CN105301525B - 一种高频磁场测量系统 - Google Patents
一种高频磁场测量系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105301525B CN105301525B CN201410367041.4A CN201410367041A CN105301525B CN 105301525 B CN105301525 B CN 105301525B CN 201410367041 A CN201410367041 A CN 201410367041A CN 105301525 B CN105301525 B CN 105301525B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- operational amplifier
- resistance
- magnetic field
- signal
- high frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Abstract
本发明公开了一种高频磁场测量系统，具体包括磁场感应模块、信号传输模块和信号显示存储模块。磁场感应模块主要由线圈型磁场传感器构成，其功能是将变化的磁场转换为电信号；信号传输模块是由光发射机，多模光纤以及光接收机组成，光接收机的功能是将从磁场传感器接收到的高频电信号转换为光信号，光信号通过多模光纤传输到光接收机，通过光接收机的光电转换功能将光信号还原为电信号，最后通过信号显示存储模块的示波器将高频磁场波形显示出来。本发明信号传输距离远，可达1km，信号衰减小，设备体积小，抗干扰能力强，各个模块连接方便，可以用于测量高达1GHz的强磁场。
Description
技术领域
本发明属于磁场测量领域，特别涉及一种高频磁场测量系统。
背景技术
众所周知，现代社会离不开电和磁，电与磁以各种形式无孔不入地渗透到人们生活的各个领域中。特别是20世纪以来,随着通讯和电气技术的发展及应用,电气与电子设备的干扰和抗干扰问题日益突出。为此，世界上的专家学者开始对电磁干扰问题进行研究。随着微电子技术的发展和电气化水平的提高，电磁兼容学科在对电磁干扰现象的认识、研究和控制过程中得到了迅速的发展。目前该学科己经逐步形成了完整的体系,其研究对象已不仅仅限于电气电子设备，而是拓宽到自然干扰源、核电磁脉冲、静电放电、频谱管理、电磁辐射对人体的生物效应、信息处理设备的电磁泄漏等方面。本发明涉及的一种高频磁场测量系统可以测量频率达到1GHz的高频强磁场，传输的距离可以达到100米以上而在传输过程中几乎没有衰减，而且几乎不受到外界电磁场的干扰。目前用于磁场测量的设备最多只能测到100MHz左右的磁场，而且可靠性不高，国内很少有设备针对高频磁场的测量，而且信号传输使用的是同轴电缆，不利于信号的抗衰减和抗干扰，使用同轴电缆的传输设备占用空间大，体积笨重，不利于安装和维护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高频磁场测量系统，通过对外界磁场的测量对磁场进行时域和频域分析。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种高频磁场测量系统，包括依次相连的高频磁场信号感应模块、高频信号传输模块和信号显示存储模块；
所述高频磁场感应模块包括线圈型磁场传感器；高频信号传输模块包括光发射机和光接收机，所述光发射机和光接收机通过多模光纤相连；所述信号显示存储模块为示波器；
其中线圈型磁场传感器通过BNC接头与光发射机连接，光发射机将接收到的高频电信号转换为光信号，光信号通过多模光纤传输到光接收机，光接收机将接收到的光信号还原成电信号，并通过同轴电缆传输到示波器上。
所述光发射机包括电光转换电路，该电路包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一运算放大器U1、半导体激光器LD[D1]、二极管D2；
所述第一电容C1的一端通过第一电阻R1与第一运算放大器U1的反相脚相连，第一电容C1的另一端为电光转换电路的输入端VIN，第一运算放大器U1的反相脚通过第二电阻R2连接第一运算放大器U1的输出端；第六电阻R6一端连接+15V电压，另一端接到第一运算放大器U1的正相脚并且通过第五电阻R5接地，第一运算放大器U1正电源接+15V电源，负电源接地；第一运算放大器U1的输出端通过第三电阻R3连接到半导体激光器LD[D1]的阳极，半导体激光器LD[D1]的阴极接地，第四电阻R4和二极管D2并联在半导体激光器LD[D1]的两端，二极管D2的阳极连接半导体激光器LD[D1]的阴极，二极管D2的阴极连接半导体激光器LD[D1]的阳极；半导体激光器LD[D1]作为光源输出。
所述光接收机包括光电转换电路，所述光电转换电路包括光电二极管OPD[D3]、第二电容C2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第二运算放大器U2A、第三运算放大器U2B；
光电二极管OPD[D3]的阳极接-5V电压，阴极通过第七电阻R7连接到第二运算放大器U2A的反相脚，第二运算放大器U2A的正相脚通过第九电阻R9接地，第八电阻R8的一端连接到第二运算放大器U2A的反相脚，第八电阻R8的另一端连接到第二运算放大器U2A的输出端，第二运算放大器U2A的输出端通过第二电容C2、第十电阻R10连接第三运算放大器U2B的反相脚，第三运算放大器U2B的正相脚通过第十二电阻R12接地，第十一电阻R11一端连接第三运算放大器U2B的反相脚，另一端连接第三运算放大器U2B的输出端，第十三电阻R13的一端连接第三运算放大器U2B的输出端，第十三电阻R13的另一端接地；
光电二极管OPD[D3]作为光的接收端，第三运算放大器U2B的输出端为光电转换电路的输出端；第二运算放大器U2A和第三运算放大器U2B的正电源接+5V电源，第二运算放大器U2A和第三运算放大器U2B的负电源接-5V电源。
第一运算放大器U1、第二运算放大器U2A和第三运算放大器U2B均为TI公司生产的电流运算放大器，具体型号为THS3202。
半导体激光器LD[D1]采用重庆欧德胜光电科技有限公司生产的垂直腔面发射激光器，具体型号为OLD-8-3-0-2-4-4-R-1。
光电二极管OPD[D3]采用重庆欧德胜光电科技有限公司生产的光电二极管，具体型号为OPD-2-3-5-R。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：该系统传输信号损耗小，效率高，传输距离远；抗干扰能力强，不受电磁辐射与雷击等任何电器干扰的影响；测量精度高；设备可靠性高，体积小巧，便于安装和维护，在对光纤进行维护时，不须将光发射机与光接收机断电；使用安全性高，光纤不会生锈或腐蚀，也没有起火的危险。
附图说明
图1是本发明所提供的一种高频磁场测量系统结构图。
图2是线圈型磁场传感器结构示意图。
图3是电光转换电路示意图。
图4是光电转换示意图。
图中标号所代表的含义为：1-BNC接头，2-屏蔽层，3-感应线圈。
具体实施方式
本发明的一种高频磁场测量系统，包括依次相连的高频磁场信号感应模块、高频信号传输模块和信号显示存储模块；
所述高频磁场感应模块包括线圈型磁场传感器；高频信号传输模块包括光发射机和光接收机，所述光发射机和光接收机通过多模光纤相连；所述信号显示存储模块为示波器；
其中线圈型磁场传感器通过BNC接头与光发射机连接，光发射机将接收到的高频电信号转换为光信号，光信号通过多模光纤传输到光接收机，光接收机将接收到的光信号还原成电信号，并通过同轴电缆传输到示波器上。
所述光发射机包括电光转换电路，该电路包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一运算放大器U1、半导体激光器LDD1、二极管D2；
所述第一电容C1的一端通过第一电阻R1与第一运算放大器U1的反相脚相连，第一电容C1的另一端为电光转换电路的输入端VIN，第一运算放大器U1的反相脚通过第二电阻R2连接第一运算放大器U1的输出端；第六电阻R6一端连接+15V电压，另一端接到第一运算放大器U1的正相脚并且通过第五电阻R5接地，第一运算放大器U1正电源接+15V电源，负电源接地；第一运算放大器U1的输出端通过第三电阻R3连接到半导体激光器LD[D1]的阳极，半导体激光器LD[D1]的阴极接地，第四电阻R4和二极管D2并联在半导体激光器LD[D1]的两端，二极管D2的阳极连接半导体激光器LD[D1]的阴极，二极管D2的阴极连接半导体激光器LD[D1]的阳极；半导体激光器LD[D1]作为光源输出。
光接收机包括光电转换电路，所述光电转换电路包括光电二极管OPD[D3]、第二电容C2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第二运算放大器U2A、第三运算放大器U2B；
光电二极管OPD[D3]的阳极接-5V电压，阴极通过第七电阻R7连接到第二运算放大器U2A的反相脚，第二运算放大器U2A的正相脚通过第九电阻R9接地，第八电阻R8的一端连接到第二运算放大器U2A的反相脚，第八电阻R8的另一端连接到第二运算放大器U2A的输出端，第二运算放大器U2A的输出端通过第二电容C2、第十电阻R10连接第三运算放大器U2B的反相脚，第三运算放大器U2B的正相脚通过第十二电阻R12接地，第十一电阻R11一端连接第三运算放大器U2B的反相脚，另一端连接第三运算放大器U2B的输出端，第十三电阻R13的一端连接第三运算放大器U2B的输出端，第十三电阻R13的另一端接地；
光电二极管OPD[D3]作为光的接收端，第三运算放大器U2B的输出端为光电转换电路的输出端；第二运算放大器U2A和第三运算放大器U2B的正电源接+5V电源，第二运算放大器U2A和第三运算放大器U2B的负电源接-5V电源。
所述第一运算放大器U1、第二运算放大器U2A和第三运算放大器U2B均为TI公司生产的电流运算放大器，具体型号为THS3202。
半导体激光器LD[D1]采用重庆欧德胜光电科技有限公司生产的垂直腔面发射激光器，具体型号为OLD-8-3-0-2-4-4-R-1。
光电二极管OPD[D3]采用重庆欧德胜光电科技有限公司生产的光电二极管，具体型号为OPD-2-3-5-R。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明的一种高频磁场测量系统，包括磁场感应模块、信号传输模块和信号显示存储模块，磁场感应模块主要是由线圈型磁场传感器构成，根据法拉第电磁感应定律，将变化的磁场转换为电信号输出；信号传输模块包括光发射机，多模光纤和光接收机，光发射机将线圈型磁场传感器输出的电压通过处理转化成光信号，通过光的强度来调制电信号，光信号通过多模光纤从光发射机传输到光接收机，光接收机将传输过来的光信号还原为电信号，将电信号通过同轴电缆传输到信号显示存储模块中的示波器。
结合图1，本发明的一种高频磁场测量系统包括线圈型磁场传感器，光发射机，多模光纤，光接收机，线圈型磁场传感器通过BNC接头与光发射机相连，光发射机与光接收机通过多模光纤相连，光接收机通过同轴电缆与示波器相连，光发射机与光接收机都与各自内部电源相连。整个系统包括：
供电单元1：提供基准电压、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2A和第三运算放大器U2B的工作电压。
磁场感应模块2：主要是由线圈型磁场传感器构成，根据法拉第电磁感应定律，将变化的磁场转换为电信号输出。
信号传输模块3：包括光发射机，多模光纤和光接收机，光发射机将线圈型磁场传感器输出的电压通过处理转化成光信号，通过光的强度来调制电信号，光信号通过多模光纤从光发射机传输到光接收机，光接收机将传输过来的光信号还原为电信号。
信号显示存储模块：即示波器，将光接收机通过同轴电缆传输过来的电信号进行显示和存储。
结合图2，感应线圈外部采用顶部带间隙的环状屏蔽套是为了消除电场对线圈的影响，屏蔽套采用任何非磁性的良导体。线圈与电阻RL并联，通过BNC电缆接头的公头将电阻RL两端的电压输出到光发射机。
结合图3，光发射机主要是由电光转换电路构成，电光转换电路通过BNC接头的母头与磁场传感器BNC接头的公头连接，BNC接头的母头芯线与电路的正极输入端连接，BNC接头的母头的负极通过发射机的壳体接地，发射机壳体的地极与电光转换电路的地极相连，电光转换电路输入端VIN通过第一电容C1和第一电阻R1与第一运算放大器U1(采用TI公司生产的电流运算放大器，具体型号为THS3202)的反相脚相连，反相脚通过第二电阻R2连接运算放大器的输出端，第六电阻R6一端连接+15V电压，另一端接到第一运算放大器U1的正相脚并且通过第五电阻R5接地，第一运算放大器U1正电源接+15V电源，负电源接地，第一运算放大器U1的正相脚接入的电压使反相脚接入的电压的上抬一定的幅度，以使第一运算放大器U1的输出电压为正，第一运算放大器U1的输出端通过第三电阻R3连接到半导体激光器LD D1(采用重庆欧德胜光电科技有限公司生产的垂直腔面发射激光器，具体型号为OLD-8-3-0-2-4-4-R-1)的阳极，半导体激光器LD[D1]的阴极接地，第四电阻[R4]和二极管[D2]并联在半导体激光器LD[D1]的两端，二极管D2的阳极连接半导体激光器LD[D1]的阴极，二极管D2的阴极连接半导体激光器LD[D1]的阳极，二极管D2起到对半导体激光器LD[D1]的保护作用。
半导体激光器LD输出的光的强度随着输出电流大小的变化而变化，半导体激光器LD通过ST接头与多模光纤一端连接，多模光纤的另一端通过ST接头与光电二极管OPD连接，从而形成光的传输。
结合图4，光接收机主要由光电转换电路组成，光电二极管OPD[D3](采用重庆欧德胜光电科技有限公司生产的光电二极管，具体型号为OPD-2-3-5-R)的阳极接-5V电压，阴极通过第七电阻R7连接到第二运算放大器U2A(采用TI公司生产的电流运算放大器，具体型号为THS3202)的反相脚，第二运算放大器U2A的正相脚通过第九电阻R9接地，第八电阻R8的一端连接到第二运算放大器U2A的反相脚，另一端连接到第二运算放大器U2A的输出端，第二运算放大器U2A的输出端通过第二电容C2、第十电阻R10连接第三运算放大器U2B(采用TI公司生产的电流运算放大器，具体型号为THS3202)的反相脚，第三运算放大器U2B的正相脚通过第十二电阻R12接地，第十一电阻R11一端连接第三运算放大器U2B的反相脚，另一端连接第三运算放大器U2B的输出端，第十三电阻R13的一端连接第三运算放大器U2B的输出端和输出BNC接头母头的芯线上，输出BNC接头母头的负极通过光接收机壳体接地，第十三电阻R13的另一端接地，接收机壳体的地极与光电转换电路的地极相连，输出BNC接头母头与同轴电缆的公头连接，通过同轴电缆将电信号传输到示波器显示。第二运算放大器U2A的作用是将光电二极管OPD[D3]输出的微弱电流转换成电压，第三运算放大器U2B的作用是将第二运算放大器U2A输出的电压进一步放大。
由上可知，本发明可以达到信号传输损耗小、效率高、传输距离远、抗干扰能力强、测量精度高、设备可靠性高、使用安全性高、设备体积小巧、便于安装和维护的效果。
Claims (3)
1.一种高频磁场测量系统，其特征在于，包括依次相连的高频磁场信号感应模块、高频信号传输模块和信号显示存储模块；
所述高频磁场信号感应模块包括线圈型磁场传感器；高频信号传输模块包括光发射机和光接收机，所述光发射机和光接收机通过多模光纤相连；所述信号显示存储模块为示波器；
所述线圈型磁场传感器通过BNC接头与光发射机连接，光发射机将接收到的高频电信号转换为光信号，光信号通过多模光纤传输到光接收机，光接收机将接收到的光信号还原成电信号，并通过同轴电缆传输到示波器上；
所述光发射机包括电光转换电路，该电路包括第一电容(C1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第一运算放大器(U1)、半导体激光器LD(D1)、二极管(D2)；
所述第一电容(C1)的一端通过第一电阻(R1)与第一运算放大器(U1)的反相脚相连，第一电容(C1)的另一端为电光转换电路的输入端VIN，第一运算放大器(U1)的反相脚通过第二电阻( R2) 连接第一运算放大器(U1)的输出端；第六电阻(R6)一端连接+15V电压，另一端接到第一运算放大器(U1)的正相脚并且通过第五电阻(R5)接地，第一运算放大器(U1)正电源接+15V电源，负电源接地；第一运算放大器(U1)的输出端通过第三电阻(R3)连接到半导体激光器LD(D1)的阳极，半导体激光器LD(D1)的阴极接地，第四电阻(R4)和二极管(D2)并联在半导体激光器LD(D1)的两端，二极管(D2)的阳极连接半导体激光器LD(D1)的阴极，二极管(D2)的阴极连接半导体激光器LD(D1)的阳极；半导体激光器LD(D1)作为光源输出。
2.根据权利要求1所述的高频磁场测量系统，其特征在于，光接收机包括光电转换电路，所述光电转换电路包括光电二极管OPD(D3)、第二电容(C2)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)、第二运算放大器(U2A)、第三运算放大器(U2B)；
光电二极管OPD(D3)的阳极接-5V电压，阴极通过第七电阻(R7)连接到第二运算放大器(U2A)的反相脚，第二运算放大器(U2A)的正相脚通过第九电阻(R9)接地，第八电阻(R8)的一端连接到第二运算放大器(U2A)的反相脚，第八电阻(R8)的另一端连接到第二运算放大器(U2A)的输出端，第二运算放大器(U2A)的输出端通过第二电容(C2)、第十电阻(R10)连接第三运算放大器(U2B)的反相脚，第三运算放大器(U2B)的正相脚通过第十二电阻(R12)接地，第十一电阻(R11)一端连接第三运算放大器(U2B)的反相脚，另一端连接第三运算放大器(U2B)的输出端，第十三电阻(R13)的一端连接第三运算放大器(U2B)的输出端，第十三电阻(R13)的另一端接地；
光电二极管OPD(D3)作为光的接收端，第三运算放大器(U2B)的输出端为光电转换电路的输出端；第二运算放大器(U2A)和第三运算放大器(U2B)的正电源接+5V电源，第二运算放大器(U2A)和第三运算放大器(U2B)的负电源接-5V电源。
3.根据权利要求1或2所述的高频磁场测量系统，其特征在于，第一运算放大器(U1)、第二运算放大器(U2A)和第三运算放大器(U2B)均为TI公司生产的电流运算放大器，具体型号为THS3202。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410367041.4A CN105301525B (zh) | 2014-07-30 | 2014-07-30 | 一种高频磁场测量系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410367041.4A CN105301525B (zh) | 2014-07-30 | 2014-07-30 | 一种高频磁场测量系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105301525A CN105301525A (zh) | 2016-02-03 |
| CN105301525B true CN105301525B (zh) | 2018-01-05 |
Family
ID=55199016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410367041.4A Expired - Fee Related CN105301525B (zh) | 2014-07-30 | 2014-07-30 | 一种高频磁场测量系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105301525B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112798227B (zh) * | 2020-12-28 | 2021-12-10 | 广西电网有限责任公司 | 一种用于光纤的强磁场传输性能检测设备 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011043471A (ja) * | 2009-08-24 | 2011-03-03 | National Institute Of Information & Communication Technology | 光磁界プローブ |
| CN103712640A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-09 | 武汉普瑞奇机电设备有限公司 | 一种结合能量转换型传感器和光纤的远距离传感装置 |
-
2014
- 2014-07-30 CN CN201410367041.4A patent/CN105301525B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105301525A (zh) | 2016-02-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101382568B (zh) | 光纤式电压测量方法及其测量装置 | |
| US20150362536A1 (en) | High-voltage direct current broad frequency-domain corona current measurement system | |
| CN104122428B (zh) | 一种采用光纤传输模拟信号的电子式电流互感器 | |
| CN204065245U (zh) | 一种三维场强测试仪及多节点分布式场强测试装置 | |
| CN202075376U (zh) | Gis局部放电监测装置 | |
| CN105425051A (zh) | 一种宽频带脉冲电场测试探头 | |
| CN105301525B (zh) | 一种高频磁场测量系统 | |
| CN102426287A (zh) | 一种电力变压器偏磁直流的在线监测装置 | |
| CN204086508U (zh) | 一种变电站的磁场测量系统 | |
| CN103616546A (zh) | 一种电子式电流互感器 | |
| CN201281725Y (zh) | 光纤式电压测量装置 | |
| CN202258757U (zh) | 一种多样取能方式的电子式电流互感器 | |
| CN108982978A (zh) | 具有灵敏度系数自校准与电源管理功能的脉冲电场探测器及使用方法 | |
| CN205539165U (zh) | 一种输电线路过压监测装置 | |
| CN209471183U (zh) | 一种高可靠杆塔接地电阻测量装置 | |
| CN203688621U (zh) | 一种电子式电流互感器 | |
| CN103712640A (zh) | 一种结合能量转换型传感器和光纤的远距离传感装置 | |
| CN211086429U (zh) | 全介质光纤输出型瞬态电流测量装置 | |
| CN201449414U (zh) | 一种用于高压整流电路的悬浮式直流电压测量电路 | |
| CN103116075B (zh) | 一种用于p型配电站的智能核相装置 | |
| CN202256451U (zh) | 一种电力变压器偏磁直流的在线监测装置 | |
| CN209728089U (zh) | 一种便携式线缆检测装置 | |
| CN208421062U (zh) | 一种钢制油气管道杂散电流监测装置 | |
| CN213904531U (zh) | 基于光纤传输的高速模拟量变送器 | |
| CN102360886A (zh) | 一种电磁、电子混合式电流互感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180105 Termination date: 20190730 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |