CN105469594A - 一种高压隔离取样光纤传输装置 - Google Patents

Abstract

一种高压隔离取样光纤传输装置，它包括高压端组件、低压端组件及用于连接两种组件的传输光纤，高压端组件和低压端组件均包括壳体、盖板、光纤引出口及电引出口，两种组件的壳体内均设置有直流通道和交流通道，高压端直流通道完成直流信号的采集调理、模数转换、数据处理和数据的激光发送，高压端交流通道完成快速纹波信号的采集调理、放大及信号的激光发送，低压端直流通道完成信号的接收、温度校准、数模转换及驱动放大输出，低压端交流通道完成快速纹波信号的接收输入、调理及跟随输出。本发明精度高，响应快速，温度长期稳定性好，温漂低，线性度好，灵敏度高，密封性能好，能够实现雷达发射机行波管高压电源参数的实时检测和隔离传输。

Description

一种高压隔离取样光纤传输装置

技术领域：

本发明涉及一种高压电信号传输装置，具体讲是一种精度高，响应快速，温度长期稳定性好，温漂低，密封性好，能够实现雷达发射机行波管高压电源参数的实时检测和隔离传输的高压隔离取样光纤传输装置。

背景技术：

在光纤传输技术出现以前，高压侧电信号的检测与传输一直是个难题，对于其检测和传输，通常采用隔离放大器进行。隔离放大器用于高共模电压环境下的电信号检测和传输，在被测对象与数据采集系统之间具有一定能力的电压隔离性能。按照耦合方式的不同，隔离放大器可以分为变压器耦合、电容耦合和光电耦合三种。由于材料、工艺的限制，隔离放大器在高压测量中面临的最主要的问题就是隔离电压偏低，一般只有数千伏，不能在更高电压的场合应用，这也限制了它的应用领域，显然不能满足100KV高压隔离电压参数的检测和传输需求。

随着发射功率的加大，雷达发射机行波管工作电压逐步提升，高达数十千伏，甚至一百千伏。因此，在雷达发射机生产、调试过程中，为了能够较精确的测量行波管的工作电压，设计人员在行波管的高压端设置了模拟电压表，该模拟电压表直接连接行波管的偏置电压或灯丝电压，这样，加在模拟电压表上的电压即为行波管的偏置电压或灯丝电压，从模拟电压表的读数可直接读出偏置电压或灯丝电压的数值。采用这种方式测量，大大提高了偏置电压和灯丝电压的测量精度，保证了行波管工作参数的稳定，也提高了雷达发射机整机的性能。

但这种测量方式存在着明显的不足。由于为了测量方便和提高测量精度，用于测量的电压表必须悬浮在高压上，这就使得测量数据只能用于读数，而不能用于传输，人们只能通过观察获得行波管偏置电压或灯丝电压的数值大小，再通过人工操作的方式，将这些信息输入至低压端的监控设备，进而实现反馈控制的目的，无法实时将测量数据直接传输至低压端的监控设备，不能实现系统的实时、在线控制。

为了达到实时在线检测和控制的目的，在国内较为先进的一些雷达发射机中，已有利用光纤实现行波管模拟电压检测和传输的简单应用。该应用是在高压端采用压频变换原理将电压信号转换为频率信号，并对频率信号进行电光转换，转换为光信号传输，在低压端，再将光信号转换为电信号，将频率信号恢复为电压信号，从而实现检测和传输，这一方式的工作原理示意图如图1所示。

在高压端，模拟电压信号经电阻分压，降为合适的低电压信号，送入信号调理电路处理后，使用压频变换器件将电压信号转换为频率信号，信号频率的高低，对应着电压信号的大小。该频率信号经光调制后，送入光纤传输。在低压端，光接收电路接收光信号，进行光电转换，将光信号转换为电信号，并进行频率解调，恢复为电压信号进行输出。在上述过程中，进行了两次转换过程。第一次，是将低压电信号转换为频率信号。这种转换带来的好处是方便了信号的传输。与模拟电压的传输相比较，频率信号的传输更易于抗干扰。第二次转换是将电信号转换为光信号传输。这一次转换尤为重要，不仅利用光纤作为信号传输载体，更是利用了光纤良好的电压隔离性能，使得信号传输和高压隔离合为一体，大大简化了系统结构，提高了可靠性。

典型的电荷平衡式压频转换(V/F)电路结构如图2所示，A1和RC组成积分器。A2为过零比较器，恒流源I_r与模拟开关S为积分器提供反充电回路。当单稳态定时器受触发而产生脉冲时，模拟开关S接通积分器的反充电回路，对积分电容C充电，充电量为Q_C＝I_rT_o。

整个电路可视为一个振荡频率受输入电压V_in控制的多谐振荡器。其工作过程如下：当积分器输出电压V_in1下降到零伏时，过零比较器发生跳变，触发单稳态定时器，使之产生一个T_o宽度的脉冲，使S导通T_o时间。由于电路设计成I_r＞V_in(max)/R，因此，在T_o期间积分器一定以反充电为主，使V_in1上升到某一正电压。T_o结束时，由于只有输入电压V_in的作用，对积分器负极充电，输出电压V_in1沿斜线下降，当V_in1下降到0V时，比较器翻转，又使单稳态定时器产生一个T_o宽度的脉冲，再次反充电，如此反复振荡不止，积分器输出端和单稳态定时器输出端产生了如图3所示的波形。

根据正反向充电电荷量相等的电荷平衡原理，可以得出：

$(I_r-\frac{V_{in}}{R})T_o=\frac{V_{in}}{R}(T-T_o)---\left(1\right)$

因此，输出振荡频率即输出频率F_out与输入电压V_in成正比。显然，要精确的实现V/F转换，要求I_r、R及T_o必须准确而稳定。

对于频压转换(F/V)通常没有专用集成器件，而是使用V/F转换器在特定的外接电路下构成V/F转换电路，如图4所示。其转换原理同V/F转换一样也是利用电荷平衡原理实现的。输入频率F_in的下降沿使过零比较器翻转输出一上升沿，该上升沿触发开关S将恒流源I_r与积分器接通，I_r通过S向C2充电，在固定周期时间T内，根据电荷平衡原理有：

$C2\mathrm{\Δ}U=I_r{T}_o-\frac{V_{out}}{R_1}T---\left(2\right)$

△U为电容C2的电压增量。由于设计时I_r＞V_in(max)/R1，所以在T_o期间I_r以充电为主，当频率一定时，且I_r、T_o、T、R1、C2都为定值，则随V_out的不断增大，由公式(2)可知

△U的值会越来越小，当△U＝0时可得：

$I_r{T}_o=\frac{V_{out}}{R_1}T---\left(3\right)$

由公式(3)可得也即输出电压V_out与输入频率F_in成正比。

当频率升高时，周期T就会减小，使不再平衡，△U以正电压的形式重新出现，△U的出现将促使V_out不断增加，当频率降低时，周期T就会增大，也使不再平衡，△U以负电压的形式重新出现，电容C2上的电压不断减小，促使V_out不断减小，V_out始终与输入频率F_in成正比关系，显然，要精确的实现F/V转换，要求I_r、R1及T_o必须准确而稳定。

经上述分析，我们可以得知，传统隔离放大器式电信号检测和传输方案的缺点是隔离电压低，而压频式方案虽然采用了光纤进行隔离传输，但仍然存在测量精度低、响应速度慢、灵敏度低、温度长期稳定性差及温漂严重的问题，而且无密封功能，以上这些均不能满足雷达发射机行波管负高压电源的控制要求。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，提供一种精度高，响应快速，线性度好，灵敏度高，能够实现雷达发射机行波管高压电源参数的实时检测和隔离传输的高压隔离取样光纤传输装置。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的高压隔离取样光纤传输装置，该装置包括高压端组件、低压端组件以及传输光纤，高压端组件和低压端组件均包括壳体、光纤引出口、电引出口以及与壳体连接的盖板，高压端组件的壳体内设置有高压端直流通道和高压端交流通道，低压端组件的壳体内设置有低压端直流通道和低压端交流通道，高压端直流通道包括依次电连接的直流信号采集调理电路、模数转换电路、数据处理电路及第一激光发送电路，高压端交流通道包括依次电连接的快速纹波信号采集调理电路、第一驱动放大电路及第二激光发送电路，低压端直流通道包括依次电连接的第一激光接收电路、温度校准电路、数模转换电路以及第二驱动放大电路，低压端交流通道包括依次电连接的第二激光接收电路、信号调理电路及跟随输出电路，第一激光发送电路与第一激光接收电路之间通过传输光纤连接，第二激光发送电路与第二激光接收电路之间通过传输光纤连接，直流信号采集调理电路一端和快速纹波信号采集调理电路一端均与电压输入接口INPUT电连接，跟随输出电路一端和第二驱动放大电路一端均与电压输出接口OUTPUT电连接。

采用以上结构后，本发明的有益效果是：本发明一种高压隔离取样光纤传输装置通过交直流分离取样，隔离传输后再合成输出的方式，既满足了高精度的要求，又满足了快速响应的要求，而且线性度好，灵敏度高。同时，利用光纤的电气绝缘性能，实现了本发明一种高压隔离取样光纤传输装置高低压端的完全高压隔离，满足了雷达发射机行波管高压电源参数的实时检测、隔离传输和控制要求，提高了高压电源的工作稳定性和可靠性。

优选地，本发明所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其中，光纤引出口的内径与光缆的外径一致，电引出口的内径与电缆的外径一致，壳体和盖板上均设置有密封胶导槽。光纤引出口内径和电引出口内径分别与光缆外径和电缆外径的一致性以及导槽式密封结构设计技术的采用有效提高了本发明的密封性能，较好地解决了本发明在实际使用中置于油箱中的密封问题。

优选地，本发明所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其中，快速纹波信号采集调理电路包括电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R121以及第一放大器A1，第一驱动放大电路包括电容C18、电容C19、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R171以及第二放大器A2，第二激光发送电路包括电阻R21、电阻R22、电阻R23以及第二光传输模块，电容C14一端和电容C15一端同时与电压输入接口INPUT电连接，电容C14另一端和电容C15另一端同时与电阻R11的一端电连接，电阻R11的另一端与第一放大器A1的负输入端电连接，电阻R12的一端接地，电阻R12的另一端与第一放大器A1的正输入端电连接，电阻R121的一端电连接电源电压，电阻R121的另一端与第一放大器A1的正输入端电连接，电阻R13和电阻R14串接在第一放大器A1的负输入端与输出端之间，电容C16的一端和电容C17的一端同时与第一放大器A1的输出端电连接，电容C16的另一端和电容C17的另一端同时与电阻R16的一端电连接，电阻R16的另一端与第二放大器A2的负输入端电连接，电阻R17的一端接地，电阻R17的另一端与第二放大器A2的正输入端电连接，电阻R171的一端电连接电源电压，电阻R171的另一端与第二放大器A2的正输入端电连接，电阻R18和电阻R19串接在第二放大器A2的负输入端与输出端之间，电容C18的一端和电容C19的一端同时与第二放大器A2的输出端电连接，电容C18的另一端和电容C19的另一端同时与第二光传输模块的ANODE脚电连接，电阻R21的一端、电阻R22的一端以及电阻R23的一端同时电连接电源电压，电阻R21的另一端、电阻R22的另一端以及电阻R23的另一端同时与第二光传输模块的ANODE脚电连接，第二光传输模块的CATHODE脚接地，第二光传输模块与第二激光接收电路连接。

优选地，本发明所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其中，第一放大器A1和第二放大器A2均可采用AD8009放大器，第二光传输模块的型号可为HFBR-1414。

优选地，本发明所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其中，第二激光接收电路包括第二高速接收光模块，信号调理电路包括电阻R20、电容C21和电容C22，所述跟随输出电路包括电阻R24、电阻R25、电阻R6、电阻R27、电容C23、电容C24、电容C25以及高频三极管Q1，第二高速接收光模块与第二激光发送电路连接，第二高速接收光模块的GND脚接地，第二高速接收光模块的VCC脚接电源电压，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与第二高速接收光模块的SIG脚电连接，电容C21的一端和电容C22的一端同时与第二高速接收光模块的SIG脚电连接，电容C21的另一端和电容C22的另一端同时与高频三极管Q1的基极电连接，电阻R27的一端、电容C25的一端以及高频三极管Q1的集电极均电连接电源电压，电阻R27的另一端与高频三极管Q1的基极电连接，电容C25的另一端接地，电阻R26的一端和电阻R25的一端同时与高频三极管Q1的发射极电连接，电阻R26的另一端接地，电阻R25的另一端、电容C23的一端以及电容C24的一端同时与电阻R24的一端电连接，电阻R24的另一端接地，电容C23的另一端和电容C24的另一端同时与电压输出接口OUTPUT电连接。

优选地，本发明所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其中，直流信号采集调理电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、第三放大器A3以及第四放大器A4，模数转换电路包括电解电容E4、电解电容E5、电容C4、电容C5、模数转换器以及第一外部基准电路，数据处理电路包括电容C10、电容C11、电阻R6、电阻R7、晶振Y1以及第一单片机，第一激光发送电路包括电容C12、三极管Q2、电阻R8、电阻R9以及第一光传输模块，电阻R1的一端和电阻R2的一端同时与第三放大器A3的正输入端电连接，电阻R1的另一端接地，电阻R2的另一端与电压输入接口INPUT电连接，第三放大器A3的负极输入端与第三放大器A3的输出端电连接，电阻R3的一端与第三放大器A3的输出端电连接，电阻R3的另一端与第四放大器A4的正输入端电连接，第四放大器A4的负极输入端与第四放大器A4的输出端电连接，电阻R4的一端与第四放大器A4的输出端电连接，电阻R4的另一端与模数转换器的AIN脚电连接，模数转换器的AVDD脚电连接电源电压，模数转换器的REF脚通过电解电容E4接地，模数转换器的REFADJ脚通过电容C4接地，模数转换器的AGND脚接地，电解电容E5的正极、电容C5的一端以及模数转换器的DVDD脚同时电连接电源电压，电解电容E5的负极、电容C5的另一端以及模数转换器的RESET脚和DGND脚同时接地，模数转换器的D0脚、D1脚、D2脚、D3脚、D4脚、D5脚、D6脚、D7脚、D8脚、D9脚、D10脚、D11脚、D12脚、D13脚、D14脚以及D15脚分别与第一单片机中的P10脚、P11脚、P12脚、P13脚、P14脚、P15脚、P16脚、P17脚、P20脚、P21脚、P22脚、P23脚、P24脚、P25脚、P26脚以及P27脚一一对应电连接，第一单片机的VDD脚电连接电源电压，电容C11的一端和电容C10的一端分别与第一单片机的XTAL2脚和XTAL1脚一一对应电连接，电容C11的另一端和电容C10的另一端同时接地，晶振Y1电连接在第一单片机的XTAL2脚与XTAL1脚之间，第一单片机的VSS脚接地，电阻R6的一端和电阻R7的一端同时电连接电源电压，电阻R6的另一端和电阻R7的另一端分别与第一单片机的P06脚和P07脚电连接，电阻R8的一端与第一单片机的TXD脚电连接，电阻R8的另一端与三极管Q2的基极电连接，三极管Q2的发射极通过电阻R9接地，三极管Q2的集电极与第一光传输模块的CATHODE脚电连接，第一光传输模块的的ANODE脚电连接电源电压，电容C12的一端接地，电容C12的另一端与第一光传输模块的ANODE脚电连接，第一光传输模块与第一激光接收电路连接，第一外部基准电路包括电解电容E3、电容C8、电容C9以及外部基准MAX6198，电解电容E3的正极、电容C8的一端以及外部基准MAX6198的IN脚同时电连接电源电压，电解电容E3的负极、电容C8的另一端以及外部基准MAX6198的GND脚均接地，电容C9的一端与外部基准MAX6198的OUT脚电连接，电容C9的另一端接地，外部基准MAX6198的OUT脚与模数转换器的REF脚电连接。外部基准的优点是精度高，温漂低，因此本发明中模数转换器采用外部基准的工作方式不但可以提高采样精度，而且还可以提高系统的温度稳定性。

优选地，本发明所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其中，第三放大器A3和第四放大器A4均采用OPA2277UA放大器，第一光传输模块的型号可为HFBR-1414，第一单片机的型号可为STC89C54R，模数转换器的型号可为MAX1187。

优选地，本发明所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其中，第一激光接收电路包括第一高速接收光模块、电容C1、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R5、电阻R32、电阻R33、电阻R34、第五放大器A5、第六放大器A6、第一倒相放大器以及第二倒相放大器，温度校准电路包括电容C6、电容C7、第二晶振Y2以及第二单片机，数模转换电路包括数模转换器和第二外部基准电路，第二驱动放大电路包括电阻R10、电阻R15、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电容C2、电容C3、电容C13、第七放大器A7以及第八放大器A8，第一高速接收光模块与第一激光发送电路连接，第一高速接收光模块的VCC脚电连接电源电压，第一高速接收光模块的GND脚接地，电容C1的一端与第一高速接收光模块的VCC脚电连接，电容C1的另一端接地，电阻R28的一端和电阻R29的一端同时与第一高速接收光模块的SIG脚电连接，电阻R28的另一端接地，电阻R29的另一端与第五放大器A5的正输入端电连接，电阻R30的一端与第五放大器A5的负输入端电连接，电阻R30的另一端接地，电阻R31电连接在第五放大器A5的负输入端与第五放大器A5的输出端之间，电阻R5电连接在第五放大器A5的输出端与第六放大器A6的负输入端之间，电阻R34电连接在第六放大器A6的负输入端与第六放大器A6的输出端之间，第一倒相放大器的输入端与第六放大器A6的输出端电连接，第一倒相放大器的输出端与第二倒相放大器的输入端电连接，第二倒相放大器的输出端与第二单片机的RXD脚电连接，所述电容C6的一端和电容C7的一端分别与第二单片机的XTAL1脚和XTAL2脚电连接，电容C6的另一端和电容C7的另一端同时接地，第二晶振Y2电连接在第二单片机的XTAL1脚与第二单片机的XTAL2脚之间，第二单片机的P03脚、P04脚以及P06脚分别与数模转换器的CLK脚、Din脚以及CS/LD脚一一对应电连接，数模转换器的Vout脚与电阻R10的一端电连接，电阻R10的另一端与第七放大器A7的正输入端电连接，电容C2一端与第七放大器A7的正输入端电连接，电容C2另一端接地，第七放大器A7的负输入端与第七放大器A7的输出端电连接，电阻R15的一端与第七放大器A7的输出端电连接，电阻R15的另一端与第八放大器A8的正输入端电连接，电容C3与第八放大器A8的正输入端电连接，电容C3另一端接地，电阻R36和电阻R37串接在第八放大器A8的正输入端与第八放大器A8的输出端之间，电容C13电连接在第八放大器A8的正输入端与第八放大器A8的输出端之间，第八放大器A8的输出端与电压输出接口OUTPUT电连接，第二外部基准电路包括电解电容E1、电解电容E2、电容C20、电容C26以及外部基准AD780，电解电容E1的一端和外部基准AD780的VIN脚均电连接电源电压，电解电容E1的另一端和电容C20的一端同时接地，电容C2的另一端与外部基准AD780的TEMP脚电连接，电容C26的一端与外部基准AD780的VOUT脚电连接，电容C26的另一端和外部基准AD780的GND脚同时接地，电解电容E2电连接在外部基准AD780的VOUT脚与GND脚之间，外部基准AD780的VOUT脚与数模转换器的REF脚电连接。外部基准的优点是精度高，温漂低，因此本发明中数模转换器采用外部基准的工作方式不但可以提高采样精度，而且还可以提高系统的温度稳定性。

优选地，本发明所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其中，第五放大器A5和第六放大器A6的型号可为LM358，第一倒相放大器和第二倒相放大器的型号均可为74F04，第二单片机的型号可为STC89C54RD，数模转换器的型号可为LTC1655I，第七放大器A7和第八放大器A8的型号均可为OPA2277UA。

优选地，本发明所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其中，第二单片机还电连接有一个温度传感器电路，温度传感器电路包括电阻R38和温度传感器模块DS18B20，电阻R38的一端接地，电阻R38的另一端与温度传感器模块DS18B20的DQ脚电连接，温度传感器模块DS18B20的DQ脚与第二单片机的P24脚电连接，温度传感器模块DS18B20的GND脚接地，温度传感器模块DS18B20的VCC脚电连接电源电压。由于电路板布线存在温漂特性，电源存在温漂影响以及各器件温漂特性不一致等，最后温漂还是要大于理论值，因此我们需要进一步利用软件进行修正，而软件修正就是通过加装的温度传感器电路结合软件来进行动态修正的，其目的是可以进一步降低温漂。

附图说明：

图1是现有技术压频变换工作原理示意图；

图2是典型的电荷平衡式压频转换电路结构示意图；

图3是现有技术中积分器输出端和单稳态定时器输出波形示意图；

图4是现有技术频压变换工作原理示意图；

图5是本发明一种高压隔离取样光纤传输装置的工作原理方框图；

图6是本发明中高压端交流通道的电路连接原理图；

图7是本发明中低压端交流通道的电路连接原理图；

图8是本发明中高压端直流通道的电路连接原理图；

图9是本发明中低压端直流通道的电路连接原理图；

图10是本发明中壳体的结构示意图；

图11是本发明中盖板的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明一种高压隔离取样光纤传输装置作进一步详细说明：

如图5、图10和图11所示，本发明一种高压隔离取样光纤传输装置包括高压端组件1、低压端组件2以及传输光纤3，高压端组件1和低压端组件2均包括壳体4、光纤引出口20、电引出口21以及与壳体4连接的盖板5。高压端组件1的壳体4内设置有高压端直流通道和高压端交流通道，低压端组件2的壳体4内设置有低压端直流通道和低压端交流通道。高压端直流通道包括直流信号采集调理电路6、模数转换电路7、数据处理电路8及第一激光发送电路9，高压端交流通道包括快速纹波信号采集调理电路10、第一驱动放大电路11及第二激光发送电路12，低压端直流通道包括第一激光接收电路13、温度校准电路14、数模转换电路15以及第二驱动放大电路16，低压端交流通道包括第二激光接收电路17、信号调理电路18及跟随输出电路19。第一激光发送电路9与第一激光接收电路13之间通过传输光纤3连接，第二激光发送电路12与第二激光接收电路17之间通过传输光纤3连接。

随着发射功率的提升，雷达发射机的发热也会越来越严重，需要将行波管置于油加以散热，本发明一种高压隔离取样光纤传输装置的高压端工作于行波管侧，也要置于油箱中，因此必须进行密封设计，为了实现装置的耐压密封性能，本发明就设计成壳体4和盖板5两部分，如图10和图11所示，壳体4和盖板5均采用一体化结构，通过铣切完成，电接口和光接口均采用直接引出线的方式穿出，光纤引出口20的内径与光缆的外径一致，电引出口21的内径与电缆的外径一致，壳体4和盖板5上均设计有密封胶导槽22。安装时首先在光、电缆上涂抹密封胶，在密封胶导槽22中涂抹密封胶，使整个密封胶导槽22中充满密封胶，然后合拢壳体4和盖板5并固定好，待胶固化后就相当于在壳体4和盖板5之间加装了合适的密封圈，从而起到很好的密封作用，所抹密封胶为专用中性硅酮免垫片密封胶，该胶耐油、耐老化、耐水，胶体不流淌、不腐蚀、不污染零部件，固化后不收缩，耐压10MPa，耐温-60℃～+280℃。

如图6所示，在本发明一种高压隔离取样光纤传输装置中，快速纹波信号采集调理电路10包括电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R121以及第一放大器A1，第一驱动放大电路11包括电容C18、电容C19、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R171以及第二放大器A2，第二激光发送电路12包括电阻R21、电阻R22、电阻R23以及第二光传输模块24。电容C14一端和电容C15一端同时与电压输入接口INPUT电连接，电容C14另一端和电容C15另一端同时与电阻R11的一端电连接，电阻R11的另一端与第一放大器A1的负输入端电连接，电阻R12的一端接地，电阻R12的另一端与第一放大器A1的正输入端电连接，电阻R121的一端电连接电源电压，电阻R121的另一端与第一放大器A1的正输入端电连接，电阻R13和电阻R14串接在第一放大器A1的负输入端与输出端之间。电容C16的一端和电容C17的一端同时与第一放大器A1的输出端电连接，电容C16的另一端和电容C17的另一端同时与电阻R16的一端电连接，电阻R16的另一端与第二放大器A2的负输入端电连接，电阻R17的一端接地，电阻R17的另一端与第二放大器A2的正输入端电连接，电阻R171的一端电连接电源电压，电阻R171的另一端与第二放大器A2的正输入端电连接，电阻R18和电阻R19串接在第二放大器A2的负输入端与输出端之间。电容C18的一端和电容C19的一端同时与第二放大器A2的输出端电连接，电容C18的另一端和电容C19的另一端同时与第二光传输模块24的ANODE脚电连接，电阻R21的一端、电阻R22的一端以及电阻R23的一端同时电连接电源电压，电阻R21的另一端、电阻R22的另一端以及电阻R23的另一端同时与第二光传输模块24的ANODE脚电连接，第二光传输模块24的CATHODE脚接地。

快速纹波信号采集调理电路10中的第一放大器A1和第一驱动放大电路11中的第二放大器A2均采用AD8009放大器，该器件带宽高达1GHz，第二光传输模块24的型号为HFBR-1414，第二光传输模块24带宽为150MHz，完全满足本发明的工作要求，第二光传输模块24驱动电流约为52mA，工作在其线性区。电阻R21、电阻R22、电阻R23为三只1/4瓦高精度、低温漂电阻，三只并联的目的是做到功耗分散，不至于因温升或环境温度改变而影响直流驱动电流，影响平均光功率，从而影响接收端信号输出稳定性。

如图7所示，在本发明一种高压隔离取样光纤传输装置中，第二激光接收电路17包括第二高速接收光模块25，第二高速接收光模块25型号为HFBR-2416，信号调理电路18包括电阻R20、电容C21和电容C22，跟随输出电路19包括电阻R24、电阻R25、电阻R6、电阻R27、电容C23、电容C24、电容C25以及高频三极管Q1。第二高速接收光模块25通过传输光纤3与第二激光发送电路12中的第二光传输模块24连接，第二高速接收光模块25的GND脚接地，第二高速接收光模块25的VCC脚接电源电压。电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与第二高速接收光模块25的SIG脚电连接，电容C21的一端和电容C22的一端同时与第二高速接收光模块25的SIG脚电连接，电容C21的另一端和电容C22的另一端同时与高频三极管Q1的基极电连接。电阻R27的一端、电容C25的一端以及高频三极管Q1的集电极均电连接电源电压，电阻R27的另一端与高频三极管Q1的基极电连接，电容C25的另一端接地，电阻R26的一端和电阻R25的一端同时与高频三极管Q1的发射极电连接，电阻R26的另一端接地，电阻R25的另一端、电容C23的一端以及电容C24的一端同时与电阻R24的一端电连接，电阻R24的另一端接地，电容C23的另一端和电容C24的另一端同时与电压输出接口OUTPUT电连接。

低压端交流通道中的第二高速接收光模块25内置了跨阻放大器，可将接收到的微弱电流信号转换成电压信号输出，如图7所示，信号接收后通过高频三极管Q1进行射级跟随输出，高频三极管Q1带宽为1GHz，完全满足本发明的工作要求，整个交流通路在高低压端均通过隔直电容连接，不会对直流通道产生影响，这里的隔直电容是指图6中的电容C14、电容C15，及图7中的电容C23、电容C24。

如8所示，在本发明一种高压隔离取样光纤传输装置中，直流信号采集调理电路6包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、第三放大器A3以及第四放大器A4，模数转换电路7包括电解电容E4、电解电容E5、电容C4、电容C5、模数转换器26以及第一外部基准电路23，数据处理电路8包括电容C10、电容C11、电阻R6、电阻R7、晶振Y1以及第一单片机27，第一激光发送电路9包括电容C12、三极管Q2、电阻R8、电阻R9以及第一光传输模块28。第一光传输模块28的型号为HFBR-1414，第一单片机27的型号为STC89C54RD。

电阻R1的一端和电阻R2的一端同时与第三放大器A3的正输入端电连接，电阻R1的另一端接地，电阻R2的另一端与电压输入接口INPUT电连接，第三放大器A3的负极输入端与第三放大器A3的输出端电连接，电阻R3的一端与第三放大器A3的输出端电连接，电阻R3的另一端与第四放大器A4的正输入端电连接，第四放大器A4的负极输入端与第四放大器A4的输出端电连接，电阻R4的一端与第四放大器A4的输出端电连接，电阻R4的另一端与模数转换器26的AIN脚电连接。

模数转换器26的AVDD脚电连接电源电压，模数转换器26的REF脚通过电解电容E4接地，模数转换器26的REFADJ脚通过电容C4接地，模数转换器26的AGND脚接地，所述电解电容E5的正极、电容C5的一端以及模数转换器26的DVDD脚同时电连接电源电压，电解电容E5的负极、电容C5的另一端以及模数转换器26的RESET脚和DGND脚同时接地，模数转换器26的D0脚、D1脚、D2脚、D3脚、D4脚、D5脚、D6脚、D7脚、D8脚、D9脚、D10脚、D11脚、D12脚、D13脚、D14脚以及D15脚分别与第一单片机27中的P10脚、P11脚、P12脚、P13脚、P14脚、P15脚、P16脚、P17脚、P20脚、P21脚、P22脚、P23脚、P24脚、P25脚、P26脚以及P27脚一一对应电连接。

第一单片机27的VDD脚电连接电源电压，电容C11的一端和电容C10的一端分别与第一单片机27的XTAL2脚和XTAL1脚一一对应电连接，电容C11的另一端和电容C10的另一端同时接地，晶振Y1电连接在第一单片机27的XTAL2脚与XTAL1脚之间，第一单片机27的VSS脚接地，电阻R6的一端和电阻R7的一端同时电连接电源电压，电阻R6的另一端和电阻R7的另一端分别与第一单片机27的P06脚和P07脚电连接。

电阻R8的一端与第一单片机27的TXD脚电连接，电阻R8的另一端与三极管Q2的基极电连接，三极管Q2的发射极通过电阻R9接地，三极管Q2的集电极与第一光传输模块28的CATHODE脚电连接，第一光传输模块28的的ANODE脚电连接电源电压，电容C12的一端接地，电容C12的另一端与第一光传输模块28的的ANODE脚电连接。

第一外部基准电路23包括电解电容E3、电容C8、电容C9以及外部基准MAX6198，电解电容E3的正极、电容C8的一端以及外部基准MAX6198的IN脚同时电连接电源电压，电解电容E3的负极、电容C8的另一端以及外部基准MAX6198的GND脚均接地，电容C9的一端与外部基准MAX6198的OUT脚电连接，电容C9的另一端接地，外部基准MAX6198的OUT脚与模数转换器26的REF脚电连接。

本发明一种高压隔离取样光纤传输装置对直流信号的采样是通过高精度分压电阻R1和R2分压后送给模数转换器26，数字化后通过光通道传输给低压端，在低压端进行数模转换和驱动放大后还原输出。高压端所采样的直流信号幅度为0～12V，考虑到线性度及温漂要求，在选择模数转换器26时尽量考虑选择输入信号范围大的器件，所以本发明一种高压隔离取样光纤传输装置所选的模数转换器26为单端输入范围0～10V的器件，考虑到溢出可能及采样电流要求，使模数转换器26输入信号范围为0～9V，分压电阻总值为40KΩ，即分压电阻R2为10KΩ，分压电阻R1为30KΩ，分压比为1:3，0～12V的直流信号通过上述分压后可以直接满足模数转换器26的输入幅度要求，所以本发明中的高压端电路设计中舍弃了差分放大处理，仅采用电压跟随器实现采样信号和模数转换器26之间的阻抗匹配和隔离，减少差分放大带来的温漂及误差。

就上述分析来看，造成温漂的因素有分压电阻，电压跟随器，模数转换器，电压基准，数模转换器和驱动放大输出级。为解决低温漂问题，一是从器件选择上解决，二是从软件修正上解决。

高压端分压电阻R1和R2采用万分之一，5ppm温漂的高精度电阻，当分压电阻总值为40KΩ时，采样电流为0.3mA，其温漂为：(40000×0.3)×5/1000000＝0.06mV/℃；电压跟随器，即第三放大器A3和第四放大器A4，采用OPA2277UA，该器件具有超低温漂特性，仅为0.1uV/℃，可以忽略不计，而且该器件采用±12V供电，保证供电电源产生温漂时信号传输特性不会发生改变，该器件仅实现信号跟随的作用，无外围器件，也即无外围器件温漂影响；模数转换器26采用MAX1187，其内部参考温漂为±35ppm/℃，为减少温漂影响，采用外部基准MAX6198A，其温漂最大仅为5ppm/℃，可大大减少温漂对模数转换的误差。

如图9所示，在本发明一种高压隔离取样光纤传输装置中，第一激光接收电路13包括第一高速接收光模块29、电容C1、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R5、电阻R32、电阻R33、电阻R34、第五放大器A5、第六放大器A6、第一倒相放大器30以及第二倒相放大器31，温度校准电路14包括电容C6、电容C7、第二晶振Y2以及第二单片机32，数模转换电路15包括数模转换器33和第二外部基准电路35，第二驱动放大电路16包括电阻R10、电阻R15、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电容C2、电容C3、电容C13、第七放大器A7以及第八放大器A8。

第一高速接收光模块29的型号为为HFBR-2416，它通过传输光纤3与第一激光发送电路9中的第一光传输模块28连接。第一高速接收光模块29的VCC脚电连接电源电压，第一高速接收光模块29的GND脚接地，电容C1的一端与第一高速接收光模块29的VCC脚电连接，电容C1的另一端接地，电阻R28的一端和电阻R29的一端同时与第一高速接收光模块29的SIG脚电连接，电阻R28的另一端接地，电阻R29的另一端与第五放大器A5的正输入端电连接，电阻R30的一端与第五放大器A5的负输入端电连接，电阻R30的另一端接地，电阻R31电连接在第五放大器A5的负输入端与第五放大器A5的输出端之间，电阻R5电连接在第五放大器A5的输出端与第六放大器A6的负输入端之间，电阻R34电连接在第六放大器A6的负输入端与第六放大器A6的输出端之间，第一倒相放大器30的输入端与第六放大器A6的输出端电连接，第一倒相放大器30的输出端与第二倒相放大器31的输入端电连接，第二倒相放大器31的输出端与第二单片机32的RXD脚电连接。

电容C6的一端和电容C7的一端分别与第二单片机32的XTAL1脚和XTAL2脚电连接，电容C6的另一端和电容C7的另一端同时接地，第二晶振Y2电连接在第二单片机32的XTAL1脚与第二单片机32的XTAL2脚之间，第二单片机32的P03脚、P04脚以及P06脚分别与数模转换器33的CLK脚、Din脚以及CS/LD脚一一对应电连接。数模转换器33的Vout脚与电阻R10的一端电连接，电阻R10的另一端与第七放大器A7的正输入端电连接，电容C2一端与第七放大器A7的正输入端电连接，电容C2另一端接地，第七放大器A7的负输入端与第七放大器A7的输出端电连接，电阻R15的一端与第七放大器A7的输出端电连接，电阻R15的另一端与第八放大器A8的正输入端电连接，电容C3与第八放大器A8的正输入端电连接，电容C3另一端接地，电阻R36和电阻R37串接在第八放大器A8的正输入端与第八放大器A8的输出端之间，电容C13电连接在第八放大器A8的正输入端与第八放大器A8的输出端之间，第八放大器A8的输出端与电压输出接口OUTPUT电连接。

第二外部基准电路35包括电解电容E1、电解电容E2、电容C20、电容C26以及外部基准AD780，电解电容E1的一端和外部基准AD780的VIN脚均电连接电源电压，电解电容E1的另一端和电容C20的一端同时接地，电容C20的另一端与外部基准AD780的TEMP脚电连接，电容C26的一端与外部基准AD780的VOUT脚电连接，电容C26的另一端和外部基准AD780的GND脚同时接地，电解电容E2电连接在外部基准AD780的VOUT脚与GND脚之间，外部基准AD780的VOUT脚与数模转换器33的REF脚电连接。在本发明一种高压隔离取样光纤传输装置中，第五放大器A5和第六放大器A6的型号为LM358，第一倒相放大器30和第二倒相放大器31的型号均为74F04，第二单片机32的型号为STC89C54RD。

在本发明一种高压隔离取样光纤传输装置中，低压端数模转换器33采用LTC1655I，其温漂为5uV/℃；驱动放大，即第七放大器A7和第八放大器A8，仍采用OPA2277UA，输出信号的温漂主要受外围电阻的影响，如图9所示，根据高压端电压采集范围以及模数、数模转换器的特性，要还原直流电压信号需对数模输出结果进行适当放大，即

$V_{out}=V_{DA-OUT}\×(1+\frac{R36+R37}{R35}),$

如果R15、R35、R36、R37均采用万分之一，5ppm温漂的高精度电阻，当发生温漂时：

$V_{out}=V_{DA-OUT}\×\[1+\frac{(1000000\±5)(R36+R37)}{(1000000\±5)R35}\]\≈V_{DA-OUT}\×(0.99999~1.00001),$

由此可见温漂影响可以不计。

从上述分析来看，只要硬件选择得当，则理论累计温漂不会超过0.07mV/℃，但是实际情况是电路板布线存在温漂特性，电源存在温漂影响以及各器件温漂特性不一致等，最后温漂还是远大于理论值，需要进一步利用软件进行修正，而这个软件修正就是通过在本发明一种高压隔离取样光纤传输装置中加装温度传感器，并结合软件进行动态修正完成。因此，如图9所示，在本发明一种高压隔离取样光纤传输装置中，第二单片机32还电连接有一个温度传感器电路34，温度传感器电路34包括电阻R38和温度传感器模块DS18B20，电阻R38的一端接地，电阻R38的另一端与温度传感器模块DS18B20的DQ脚电连接，温度传感器模块DS18B20的DQ脚与第二单片机32的P24脚电连接，温度传感器模块DS18B20的GND脚接地，温度传感器模块DS18B20的VCC脚电连接电源电压。

通过理论分析和实际试验验证，造成温漂影响的主要是接收端的放大输出级。因此，软件修正解决主要从低压端着手。研制时将本发明一种高压隔离取样光纤传输装置置于温箱中，温箱温度调至0℃，调整传输系数，使得输入输出满足指标要求，在输入不变的情况下将温箱温度调至-40℃和70℃，查看此两点实际输出偏差值，通过反复验证，此偏差值基本不变且为固定值，而且在整个采样范围内均满足此变化，根据所测得的偏差值可求出相应的修正系数，在正温度区间为-K1，负温度区间为K2。

修正程序如下：

如图5所示，本发明一种高压隔离取样光纤传输装置的工作原理是：高压端直流通道完成直流信号的采集、调理、模数转换、数据处理和数据的激光发送，高压端交流通道完成快速纹波信号的输入、调理、放大和信号的激光发送。低压端直流通道完成直流信号的接收、温度校准、数模转换、驱动放大输出，低压端交流通道完成快速纹波信号的接收输入、调理和跟随输出。实际使用时，本发明的高压端和行波管工作在一起，且需置于降温油箱中，低压端工作于雷达发射机电源低压控制侧。

本发明一种高压隔离取样光纤传输装置需要检测和传输的是悬浮于高压上的行波管负阴极与收集极间的工作电压信号，该电压信号存在实时波动特性，即存在直流电压以及叠加在此直流电压信号上的尖峰、毛刺、突变等快速纹波信号。为了便于直流信号的采样和传输，降低电路的复杂性，提高传输的可靠性，装置采用了数字化信号处理方式构建系统。数字化信号处理方式具有精度高、性能好，抗干扰能力强的特点。对于高速纹波信号，采用交流方式进行实时采样和传输，这种交直流分离采样，传输后再合成输出的方式，既满足了高精度的要求，又满足了高速要求。

本发明一种高压隔离取样光纤传输装置的技术要求采样0-12V的直流信号，线性度要达到0.1％以上，且采样灵敏度优于0.5mV。综合考虑到实际应用中的各种干扰、温漂、失调、非线性误差以及转换误差因素等，本发明按高一量级进行，因此采用16位精度的高速模数、数模转换芯片来完成该技术要求，16位精度的高速模数、数模转换芯片理论精度可达万分之一，16位精度是可以满足灵敏度技术要求的；具体电路中高速高精度数据转换器均采用外部基准的方式工作，外部基准的优点是精度高、温漂低，一方面可以提高采样精度，另一方面可提高系统的温度稳定性。取样电路采用电阻分压式，分压电阻采用高精度、低温漂的精密电阻，由于直流输入电压信号经分压后可满足后续模数转换器的输入要求，因此直流输入调理电路采用低温漂高精度放大器跟随即可，损去采用专用单端转差分放大器所带来的温漂、失调等误差。

本发明一种高压隔离取样光纤传输装置要求对尖峰、毛刺、突变等波动信号的响应速度不超过30nS，而且响应幅度最小要达到0.5mV，根据时间与频率的关系，30nS折合成频率约为33.3MHz。实验室情况下一般很难产生0.5mV的尖峰、毛刺、突变等波动信号，因此在本发明一种高压隔离取样光纤传输装置研制过程中通过给输入端加载0.5mV，频率不低于34MHz的射频信号进行性能验证。

本发明一种高压隔离取样光纤传输装置通过分离取样、隔离传输后再合成输出的方式，解决高速与高精度并重的难题，利用光纤的电气绝缘性能，实现了装置的高低压端的100kV高压隔离，精确的低温漂控制技术实现了装置的长期温度稳定性工作性能，导槽式密封壳体设计技术，满足了装置实际应用中油压密封要求。本发明的优点是测量精度高、响应速度快、温漂低、密封性好以及隔离电压高。本发明一种高压隔离取样光纤传输装置达到的技术指标如下：

取样电压：0～12V；

测量精度：0.08％

电压灵敏度：0.5mV；

响应速度：29.4nS；

温度稳定度：0.28mV/℃；

耐压：6.6MPa；

隔离电压：100kV。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压隔离取样光纤传输装置，其特征在于：该装置包括高压端组件(1)、低压端组件(2)以及传输光纤(3)，所述高压端组件(1)和低压端组件(2)均包括壳体(4)、光纤引出口(20)、电引出口(21)以及与壳体(4)连接的盖板(5)，所述高压端组件(1)的壳体(4)内设置有高压端直流通道和高压端交流通道，所述低压端组件(2)的壳体(4)内设置有低压端直流通道和低压端交流通道，所述高压端直流通道包括依次电连接的直流信号采集调理电路(6)、模数转换电路(7)、数据处理电路(8)及第一激光发送电路(9)，所述高压端交流通道包括依次电连接的快速纹波信号采集调理电路(10)、第一驱动放大电路(11)及第二激光发送电路(12)，所述低压端直流通道包括依次电连接的第一激光接收电路(13)、温度校准电路(14)、数模转换电路(15)及第二驱动放大电路(16)，所述低压端交流通道包括依次电连接的第二激光接收电路(17)、信号调理电路(18)及跟随输出电路(19)，所述第一激光发送电路(9)与第一激光接收电路(13)之间通过传输光纤(3)连接，所述第二激光发送电路(12)与第二激光接收电路(17)之间通过传输光纤(3)连接，所述直流信号采集调理电路(6)一端和快速纹波信号采集调理电路(10)一端均与电压输入接口INPUT电连接，所述跟随输出电路(19)一端和第二驱动放大电路(16)一端均与电压输出接口OUTPUT电连接。

2.根据权利要求1所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其特征在于：所述光纤引出口(20)的内径与光缆的外径一致，所述电引出口(21)的内径与电缆的外径一致，所述壳体(4)和盖板(5)上均设置有密封胶导槽(22)。

3.根据权利要求1所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其特征在于：所述快速纹波信号采集调理电路(10)包括电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R121以及第一放大器A1，所述第一驱动放大电路(11)包括电容C18、电容C19、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R171以及第二放大器A2，所述第二激光发送电路(12)包括电阻R21、电阻R22、电阻R23以及第二光传输模块(24)，所述电容C14一端和电容C15一端同时与电压输入接口INPUT电连接，所述电容C14另一端和电容C15另一端同时与电阻R11的一端电连接，所述电阻R11的另一端与第一放大器A1的负输入端电连接，所述电阻R12的一端接地，电阻R12的另一端与第一放大器A1的正输入端电连接，所述电阻R121的一端电连接电源电压，电阻R121的另一端与第一放大器A1的正输入端电连接，所述电阻R13和电阻R14串接在第一放大器A1的负输入端与输出端之间，所述电容C16的一端和电容C17的一端同时与第一放大器A1的输出端电连接，电容C16的另一端和电容C17的另一端同时与电阻R16的一端电连接，所述电阻R16的另一端与第二放大器A2的负输入端电连接，所述电阻R17的一端接地，电阻R17的另一端与第二放大器A2的正输入端电连接，所述电阻R171的一端电连接电源电压，电阻R171的另一端与第二放大器A2的正输入端电连接，所述电阻R18和电阻R19串接在第二放大器A2的负输入端与输出端之间，所述电容C18的一端和电容C19的一端同时与第二放大器A2的输出端电连接，电容C18的另一端和电容C19的另一端同时与第二光传输模块(24)的ANODE脚电连接，所述电阻R21的一端、电阻R22的一端以及电阻R23的一端同时电连接电源电压，所述电阻R21的另一端、电阻R22的另一端以及电阻R23的另一端同时与第二光传输模块(24)的ANODE脚电连接，所述第二光传输模块(24)的CATHODE脚接地，所述第二光传输模块(24)与第二激光接收电路(17)连接。

4.根据权利要求3所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其特征在于：所述第一放大器A1和第二放大器A2均采用AD8009放大器，所述第二光传输模块(24)的型号为HFBR-1414。

5.根据权利要求1所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其特征在于：所述第二激光接收电路(17)包括第二高速接收光模块(25)，所述信号调理电路(18)包括电阻R20、电容C21和电容C22，所述跟随输出电路(19)包括电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电容C23、电容C24、电容C25以及高频三极管Q1，所述第二高速接收光模块(25)与所述第二激光发送电路(12)连接，所述第二高速接收光模块(25)的GND脚接地，第二高速接收光模块(25)的VCC脚接电源电压，所述电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与第二高速接收光模块(25)的SIG脚电连接，所述电容C21的一端和电容C22的一端同时与第二高速接收光模块(25)的SIG脚电连接，所述电容C21的另一端和电容C22的另一端同时与高频三极管Q1的基极电连接，所述电阻R27的一端、电容C25的一端以及高频三极管Q1的集电极均电连接电源电压，所述电阻R27的另一端与高频三极管Q1的基极电连接，所述电容C25的另一端接地，所述电阻R26的一端和电阻R25的一端同时与高频三极管Q1的发射极电连接，所述电阻R26的另一端接地，所述电阻R25的另一端、电容C23的一端以及电容C24的一端同时与电阻R24的一端电连接，所述电阻R24的另一端接地，所述电容C23的另一端和电容C24的另一端同时与电压输出接口OUTPUT电连接。

6.根据权利要求1所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其特征在于：所述直流信号采集调理电路(6)包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、第三放大器A3以及第四放大器A4，所述模数转换电路(7)包括电解电容E4、电解电容E5、电容C4、电容C5、模数转换器(26)以及第一外部基准电路(23)，所述数据处理电路(8)包括电容C10、电容C11、电阻R6、电阻R7、晶振Y1以及第一单片机(27)，所述第一激光发送电路(9)包括电容C12、三极管Q2、电阻R8、电阻R9以及第一光传输模块(28)，所述电阻R1的一端和电阻R2的一端同时与第三放大器A3的正输入端电连接，所述电阻R1的另一端接地，所述电阻R2的另一端与电压输入接口INPUT电连接，所述第三放大器A3的负极输入端与第三放大器A3的输出端电连接，所述电阻R3的一端与第三放大器A3的输出端电连接，所述电阻R3的另一端与第四放大器A4的正输入端电连接，所述第四放大器A4的负极输入端与第四放大器A4的输出端电连接，所述电阻R4的一端与第四放大器A4的输出端电连接，所述电阻R4的另一端与模数转换器(26)的AIN脚电连接，所述模数转换器(26)的AVDD脚电连接电源电压，所述模数转换器(26)的REF脚通过电解电容E4接地，所述模数转换器(26)的REFADJ脚通过电容C4接地，所述模数转换器(26)的AGND脚接地，所述电解电容E5的正极、电容C5的一端以及模数转换器(26)的DVDD脚同时电连接电源电压，所述电解电容E5的负极、电容C5的另一端以及模数转换器(26)的RESET脚和DGND脚同时接地，所述模数转换器(26)的D0脚、D1脚、D2脚、D3脚、D4脚、D5脚、D6脚、D7脚、D8脚、D9脚、D10脚、D11脚、D12脚、D13脚、D14脚以及D15脚分别与第一单片机(27)中的P10脚、P11脚、P12脚、P13脚、P14脚、P15脚、P16脚、P17脚、P20脚、P21脚、P22脚、P23脚、P24脚、P25脚、P26脚以及P27脚一一对应电连接，所述第一单片机(27)的VDD脚电连接电源电压，所述电容C11的一端和电容C10的一端分别与第一单片机(27)的XTAL2脚和XTAL1脚一一对应电连接，所述电容C11的另一端和电容C10的另一端同时接地，所述晶振Y1电连接在第一单片机(27)的XTAL2脚与XTAL1脚之间，所述第一单片机(27)的VSS脚接地，所述电阻R6的一端和电阻R7的一端同时电连接电源电压，所述电阻R6的另一端和电阻R7的另一端分别与第一单片机(27)的P06脚和P07脚电连接，所述电阻R8的一端与第一单片机(27)的TXD脚电连接，所述电阻R8的另一端与三极管Q2的基极电连接，所述三极管Q2的发射极通过电阻R9接地，所述三极管Q2的集电极与第一光传输模块(28)的CATHODE脚电连接，所述第一光传输模块(28)的的ANODE脚电连接电源电压，所述电容C12的一端接地，电容C12的另一端与第一光传输模块(28)的的ANODE脚电连接，所述第一光传输模块(28)与第一激光接收电路(13)连接，所述第一外部基准电路(23)包括电解电容E3、电容C8、电容C9以及外部基准MAX6198，所述电解电容E3的正极、电容C8的一端以及外部基准MAX6198的IN脚同时电连接电源电压，所述电解电容E3的负极、电容C8的另一端以及外部基准MAX6198的GND脚均接地，所述电容C9的一端与外部基准MAX6198的OUT脚电连接，所述电容C9的另一端接地，所述外部基准MAX6198的OUT脚与模数转换器(26)的REF脚电连接。

7.根据权利要求6所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其特征在于：所述第三放大器A3和第四放大器A4均采用OPA2277UA放大器，所述第一光传输模块(28)的型号为HFBR-1414，第一单片机(27)的型号为STC89C54RD，模数转换器(26)的型号为MAX1187。

8.根据权利要求1所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其特征在于：所述第一激光接收电路(13)包括第一高速接收光模块(29)、电容C1、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R5、电阻R32、电阻R33、电阻R34、第五放大器A5、第六放大器A6、第一倒相放大器(30)以及第二倒相放大器(31)，所述温度校准电路(14)包括电容C6、电容C7、第二晶振Y2以及第二单片机(32)，所述数模转换电路(15)包括数模转换器(33)和第二外部基准电路(35)，所述第二驱动放大电路(16)包括电阻R10、电阻R15、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电容C2、电容C3、电容C13、第七放大器A7以及第八放大器A8，所述第一高速接收光模块(29)与第一激光发送电路(9)连接，所述第一高速接收光模块(29)的VCC脚电连接电源电压，所述第一高速接收光模块(29)的GND脚接地，所述电容C1的一端与第一高速接收光模块(29)的VCC脚电连接，所述电容C1的另一端接地，所述电阻R28的一端和电阻R29的一端同时与第一高速接收光模块(29)的SIG脚电连接，所述电阻R28的另一端接地，所述电阻R29的另一端与第五放大器A5的正输入端电连接，所述电阻R30的一端与第五放大器A5的负输入端电连接，所述电阻R30的另一端接地，所述电阻R31电连接在第五放大器A5的负输入端与第五放大器A5的输出端之间，所述电阻R5电连接在第五放大器A5的输出端与第六放大器A6的负输入端之间，所述电阻R34电连接在第六放大器A6的负输入端与第六放大器A6的输出端之间，第一倒相放大器(30)的输入端与第六放大器A6的输出端电连接，所述第一倒相放大器(30)的输出端与第二倒相放大器(31)的输入端电连接，所述第二倒相放大器(31)的输出端与第二单片机(32)的RXD脚电连接，所述电容C6的一端和电容C7的一端分别与第二单片机(32)的XTAL1脚和XTAL2脚电连接，所述电容C6的另一端和电容C7的另一端同时接地，所述第二晶振Y2电连接在第二单片机(32)的XTAL1脚与第二单片机(32)的XTAL2脚之间，所述第二单片机(32)的P03脚、P04脚以及P06脚分别与数模转换器(33)的CLK脚、Din脚以及CS/LD脚一一对应电连接，所述数模转换器(33)的Vout脚与电阻R10的一端电连接，所述电阻R10的另一端与第七放大器A7的正输入端电连接，所述电容C2一端与第七放大器A7的正输入端电连接，所述电容C2另一端接地，所述第七放大器A7的负输入端与第七放大器A7的输出端电连接，所述电阻R15的一端与第七放大器A7的输出端电连接，所述电阻R15的另一端与第八放大器A8的正输入端电连接，所述电容C3与第八放大器A8的正输入端电连接，所述电容C3另一端接地，所述电阻R36和电阻R37串接在第八放大器A8的正输入端与第八放大器A8的输出端之间，所述电容C13电连接在第八放大器A8的正输入端与第八放大器A8的输出端之间，所述第八放大器A8的输出端与电压输出接口OUTPUT电连接，所述第二外部基准电路(35)包括电解电容E1、电解电容E2、电容C20、电容C26以及外部基准AD780，所述电解电容E1的一端和外部基准AD780的VIN脚均电连接电源电压，所述电解电容E1的另一端和电容C20的一端同时接地，所述电容C20的另一端与外部基准AD780的TEMP脚电连接，所述电容C26的一端与外部基准AD780的VOUT脚电连接，所述电容C26的另一端和外部基准AD780的GND脚同时接地，所述电解电容E2电连接在外部基准AD780的VOUT脚与GND脚之间，所述外部基准AD780的VOUT脚与数模转换器(33)的REF脚电连接。

9.根据权利要求8所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其特征在于：所述第五放大器A5和第六放大器A6的型号为LM358，所述第一倒相放大器(30)和第二倒相放大器(31)的型号均为74F04，所述第二单片机(32)的型号为STC89C54RD，所述数模转换器(33)的型号为LTC1655I，所述第七放大器A7和第八放大器A8的型号均为OPA2277UA。

10.根据权利要求8所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其特征在于：所述第二单片机(32)还电连接有一个温度传感器电路(34)，所述温度传感器电路(34)包括电阻R38和温度传感器模块DS18B20，所述电阻R38的一端接地，所述电阻R38的另一端与温度传感器模块DS18B20的DQ脚电连接，所述温度传感器模块DS18B20的DQ脚与第二单片机(32)的P24脚电连接，所述温度传感器模块DS18B20的GND脚接地，所述温度传感器模块DS18B20的VCC脚电连接电源电压。