CN204144217U - 一种x频段弧光探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种X频段弧光探测器，包括E面切角弯波导、高速光电转换单元、高速处理电路等部分。完成高频大功率真空电子管发射机在发射高频微波信号打火时具有快速检测和快速保护功能，其相应时间＜1μs，同时又具有输入、输出两个方向检测功能和打火点指示功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种弧光探测器，尤其涉及一种X频段弧光探测器。
背景技术
作为大功率速调管发射机的核心器件，速调管能否安全、可靠、稳定地工作在为发射机可靠性中起着至关重要的作用。波导电弧（俗称打火）是损坏速调管重要原因之一，在射机工作和波导器件耐功率试验过程中，输出波导驻波过大或速调管有寄生频谱输出等原因都会造成输出波导打火，电弧往往出现在波导内场强最强处，并顺着波导的宽边向功率源方向移动，直到速调管陶瓷窗口处，电弧会击穿陶瓷窗口，导致速调管漏气损坏。因此，对为大功率真空管放大器设置波导打火的快速检测保护电路十分必要，弧光探测器判断弧光的响应速度关系到速调管的损坏与否。
现有的弧光探测器采光口位于在波导E面中心处，由于波导E边是场强最强处，对于微波在波导插入损耗和端口驻波等传输特性很难控制，加工精度要求高。同时采光口设置在波导E面中心处无法将打火点定位，因为打火点可能位于弧光探测器的输入、输出的任一端且在E面切角处采光受到一定感光角度的限制。
现有的弧光探测器多采用光敏三极管作为检测元件，光敏三极管光电流较大，虽然对检测电路要求不高，而且减少了检测电路的体积，但光敏三极管响应时间较长与发射机要求断激励、断高压响应时间短又是一对相互矛盾的存在。
根据X频段100KW连续波速调管功放研制需求，要求速调管功放输出频谱纯度高，目前，由于高压开关电源开关频率的影响，速调管功放输出频谱无法达到要求，因此速调管功放供电采用线性高压电源，由于速调管的需求：高压电源在断高压动作时间短、泄放能量小，所以线性高压电源综合以上要求，对断高压动作时间是有限的，只能通过弧光探测器的改进来达到快速断激励和断高压来提高动作时间实现保护速调管的目的。综上所述，现有的弧光探测器不能满足现实的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种X频段弧光探测器，在大功率发射机工作中在波导内部以及波导器件内部发生打火时提供快速断激励和高压的作用，避免速调管的损坏，使速调管发射机以及真空管发射机安全、可靠、稳定的工作。
本实用新型采用下述技术方案：
一种X频段弧光探测器，包括E面切角弯波导和弧光探测模块，所述弧光探测模块包括光纤、高速光电转换单元、双路高速运放、双路高速比较器和锁存器，所述E面切角弯波导的输入端和输出端分别与高功率速调管和环形器连接；所述E面切角弯波导的切角处设置有两个采光口，且两个采光口分别与两根光纤的入光口连接，所述两个采光口设置在E面切角弯波导的切面的上且分别对着E面切角弯波导的输入、输出端；所述光纤的出光口通过高速光电转换单元依次连接高速双运放、双路高速比较器，运放比较器的输出端与双上升沿D触发器输入端相连，通过双上升沿D触发器输出Q连接外部控制器的输入端，数据输出送外部监控电路作为打火点指示。
所述的E面切角弯波导为标准BJ70波导90o弯波导在E面进行两个内角为135o的切割，其切面的长度为12.5±0.5mm。
所述的光电转换单元采用高速光电二极管，高速光电二极管的输入端连接光纤的输出端，高速光电二极管的输出端连接双路高速运放的输入端。
所述的高速光电二极管采用FGAP71。
根据权利要求4所述的X频段弧光探测器，其特征在于：所述的双路运放比较器采用OPA2104型号，双路高速比较器采用MAX96型号。
本实用新型应用于X频段10KW速调管以及超过10KW X频段真空管发射机，通过在速调管等真空大功率系统的高功率微波传输系统中，在最可能发生打火弯头和速调管匹配单元处，即在E面切角弯波导为标准BJ70波导90o弯波导在E面进行两个内角为135o的切割，其切面的长度为12.5±0.5mm，且E面弯角处具有两个采光点，分别与探测器的输入端和输出端相对应，通过光纤介质将产生的弧光传输至光电转换的输入端，经过光电转换把光信号转换成微弱的光电流，再把它转换成电压信号，然后和阀值比较，输出TTL信号，最后把TTL信号送入输出级驱动后级控制电路。电路进行断高压电源或断激励信号的来达到保护真空管和微波传输系统，而且本装置减少微波传输系统和弧光探测器的相互影响。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理框图；
图2为本实用新型所述E面切角弯波导的结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种X频段弧光探测器，包括E面切角弯波导和弧光探测模块，所述弧光探测模块又包括光纤3、高速光电转换单元、双路高速运放、双路高速比较器和锁存器，所述E面切角弯波导的输入端和输出端分别与高功率速调管和环形器连接（或者大功率微波网络）；
所述的E面切角弯波导为标准BJ70波导90o弯波导在E面进行两个内角为135o的切割，其切面的长度为12.5±0.5mm，所述E面切角弯波导的切角处设置有两个采光口4，且两个采光口4分别与两根光纤的入光口相对应，通过光纤分别传输通过采光口4采集到的光源；所述两个采光口4设置在E面切角弯波导的切面上且分别对着E面切角弯波导的输入端口1、输出端口2。通过设置两个采光口4使本实用新型具有双向采光性，有效避免光敏器件受感光角度限制的缺陷。
由于光纤3具有损耗低、频带宽、不受电磁干扰、绝缘性好、体积小、可弯曲、对蓝紫光敏感，便于远距离检测等优点，所以本实用新型采用光纤3作为理想的传输介质。所述光纤3的出光口通过高速光电转换单元依次连接高速双运放、双路高速比较器，运放比较器的输出端与锁存器输入端相连，通过锁存器的路连接外部控制器的输入端，路送外部监控电路作为打火点指示。
本实用新型所述光电转换单元是弧光探测器的第一级，要求响应速度快，对打火光敏感，输出信号尽可能大。由于波导内介质主要含有O2、CO2、CO、Ｎ的干燥空气，根据气体放电学原理可知，波导打火电弧的光谱不是太宽，其主光谱的峰值波长是分布在380nm～492nm之间的蓝紫光。该光谱可用光电二极管和光电三极管等光电转换器件将光信号转换为电信号。光电三极管优点是光电流较大，缺点是响应时间较长；光电二极管优点是响应时间短，缺点是光电流较小，对蓝紫光较敏感。所以本实用新型中光电转换单元采用高速光电二极管，高速光电二极管的输入端连接光纤3的输出端，高速光电二极管的输出端连接双路高速运放的输入端。
响应时间短和对于弧光是蓝紫光的特点也促使我们选择光电二极管作为光电转换的核心部件。根据弧光的光谱范围以及对光电转换高速度的要求，选择美国索雷博公司的磷化钾光电转换二极管FGAP71，其感光光谱范围为150～550nm，完全覆盖打火电弧的蓝紫光光谱 380nm～492nm，光电转换时间1ns，从而使探测弧光的响应时间短，响应时间小于1μs，能更加方便快捷的进行监测。
在具体监测过程中会出现远处打火产生弧光较弱，此时光电转换的电压也很低，本实用新型为了适应打火位置的远近不同，为了对光电转换后的电压信号进行放大比较判断，在光电转换后设置直流运算放大器和比较器。据本设计采用光电二极管产生的电信号是电流型的，因此放大电路需要采用电流-电压JFET型运算放大器。选用JFET输入的、低偏置电流、低噪声精密双运放，其带宽宽，转换速率快，满足波导两个垂直方向弧光探测的需求，同时双向的采集结果通过锁存器输出到外部监视电路后，可以搭配显示系统能够及时的发现具体的打火位置是在E面切角弯波导的输入端或者输出端，当锁存器与E面切角弯波导的输入端相连的路输出高电平，外部控制电路执行断高压、断激励信号动作，同时路输出低电平，则表示打火位置在E面切角弯波导的输入端方向从而拥有了故障定位功能。所述的双路运放比较器采用转换速率为ns量级的双路高速比较器，可以采用OPA2104型号或者MAX96型号，可以满足波导两个垂直方向弧光探测的需求。
本实用新型所述弧光探测模块与波导部分一体化设计，结构紧凑。实际做成产品体积为152.44mm×152.44mm×75mm，小巧。根据弧光探测器波导部分仿真设计和弧光电路检测部分一体化设计，对装配好的X频段弧光探测器两个方向响应时间的指标测试，弧光探测器供电采用SS1712型直流稳压源，通过脉冲信号源Tektronix TDS3052B输入，示波器HEWLETT 33120A输出测试。测试结果得出弧光探测器响应时间为光敏二极管响应时间（1ns）+放大、比较、锁存电路时间为760ns，测试弧光探测器响应时间小于1μs,满足设计需求。 而且本试验分别通过白炽灯、高压点火发生器试验，弧光探测器输出、指示正常。
Claims (5)
1.一种X频段弧光探测器，其特征在于：包括E面切角弯波导和弧光探测模块，所述弧光探测模块包括光纤、高速光电转换单元、双路高速运放、双路高速比较器和锁存器，所述E面切角弯波导的输入端和输出端分别与高功率速调管和环形器连接；所述E面切角弯波导的切角处设置有两个采光口，且两个采光口分别与两根光纤的入光口连接，所述两个采光口设置在E面切角弯波导的切面的上且分别对着E面切角弯波导的输入、输出端；所述光纤的出光口通过高速光电转换单元依次连接高速双运放、双路高速比较器，运放比较器的输出端与双上升沿D触发器输入端相连，通过双上升沿D触发器输出Q连接外部控制器的输入端，数据输出送外部监控电路作为打火点指示。
2.根据权利要求1所述的X频段弧光探测器，其特征在于：所述的E面切角弯波导为标准BJ70波导90o弯波导在E面进行两个内角为135o的切割，其切面的长度为12.5±0.5mm。
3.根据权利要求2所述的X频段弧光探测器，其特征在于：所述的光电转换单元采用高速光电二极管，高速光电二极管的输入端连接光纤的输出端，高速光电二极管的输出端连接双路高速运放的输入端。
4.根据权利要求3所述的X频段弧光探测器，其特征在于：所述的高速光电二极管采用FGAP71。
5.根据权利要求4所述的X频段弧光探测器，其特征在于：所述的双路运放比较器采用OPA2104型号，双路高速比较器采用MAX96型号。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104792409A (zh) * | 2015-04-06 | 2015-07-22 | 华中科技大学 | 一种高功率微波打火探测系统及方法 |
| CN111081809A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-28 | 中山大学 | 一种高灵敏度的x射线探测器 |
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2014
- 2014-10-11 CN CN201420586846.3U patent/CN204144217U/zh not_active Expired - Lifetime
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