传感器装置、测量系统及校准方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种功率测量仪，其中，校准作为由测量仪控制的自动过程来执行。提供了一种用于测量电磁信号功率的功率测量系统，包括：测量单元，用于将源于传感器的电信号转换成功率测量；传感器单元，包括所述传感器和放大电路；电缆，用于将测量单元耦合到传感器单元，传感器单元和电缆定义了一条通路，所述通路用于将源于传感器的电信号传送到测量单元；以及参考信号源，可被接入通路，以将参考信号传送到测量单元。还提供了一种用于功率测量系统的传感器单元装置，所述装置包括：传感器；耦合到所述传感器的放大电路；和参考信号源，其可耦合到所述放大电路，以将所述参考信号经由电缆传送到测量单元。并提供了一种保持功率测量系统精度的方法。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在例如测量射频(RF)信号功率的系统中使用的功率测量仪和传感器装置。具体而言，本专利技术涉及一种用于测量RF信号功率的系统，所述系统以方便于所述系统用户的方式提高了测量置信度和仪器精度。
技术介绍
用于在制造、安装和维护期间测试RF设备的标准RF功率测量系统包括通过电缆耦合到传感器单元的测量仪单元。一般而言，传感器单元包括传感元件，其将RF功率转换成等价的电压或电流信号。该传感元件一般是二极管或热电偶。该电压或电流信号可被例如放大和调节，使得测量仪单元能提供功率指示。为了保证测量符合国家标准，以上类型的RF功率测量系统需要校准。在这一方面，通常进行两种校准过程工厂校准和用户校准。工厂校准或者是在制造期间进行，或者是在定期的校准时间间隔(一般是一年)时进行，此时将测量仪单元、传感器单元和电缆返回工厂来校准。在多个频率点处对应传递标准来校准传感器单元，以确定传感器单元的校准因子。校准因子综合表示在某个频率处的传感器元件效率和失配损耗(RF功率源与传感器单元的输入的耦合效率的度量)，并在测量之后由测量仪单元作为测量校正而应用。因为传感元件是非线性设备，所以还校准测量仪单元以保持系统测量的线性。另外，测量仪单元通常配备有使用传递标准设定的参考功率源。尽管工厂校准是需要的，但在测量仪单元的整个工作寿命期间使用不同的测量仪单元/电缆/传感器单元组合是很常见的。因此，有必要对特定的测量仪单元/电缆/传感器单元组合校准，并且众所周知，这是由测量仪单元的用户完成的。在正常使用期间，传感器单元通过电缆连接到测量仪单元上。当没有输入RF信号时，由测量仪单元给出的读数中存在的偏移随后通过由测量仪单元自动完成的偏移去除过程(通常称为调零或自调零)而从测量系统中去除。测量仪单元和传感器单元的增益被认为是单个“通路增益”，于是系统可以通过这样来测量绝对功率将传感器单元与受测试的设备断开连接；将传感器单元连接到参考源上；以及执行测量仪单元提供的自动校准过程。因为测量仪单元知道所用参考源的功率，所以测量仪单元的增益因子可由测量仪单元来调节，以保证在考虑通路增益的情况下显示参考源功率的正确值。然后将传感器单元重新连接到受测试的设备上，并且测量仪单元可以测量并显示正由受测试的设备所产生的信号的绝对功率。如果所测量信号的频率不同于参考源的频率，那么用于所测量信号频率的传感器单元的校准因子应当从随功率测量系统提供的硬拷贝信息中手动地输入到测量仪单元中，以保证测量仪单元显示正确的功率。随着时代的发展，现在功率测量系统的复杂度已增加到这样的程度，使得可以在电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)中存储校准因子，EEPROM位于传感器单元中并且测量仪单元对其是可读取的。另外，二极管型的传感元件现在可以在固有的操作范围之外操作，其中功率以线性的方式转换为电流或电压。通过在传感器单元的工厂校准过程中提供进一步的阶段而使得能够如此操作二极管。该进一步的阶段要求传感器单元通常在参考源的相同频率处经受多个已知的RF功率电平，并且测量传感器单元的响应并将其存储在EEPROM中。然后当传感器单元连接到受测试的设备时，测量仪单元使用此数据来产生使传感器单元的输出线性化的校正功能，并由此允许更宽的动态范围的测量。包含上述与传感器单元相关的校准因子的校准数据，作为以和参考源的所测输出功率相关的项来表达的数据而存储在EEPROM中，使得用户能进行对传感器单元的线性度和频率校准。本领域另一个进展是在传感器单元中提供了温度传感元件。因为传感元件的温度能影响流过传感元件的电流，所以通过测量传感元件的温度，可以对使用传感器单元所做的功率测量施加温度变化的校正。传感器单元的某些工厂校准过程包括测量传感器单元的温度变化，这些数据也存储在EEPROM中。关于用户校准过程，如上所述，用户必须定期将传感器单元与受测试的设备断开连接，并将传感器单元连接到测量仪单元的参考源。在校准之后，用户还必须将传感器单元重新连接到受测试的设备。在这个部分手动的过程中，如果参考源没有有效地机械连接到传感器单元上，则可能产生测量误差。此外，用户校准过程也不是很方便，并且依靠RF源来测量主要是直流(DC)电路的电路(这里称为通路增益校准)，其中RF源会带来相关联的失配不确定性。另外，在用户校准过程期间，假定在工厂校准过程期间实现的多方面特性还是有效的，这样用户校准过程实际上仅仅是有效地测试功率测量系统的一般完整性以及从传感器单元的输出到测量仪单元的采集电路(acquisition circuitry)的通路增益特性。为了减轻上述缺点，已经为功率测量系统开发了其它的设计。这些设计采用了所谓的“不用校准(no-cal)”解决方案，使用户无需进行用户校准过程的断开连接和重新连接。于是，试图减少构成功率测量系统的可变组件的数量，一种公知类型的功率测量系统具有永久耦合到特征化传感器单元上的电缆，因此减少了组成功率测量系统的独立组件的组合。因此，功率测量系统的以上“no-cal”解决方案不能允许用户改变电缆，而这当在制造时提供的电缆随后损坏了的时候可能发生。其它一些no-cal解决方案也限制了用户改变电缆的能力。而且，这些解决方案没有考虑内部组件的磨损或老化，以及由此对功率测量精度的损害。这样，公知的功率测量系统和相关联的校准技术从精度或执行的角度来看并不完全令人满意。因此需要这样一种功率测量系统，其与传统的方法相比能进行更精确的测量，但又没有将传感器单元与受测试的设备断开连接以及连接的干扰性要求。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于测量电磁信号功率的功率测量系统，所述系统包括测量单元，用于将源于传感器的电信号转换成功率测量；传感器单元，包括所述传感器和放大电路；电缆，用于将所述测量单元耦合到所述传感器单元，所述传感器单元和所述电缆定义了一条通路，所述通路用于将源于所述传感器的所述电信号传送到所述测量单元；以及参考信号源，其可被接入所述通路，以将所述参考信号传送到所述测量单元。可安排所述参考信号源代替所述传感器而耦合到所述放大电路。除了所述传感器耦合到所述放大电路之外，还安排所述参考信号源作为对所述传感器的激励而耦合到所述放大电路。可安排所述参考信号源产生固定参考信号。或者或附加地，所述参考信号可改变幅值以表征所述传感器的特性。所述参考信号可以是直流(DC)信号。所述传感器单元还可包括温度相关组件，其提供对所述传感器单元内温度的指示。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于功率测量系统的传感器单元装置，所述装置包括传感器；耦合到所述传感器的放大电路；和参考信号源，可耦合到所述放大电路，以将所述参考信号经由电缆传送到测量单元。可安排所述参考信号源代替所述传感器而耦合到所述放大电路。除了所述传感器耦合到所述放大电路之外，还安排所述参考信号源作为对所述传感器的激励而耦合到所述放大电路。可安排所述参考信号源产生固定参考信号。或者或附加地，所述参考信号可改变幅值以表征所述传感器的特性。所述装置还可包括温度相关组件，其提供对所述传感器单元装置内温度的指示。所述参考信号可以是直流(DC)信号。根据本专利技术的第三方面，提供了一种保持功率测量系统精度的方法，所述系统包括通过电缆耦合到测量仪单元的传感器单元，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量电磁信号功率的功率测量系统，所述系统包括：测量单元，用于将源于传感器的电信号转换成功率测量；传感器单元，包括所述传感器和放大电路；电缆，用于将所述测量单元耦合到所述传感器单元，所述传感器单元和所述电缆定义 了一条通路，所述通路用于将源于所述传感器的所述电信号传送到所述测量单元；和参考信号源，可被接入所述通路，以将所述参考信号传送到所述测量单元。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦安德森，埃里克布雷克恩里奇，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]