CN107016848A - 自带校准与补偿的雷电电磁脉冲光纤传输测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自带校准与补偿的模拟信号光纤传输测试系统，包括光纤模拟量传输模块、光纤485信号传输模块、电磁场天线、单片机、DA模块、继电器模块、测温模块、监控计算机和校准程序。首先通过单片机控制DA模块产生一个频率和档位数可调的阶梯波信号，其次，在测温模块的温度大于阈值时，通过单片机串口控制继电器模块，将DA模块产生的阶梯波信号输入被测试的光纤传输系统，最后比较输出信号与输入信号的幅值特性，可对系统的幅值进行校准。该发明通过单片机产生阶梯波测试信号，可在现场测量的过程中随时对光纤传输系统进行传输比和线性度校准，适用于长期在外场开展的雷电电磁环境测量，校正由于环境温度等引起的光纤系统传输比变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种自带校准与补偿的雷电电磁脉冲光纤传输测试系统。
背景技术
雷电是当今时代的一大公害，特别是对油库、航天发射中心、机场、景区等重点目标区域的安全构成很大威胁，每年都因雷灾造成重大损失。据统计，每年我国因雷击造成的经济损失达数亿元。雷电电磁脉冲的监测对雷电事故的分析和雷电防护的效果具有重要意义。雷电作为一种高功率电磁脉冲，会产生较强的电磁场，基于光纤通道的光纤传输技术的发展，不仅克服了传统的微波传输和同轴电缆传输的瓶颈和电磁干扰问题，而其本身也具有许多突出的优点，如损耗低，频带宽，传输信息容量大，抗电磁干扰能力高和绝缘性能良好，能在电台密布区域、高压输电线和电气化铁路附近等恶劣环境中正常工作。
模拟量光纤传输系统通常由阻抗变换电路、前置放大器、电/光转换器件（光发射机）、光/电转换器件（光接收机）和传输光纤组成，由于电源电压、环境温度等因素会影响系统的传输比和线性度，都可能会使接收信号产生失真。目前对光纤传输系统的测试通常采用信号发生器产生标准信号输入的方法，但是信号发生器测试的方法通常只适合于实验室测试，而在实际测试中，外场长期监测、无人值守、经常性检查和校准需求，需考虑便携和简易的因素进行实时的在线测试和校准，因此有必要在光纤传输系统的通道范围内产生一个信号，测试其输出信号与输入信号的之间的相互关系，实现其测试和校准的快捷性和高效性。
目前，雷电电磁脉冲的测试校准主要通过信号发生器产生多个不同幅度的脉冲波，本发明利用单片机简便、模块化的优良特点，通过单片机控制DA模块产生阶梯波，设计了一种自带校准与补偿的雷电电磁脉冲的光纤传输测试系统。
发明内容
本发明的目的：针对传统的信号发生器测试方法机动性较差的不足，提出一种自带校准与补偿的光纤传输测试系统，解决光纤传输系统在线测试与校准的问题，实现了在雷电电磁脉冲信号的现场测量时，对光纤传输系统的采样信号进行实时测量和校准。
本发明的技术方案是：带校准与补偿的模拟信号光纤传输测试系统是在雷电电磁脉冲测量系统的前端增加单片机、继电器模块、DA模块、测温模块，通过继电器开关将标准回路导通，分析接收信号与校准信号差异，其特征在于：包括光纤模拟量传输模块、光纤485信号传输模块、电磁场天线、单片机、DA模块、继电器模块、测温模块、监控计算机和校准程序，其中，单片机通过IO口与DA模块和继电器模块相连，通过串口与上位机相连，继电器模块包含继电器和驱动电路两部分，继电器开关1用于控制原始信号的接入，继电器开关2用于控制DA模块产生的信号的接入。
DA模块产生的阶梯波信号由频率可调、档位可调的等电位差的阶梯幅度构成。
结合测量的电磁脉冲信号，在测温模块测得系统所在的环境温度变化大于设定的温度阈值时用校准程序对电磁脉冲信号的幅值进行校准和补偿。
校准程序如图2所示，包含以下步骤：
S01：利用DA模块产生的校准信号和通过系统后的信号构成系统传输比：将模拟量光纤传输系统后的信号的每一个档位的幅度值与原始校准信号的相应档位的幅度值的比较，通过式（1）获得模拟量光纤传输系统的传输比描述参数。
（1）
其中，表示系统第个档位的传输比，表示DA模块产生的校准信号的第个档位幅度值，表示通过系统后的信号的第个档位幅度值。
S02：传输比的线性拟合：根据系统每个档位的传输比构建输入信号幅度与传输比的曲线并进行线性拟合，结合电磁脉冲信号幅值和拟合方程得到对应的传输比。
S03：电磁脉冲信号的幅值校准：将S02步骤中得到的和，通过式（2）获得校准后的幅值。
（2）
其中，表示校准后的幅值。
本发明具有如下有益效果：
1、系统采用模块化设计，操作简单；
2、系统高效快速实现对光纤传输系统的在线测试和校准，提供了新的解决途径；
3、系统DA模块产生的多档阶梯波信号具有多个档位的幅度值，可大大减小了系统的测试和校准的工作量；
4、系统DA模块有稳定的电压源供电，保证产生的阶梯波信号具有较好的稳定性。
附图说明
图1为本发明测试校准系统的结构图。
图2为本发明系统的校准程序流程图。
图3为本发明的一种系统实施案例的输出与输入幅值比图。
具体实施方式
实施例：
如图1所示，本发明自带补偿与校准的光纤传输测试系统，包括光纤模拟量传输模块、光纤485信号传输模块、电磁场天线、单片机、DA模块、继电器模块、上位机和校准程序，其中，单片机通过IO口与DA模块和继电器模块相连，通过串口与上位机相连，原始信号和阶梯波信号通过一个继电器模块接入被测试的光纤传输系统的光发射端。继电器模块包含继电器和驱动电路两部分，继电器开关1用于控制原始信号的接入，继电器开关2用于控制DA模块产生的信号的接入，其中阶梯波信号的频率为1kHz，档数为10档。
当不需要进行校准时，原始信号接入系统，上位机通过采集卡能采集到原始信号的波形；当需要进行校准工作时，上位机通过串口给单片机发送指令’1’，继电器由开关1切换到开关2，使DA模块产生的信号接入被测试系统，示波器能采集到DA模块产生的阶梯波信号，按照图2所示的校准程序进行系统传输比的拟合；当校准数据采集完成后，上位机通过串口给单片机发送指令’0’，继电器由开关2切换到开关1，使原始信号重新接入系统，进行电磁脉冲信号的监测，结合传输比曲线，对采集信号的幅值进行实时校准。
校准程序中，采集卡采集到的波形与原始阶梯波信号波形的10个幅值进行传输比的线性拟合，可得到系统的传输比曲线图和拟合曲线方程，通过实时测量的电磁脉冲信号数据，可对信号进行实时校准，如图3所示。
虽然上述说明描述了完整的实施例，但并不限于上述举例。本领域的技术人员，在本发明的实质范围做出的变型、修改或替换，都应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.自带校准与补偿的模拟信号光纤传输测试系统，其特征在于：包括光纤模拟量传输模块、光纤485信号传输模块、电磁场天线、单片机、DA模块、继电器模块、测温模块、监控计算机和校准程序，其中，单片机通过IO口与DA模块和继电器模块相连，通过串口与上位机相连，继电器模块包含继电器和驱动电路两部分。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：上位机通过光纤485信号传输模块给单片机发送指令，控制DA模块产生阶梯波信号，且控制继电器模块对原始输入信号和DA模块产生的输入信号进行切换。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：权利2中光纤485信号传输模块发送控制指令为‘0’时，原始输入信号通过继电器开关1接入光纤发射端，光纤485信号传输模块发送控制指令为‘1’时，DA模块产生的输入信号通过继电器开关2接入光纤发射端。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：通过权利2和3得到的阶梯波信号由频率可调、档位可调的等电位差的幅度构成，通过模拟量光纤传输系统后的信号的每一个档位的幅度值与原始信号的相应档位的幅度值的比构成模拟量光纤传输系统的传输比和线性度描述参数。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：通过权利4得到的模拟量光纤传输系统的传输比和线性度，结合测量的电磁脉冲信号，可对电磁脉冲信号的幅值进行校准和补偿。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：当系统的测温模块测得所在的环境温度变化大于设定的温度阈值时进行校准。
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