输出的信号电压，单位：(V/m)；

C_induct－电场感应器的等效电容，单位：(mm)；

C_div－分压电容，单位：(pF)。

当瞬变电磁脉冲电场测试仪的电场感应器尺寸确定后，该电场感应器的等效电容C_induct就确定了，通过调整分压电容C_div大小，可以对电场感应器感应信号进行有效分压，使衰减后信号满足阻抗变换电路最佳输入信号幅度范围。由于电场感应器为对称结构，由两套相同的结构件构成。每一个电场感应器连接一个分压电容C_div，两个电场感应器分别连接各自的分压电容，两个电场感应器共需2个分压电容。其中一个电场感应器的分压电容C_div对应图6中的C8，另一个电场感应器的分压电容C_div对应图6中的C9；电容C9的两端形成信号INDUCT+、电容C8的两端形成信号INDUCT-（INDUCT+和INDUCT-信号传输到平衡-不平衡变换电路的输入端）。

平衡-不平衡变换电路原理图见图6和图7。平衡-不平衡变换电路用于在宽频带范围内按照线性规律将差分信号转换为单端信号。平衡-不平衡变换电路输入信号INDUCT+、INDUCT-，输出信号为OUT-4817。OUT-4817是反映电场特征的单端电压信号。平衡-不平衡变换电路以运算放大器U3和运算放大器U4为核心构成，采用±5V电源供电。图6中U3的2脚和10脚分别接来自电场感应器的信号INDUCT-、INDUCT+，INDUCT-信号在U3内部处理后由U3的13脚输出，输出信号为OUT-，OUT-信号通过电阻R3进入U4的反相输入端（2脚）；INDUCT+信号在U3内部处理后由U3的5脚输出，输出信号为OUT+，OUT+信号通过电阻R5进入U4的同相输入端（3脚）。图7中U4将输入的差分信号OUT+、OUT-转换为单端信号OUT-4817，OUT-4817由U4的6脚输出。

U3的6脚和14脚接+5V电源，U3的4脚和12脚接-5V电源，U4的7脚接+5V电源，U4的4脚接-5V电源，电容C4、C5、C6、C7、C10、C11用于电源滤波，R1、R2用于输入频响调整。

当平衡-不平衡变换电路的负载阻抗为100Ω，±5V电源供电时，平衡-不平衡变换电路带宽可以达到400MHz。

电光转换电路见图8。电光转换电路将电信号转换为光信号，然后通过光纤将光信号进行远距离无失真传输。电光转换电路输入电信号来自阻抗变换电路，电信号为OUT-4817；电光转换电路输出光信号，电光转换电路输出接光纤。电光转换电路由信号适配电路、光激励器、工作点调节电路构成。电光转换电路的光信号输出接口为带法兰盘的FC/APC型连接器。

信号适配电路包括电容C14和电阻R12，单端信号OUT-4817输入至电容C14的一端，电容C14的另一端与电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端与光激励器U7的LDC端1脚连接；电容C14隔直流通交流，电阻R12用于阻抗调节，抑制信号反射。

工作点调节电路包括运放芯片U5、稳压芯片U6、三极管Q1以及外围电路，所述运放芯片U5包括第一运放器和第二运放器，

稳压芯片U6的负极接电阻R10的一端，U6的负极和电阻R10的公共端接-5V电源。所述稳压芯片U6的正极接电阻RP1的一个固定端，稳压芯片U6的正极和电阻RP1的公共端接电阻R9的一端。电阻R10的另一端接电阻RP1的另一个固定端。电阻R9的另一端接地。

运放芯片U5的第一运放器1IN+端（3脚）接电阻RP1的滑动端。通过电阻RP1的滑动端为第一运放器提供一个参考电压，通过该参考电压使第一运放器的1OUT端（U5的1脚）输出一个与参考电压相同的直流偏置信号。

运放芯片U5的第二运放器的2IN+端（5脚）通过电阻R8接电阻R9和RP1的公共端。通过电阻R9和RP1的公共端为第二运放器提供一个参考电压。

运放芯片U5的第二运放器的输出端2OUT和第二运放器的反相输入端2IN-之间连接有电容C12,

U5的第二运放器的电源端接地，第一运放器的接地端接负电源。

光激励器U7的PDA端（4脚）输出的PDA信号输入至第二运放器的反相输入端2IN-（U5的6脚）；U5的1OUT端（U5的1脚）输出的直流偏置信号叠加光激励器U7输出的PDA信号（U7的4脚）后输入至U5的第二运放器的反相输入端（6脚），U5的第二运放器对2IN+信号（5脚）和2IN-信号（6脚）进行比较后，从U5的第二运放器的2OUT引脚（7脚）输出TO-B信号。TO-B信号经过电阻R13、二极管D1进入三极管Q1的基极。

三极管Q1的集电极通过电感L1、电阻R11连接到电阻R12的另一端，三极管Q1的发射极通过电阻R14与-5V电源连接。

光激励器U7的1、2脚输入将要转换的电信号；U7的5、6脚输出转换后的光信号；U7的4脚输出监测信号（输出监测信号是PDA信号，输出监测信号为电信号）——监测U7输出的光信号功率大小；

工作点调节电路工作过程为：将要转换的电信号通过光激励器U7的1、2脚输入,LDC引脚（1脚）接信号，LDA引脚（2脚）接地。与此同时U7的PDA引脚（4脚）输出监测信号（PDA信号），通过PDA信号产生TO-B控制信号。TO-B控制信号通过三极管Q1放大后反作用于光激励器U7的LDC信号（U7的1脚），通过该闭环控制过程实现光激励器U7输出光信号功率稳定。

光激励器U7是一款高性能单模半导体激光器，1GHz带宽，该器件内置高稳定性激光芯片（激光器LD）、光强监测光敏二极管（监测PIN管）、光隔离器，专用于模拟信号传输，该器件折射率分布控制精确，几何特性优越和衰落低，具有优良的抗微弯性能，稳定的动态抗疲劳特性，适用于高速率、长距离传输。

工作点调节电路用于稳定光激励器U7输出的光功率。通过合理设置工作点，光激励器U7将工作在线性工作区，当U7由于温度或其他影响造成输出光功率波动时，可以适当的改变偏置条件，来维持输出光功率的稳定。

运放芯片U5里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，U5具有低输入偏流、低输入失调电压和失调电流、共模输入电压范围宽，直流电压增益高(约100dB)、单位增益频带宽(约1MHz)、低功耗电流，适合于电池供电等特点。通过U5A构成射极跟随器，通过U5B和电容C12构成积分器。RP1上的分压进入U5A的同相输入端，因为是跟随器，U5A输出电压与输入电压相同。R9上的分压通过R8进入U5B的同相输入端，U5B的输出通过电阻R13和二极管D1接三极管的基极，三极管Q1发射极通过电阻R14接-5V电源，光激励器U7内部激光器LD通过电感L1、电容R11接三极管Q1的集电极。通过调节U5B的输出电压，可以改变三极管Q1的基极电流，三极管基极电流控制集电极电流大小，集电极电流变化会改变光激励器U7内部激光器LD的偏置条件，使光功率受到控制。

光激励器U7的监测PIN管用来接收激光器LD的背向光输出，由于背向光与正向光成正比关系，当激光器LD输出光功率增大时，PIN管输出信号增大，积分器输出信号的绝对值增大（积分器输出信号为负电压，负电压绝对值越大，电压数值越小），三极管基极电流减小，进而三极管集电极电流减小，最终导致光激励器U7内部激光器LD输出光功率减小。当光激励器U7内部激光器LD输出光功率减小时，PIN管输出信号减小，积分器输出信号的绝对值减小（积分器输出信号为负电压，负电压绝对值越小，电压数值越大），三极管基极电流增大，进而三极管集电极电流增大，最终导致光激励器U7内部激光器LD输出光功率增大。

如图9，接收器由光电转换模块、信号调理单元、显示单元、信号输出单元、接收器电源电路构成。接收器将光纤传来的光信号转换为电信号，再将该电信号进行信号处理，最后进行输出。

如图10，光电转换模块由光接收器U8构成，U8负责将前端由光纤传送的光信号转换为电信号，U8具有低输入电容、低回波损耗、低互调失真的特点，其工作激光波长1310nm，采用微同轴封装，传输信号可以达到3GHz，完全满足接收器要求。U8采用-5V供电，U8的3脚接-5V电源，2脚输出光电转换后的电信号，1脚接地。

如图11，信号调理单元由两级放大电路组成，一级放大电路为反相放大电路，二级放大电路为同相放大电路，一级放大电路以运放芯片U9为核心构成，二级放大电路以运放芯片U10为核心构成。一级放大电路和二级放大电路均采用±5V电源供电。光接收器U8输出的电信号经过电阻R16进入U9的2脚，反相放大后的信号经过U9的6脚输出，电阻R16、R17用于设定放大倍数，放大倍数等于R17与R16的比值。U9的6脚输出信号通过并联电容组C20、C21进入U10的3脚，同相放大后的信号经过U10的6脚输出，电阻R22、R23用于设定放大倍数，放大倍数等于R23与R22的比值加一。并联电容组C20、C21的作用是隔直流通交流。U9的7脚接+5V电源，U9的4脚接-5V电源；U10的7脚接+5V电源，U10的4脚接-5V电源，电容C18、C19、C24、C24用于电源滤波。

显示单元用于显示光功率大小，它由显示驱动和显示模块组成。一级放大电路输出的信号经过显示驱动放大后，通过显示模块进行显示。如图12，显示驱动为同相放大电路，以运放芯片U11为核心构成，U9的6脚输出的电信号经过电感L2、电位器RP2后进入U11的3脚，同相放大后的信号经过U11的6脚输出，电感L2用于抑制高频分量，使反应光功率大小的直流分量进入显示驱动电路，电位器RP2用于衰减直流分量，电阻R19起高频信号阻抗匹配作用，抑制显示驱动电路的反射，防止因引入显示驱动电路影响导致二级放大电路的输入信号发生畸变。电阻R18、R20用于设定放大倍数，放大倍数等于R20与R18的比值。显示模块采用成熟的DM系列数字面板表，该仪表采用通用性表壳，具备体积小巧，量程大、精度高的特点。

接收器采用220V50Hz交流电源供电，交流市电通过接收器电源模块转换为直流电为接收器内部电路供电，接收器电源模块为高频开关电源，输入220V50HZ交流电，输出±5V直流电。接收器电源模块具有输入电压范围宽、转换效率高、输入输出隔离等特点，抗干扰能力强，具备过流、过热、短路保护以及自恢复功能。

Claims (10)

1.瞬变电磁脉冲电场测试仪，其特征在于：包括依次连接的探测器、光纤以及接收器，

所述探测器用于提取电场信号，进行信号调理，将电信号转换为光信号输出；

所述光纤用于对光信号进行远距离传输；

所述接收器用于接收光纤传来的光信号，将光信号转换为电信号，再次对电信号进行信号调理后，输出显示。

2.根据权利要求1所述的瞬变电磁脉冲电场测试仪，其特征在于：所述探测器包括电场感应器、感应信号调理电路、平衡-不平衡变换电路、电光转换电路和探测器电源；所述电场感应器为两个，对称设置在感应信号调理电路的输入端；

所述电场感应器用于将瞬变电场脉冲转化为电压信号；

所述感应信号调理电路用于对电压信号进行幅度衰减；

所述平衡-不平衡变换电路用于在宽频带范围内按照线性规律将进行幅度衰减后的差分电压信号转换为单端电压信号，将单端电压信号输出给电光转换电路；

所述电光转换电路将单端电压信号转化为光信号输出；

所述探测器电源用于对平衡-不平衡变换电路和电光转换电路供电。

3.根据权利要求2所述的瞬变电磁脉冲电场测试仪，其特征在于：所述探测器电源包括充电电池组、稳压芯片U1以及DC/DC电源转换模块U2，所述充电电池组的输出端接稳压芯片U1的输入端，所述稳压芯片U1的输出端接DC/DC电源转换模块U2的输入端；

所述稳压芯片U1的输入端1脚接钽电容C1,所述DC/DC电源转换模块U2的一个输出端接钽电容C2，另一个输出端接钽电容C3。

4.根据权利要求2所述的瞬变电磁脉冲电场测试仪，其特征在于：所述电场感应器包括感应杆、定位座以及焊接柱，所述感应杆垂直固定在定位座的底部表面，所述焊接柱垂直固定在定位座的顶部表面，所述定位座通过焊接柱以锡焊的方式固定在探测器内部的电路板上。

5.根据权利要求2-5之任一所述的瞬变电磁脉冲电场测试仪，其特征在于：所述感应器信号调理电路包括分压电容C_div和等效电容C_induct，所述分压电容C_div的一端与一个电场感应器的连接，所述分压电容C_div的另一端接地，所述等效电容C_induct的一端与另一个电场感应器链接，所述等效电容C_induct的另一端与分压电容C_div的一端连接；

所述分压电容C_div满足下列关系式：

$K=\frac{V_{\mathrm{induct}}}{V_S}=\frac{C_{\mathrm{induct}}+C_{\mathrm{div}}}{C_{\mathrm{induct}}}$

其中：V_induct－电场感应器的感应电动势，单位为V；

V_S－分压器输出的信号电压，单位为V/m；

C_induct－电场感应器的等效电容，单位为mm；

C_div－分压电容，单位为pF。

6.根据权利要求5所述的瞬变电磁脉冲电场测试仪，其特征在于：所述平衡-不平衡变换电路包括运算放大器U3和运算放大器U4,

所述运算放大器U3的同相输入端+IN1接来自感应信号调理电路的信号INDUCT-，所述运算放大器U3反相输入端-IN2接来自感应信号调理电路的信号INDUCT+，信号INDUCT-经过运算放大器U3内部处理后由运算放大器U3的第一输出端OUT1输出信号OUT-，信号OUT-通过电阻R3进入运算放大器U4的反相输入端-IN；

信号INDUCT+经过运算放大器U3内部处理后由运算放大器U3的第二输出端OUT2输出信号为OUT+，信号OUT+通过电阻R5进入运算放大器U4的同相输入端+IN；

运算放大器U4将输入的差分信号OUT+、OUT-转换为单端信号OUT-4817，单端信号OUT-4817由运算放大器U4的输出端输出；

所述运算放大器U3的两个正电源端（+Vs1，+Vs2）均接正电源，所述运算放大器U3的两个负电源端（-Vs1，-Vs2）均接负电源；

所述运算放大器U4正电源端+Vs接正电源，所述运算放大器U4负电源端-Vs接负电源。

7.根据权利要求6的瞬变电磁脉冲电场测试仪，其特征在于：所述平衡-不平衡变换电路还包括正端输入频响调整电路和负端输入频响调整电路，信号INDUCT+在进入运算放大器U3之前先经过正端输入频响调整电路；信号INDUCT-在进入运算放大器U3之前先经过负端输入频响调整电路，所述负端输入频响调整电路包括电阻R1，所述电阻R1的一端接信号INDUCT+，所述电阻R1的另一端接地；所述正端输入频响调整电路包括电阻R2，所述电阻R2的一端接信号INDUCT-，所述电阻R2的另一端接地；

还包括电源滤波电路，所述电源滤波电路包括电容，所述电容一端接地，另一端与电源连接。

8.根据权利要求7所述的瞬变电磁脉冲电场测试仪，其特征在于：所述电光转换电路包括信号适配电路、光激励器U7、工作点调节电路：

所述信号适配电路包括电容C14和电阻R12，单端信号OUT-4817输入至电容C14的一端，所述电容C14的另一端与电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端与光激励器U7的LDC端连接；

所述工作点调节电路包括运放芯片U5、稳压芯片U6、三极管Q1以及外围电路，所述运放芯片U5包括第一运放器和第二运放器，

所述稳压芯片U6的负极接电阻R10的一端，稳压芯片U6的负极和电阻R10的公共端接-5V电源，所述稳压芯片U6的正极接电阻RP1的一个固定端，稳压芯片U6的正极和电阻RP1的公共端接电阻R9的一端，电阻R10的另一端接电阻RP1的另一个固定端，电阻R9的另一端接地；

所述运放芯片U5的第一运放器1IN+端接电阻RP1的滑动端；

所述运放芯片U5的第二运放器的2IN+端通过电阻R8与电阻R9和RP1的公共端连接，运放芯片U5的第二运放器的输出端2OUT和第二运放器的反相输入端2IN-之间连接有电容C12,运放芯片U5的第二运放器的电源端接地，第一运放器的接地端接负电源；

所述光激励器U7的PDA端输出的PDA信号输入至第二运放器的反相输入端2IN-；第一运放器的1OUT端输出的直流偏置信号叠加光激励器U7输出的PDA信号后输入至运放芯片U5的第二运放器的反相输入端，运放芯片U5的第二运放器对2IN+端输入的信号和2IN-端输入的信号进行比较后，从运放芯片U5的第二运放器的2OUT引脚输出TO-B信号，TO-B信号经过电阻R13、二极管D1进入三极管Q1的基极；

所述三极管Q1的集电极通过电感L1、电阻R11连接到电阻R12的另一端，所述三极管Q1的发射极通过电阻R14与-5V电源连接；

所述光激励器U7的LDC引脚、LDA引脚脚输入将要转换的电信号；光激励器U7的Out1引脚、Out2引脚输出转换后的光信号；光激励器U7的PAD引脚输出监测信号监测U7输出的光信号功率大小。

9.根据权利要求1的瞬变电磁脉冲电场测试仪，其特征在于：所述接收器包括光电转换模块、信号调理单元、显示单元、信号输出单元以及接收器电源，

所述光电转换模块包括光接收器U8，光接收器U8的阳极接负电源，光接收器U8的阴极输出光电转换后的电信号OUT-E，光接收器U8的接地端接地；光接收器U8的输入端为LIN+和输入端LIN-接光信号；

所述信号调理单元包括一级放大电路和二级放大电路路，一级放大电路包括芯片U9，二级放大电路包括芯片U10；

光接收器U8输出的电信号经过电阻R16进入芯片U9的反相输入端IN-，经过芯片U9反相放大后从运放芯片U9的输出端OUT输出，运放芯片U9的反相输入端IN-和运放芯片U9的输出端OUT之间连接有电阻R17；

芯片U9的输出端OUT输出的信号通过并联电容组C20、C21进入运放芯片U10的同相输入端IN+，经过运放芯片U10进行同相放大后从芯片U10的输出端OUT输出，运放芯片U10的反相输入端IN-通过电阻R22接地，芯片U10的反相输入端IN-和运放芯片U10的输出端OUT连接有电阻R23；

运放芯片U9的正电源端+Vs接正电源，运放芯片U9的负电源端-Vs接负电源，运放芯片U10的正电源端+Vs接正电源，运放芯片U10的负电源端-Vs接负电源，还包括电源滤波电路，所述电源滤波电路包括滤波电容，所述滤波电容一端接地，一端接电源。

10.根据权利要求9所述的瞬变电磁脉冲电场测试仪，其特征在于：所述显示单元包括显示驱动电路和显示模块，所述显示驱动电路为同相放大电路，所述显示驱动电路包括芯片U11以及外围电路，运放芯片U9的输出端输出的信号经过电感L2、电位器RP2进入芯片U11的正相输入端IN+，经过芯片U11的同相放大后从芯片U11的输出端输出，

所述芯片U11的同相输入端IN+连接有电阻R19，电阻R19的另一端接地，所述芯片U11的反相输入端IN-连接有电阻R18，所述电阻R18的另一端接地；所述芯片U11的反相输入端IN-与芯片U11的输出端连接有电阻R20,

所述显示模块为DM系列数字面板表。

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