一种高压隔离取样光纤传输装置制造方法及图纸

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。本实用新型专利技术精度高，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。

【技术实现步骤摘要】

：本技术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。
技术介绍
：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Ir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QC＝IrTo。整个电路可视为一个振荡频率受输入电压Vin控制的多谐振荡器。其工作过程如下：当积分器输出电压Vin1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To宽度的脉冲，使S导通To时间。由于电路设计成Ir＞Vin(max)/R，因此，在To期间积分器一定以反充电为主，使Vin1上升到某一正电压。To结束时，由于只有输入电压Vin的作用，对积分器负极充电，输出电压Vin1沿斜线下降，当Vin1下降到0V时，比较器翻转，又使单稳态定时器产生一个To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：(Ir-VinR)To=VinR(T-To)---(1)]]>因此，输出振荡频率即输出频率Fout与输入电压Vin成正比。显然，要精确的实现V/F转换，要求Ir、R及To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Fin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Ir与积分器接通，Ir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：C2ΔU=IrTo-VoutR1T---(2)]]>△U为电容C2的电压增量。由于设计时Ir＞Vin(max)/R1，所以在To期间Ir以充电为主，当频率一定时，且Ir、To、T、R1、C2都为定值，则随Vout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：IrTo=VoutR1T---(3)]]>由公式(3)可得也即输出电压Vout与输入频率Fin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Vout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Vout不断减小，Vout始终与输入频率Fin成正比关系，显然，要精确的实现F/V转换，要求Ir、R1及To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。
技术实现思路
：本技术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。本技术的技术解决方案是，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，高压端直流通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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

\t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

\t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...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴振刚，谢鸿志，吴礼章，顾庆昌，杨鹏毅，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第八研究所，
类型：新型
国别省市：安徽;34