脉冲电场测量系统及其温度补偿方法技术方案

本发明专利技术提供一种脉冲电场测量系统及其温度补偿方法，目的是解决激光器电光转换效率随温度变化，影响脉冲电场测量系统稳定性的技术问题。脉冲电场测量系统包括脉冲电场测量电路，所述脉冲电场测量电路包括单极子天线、高阻输入运算放大器、半导体激光器以及电源模块，单极子天线依次连接高阻输入运算放大器、半导体激光器；高阻输入运算放大器包括接地电阻和反馈电阻，接地电阻和反馈电阻均采用负温度系数热敏电阻；单极子天线耦合空间电场；高阻输入运算放大器用于将高阻信号转换为低阻信号并输入半导体激光器；电源模块为整个脉冲电场测量电路提供电源。本发明专利技术还提供一种脉冲电场测量系统的温度补偿方法。电场测量系统的温度补偿方法。电场测量系统的温度补偿方法。

【技术实现步骤摘要】
脉冲电场测量系统及其温度补偿方法


[0001]本专利技术涉及一种脉冲电场测量系统，具体涉及一种脉冲电场测量系统及其温度补偿方法。

技术介绍

[0002]电磁安全作为国家安全战略的重要组成部分，受到国家重视。其中高空电磁脉冲(HEMP)、高功率微波(HPM)、超宽带电磁脉冲(UWB)、雷电电磁脉冲(LEMP)等强电磁环境是电磁安全的重点关注对象。电磁脉冲(EMP)环境频谱宽、场强高、覆盖范围广、对多种电子设备具有威胁。脉冲电场测量作为获取数据的重要手段，在电磁脉冲(EMP)领域十分重要。瞬态脉冲电场测量已经有超过半个世纪的研究历史，并形成大量的测量系统。但由于测量中的一些问题持续存在，以及对测量要求的不断提高，脉冲电场测量技术的研究一直是电磁脉冲研究领域的一个重要方向。
[0003]瞬变电磁脉冲信号属于典型非平稳信号，在时域上表现为单个或一串具有快上升沿、持续时间短、幅值变化剧烈的脉冲信号，在频域上具有极宽的频谱范围，时域波形在传播、辐射、散射以及穿透过程中易产生不同程度的畸变。
[0004]基于电光集成的有源积分式电场传感器已发展成为主流应用的瞬态电场测量系统，现阶段该领域主要研究方向集中在以下几个方面：
[0005]a.拓展测试系统测试带宽；
[0006]b.降低测试系统对被测场的扰动效应；
[0007]c.提高测试系统在复杂测试环境下的工作可靠性。
[0008]复杂测试环境包含电磁脉冲辐射、温度、湿度等条件，其中脉冲电场测量系统温度敏感性问题主要来源于光电转换模块中的半导体激光器，当环境温度升高时，激光器发光效率降低，输出光功率减小，测量系统转换系数增大；环境温度降低，激光器发光效率升高，输出光功率增大，测量系统转换系数降低。
[0009]在以往的研究中，通过在电光转换模块中增加APC电路，使激光器直流光功率不随温度改变，保证脉冲电场测量系统实际使用过程中的稳定性，实验表明，只要测量信号频率大于200Hz，APC电路就不会影响测量系统正常传输，如图3所示，目前使用的尾纤式DFB半导体激光器(DFB
‑
Pigtail Laser Module)将PD与LD集成在一起，通过不同引脚与外部控制电路连接。而使用自带内置制冷器的蝶形封装半导体激光器能够在一定温度范围内，保持激光器发光部位的温度恒定，进而保持激光器电光转换效率以及光功率保持稳定。但该类型激光器价格昂贵，且实际使用过程中，电光集成脉冲电场测量系统使用电池供电，该型激光器功率高，耗电量大，增大测量系统更换电池频率，提高了测量系统维护成本。且电池放电速度加快促使电池输出电压加快衰减，增加系统不确定度。
[0010]因此，激光器电光转换效率随温度变化，影响脉冲电场测量系统稳定性。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是解决现有的激光器电光转换效率随温度变化，影响脉冲电场测量系统稳定性的技术问题，提供一种脉冲电场测量系统及其温度补偿方法。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术解决方案如下。
[0013]一种脉冲电场测量系统，包括脉冲电场测量电路，其特殊之处在于：
[0014]所述脉冲电场测量电路包括单极子天线、高阻输入运算放大电路、半导体激光器以及电源模块；单极子天线依次连接高阻输入运算放大电路及半导体激光器；
[0015]所述高阻输入运算放大电路包括运算放大器、接地电阻和反馈电阻，所述运算放大器的同相输入端连接单极子天线，反相输入端通过接地电阻接地，反馈电阻连接在运算放大器的反相输入端与输出端之间；运算放大器的输出端连接半导体激光器；所述接地电阻和反馈电阻均采用负温度系数热敏电阻，接地电阻的热敏指数高于反馈电阻；
[0016]所述单极子天线耦合空间电场，并将电信号输入到高阻输入运算放大电路；
[0017]所述高阻输入运算放大电路用于将高阻电信号放大后输出低阻电信号并输入半导体激光器；
[0018]所述半导体激光器用于将低阻电信号转换为光信号并传输给后端光接收机；
[0019]所述电源模块为单极子天线、高阻输入运算放大电路、半导体激光器提供电源。
[0020]进一步地，所述半导体激光器采用尾纤式DFB半导体；
[0021]尾纤式DFB半导体将PD与LD集成在一起，通过不同引脚与外部控制电路连接。
[0022]进一步地，所述半导体激光器通过光纤将光信号传输给光接收机。
[0023]基于上述一种脉冲电场测量系统的温度补偿方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0024]1)脉冲电场测量电路利用单极子天线耦合空间电场，并将电信号经高阻输入运算放大电路放大后输入半导体激光器，半导体激光器将电信号转换为光信号并传输给后端光接收机；
[0025]2)当环境温度升高，接地电阻、反馈电阻的阻值降低，使得高阻输入运算放大器的放大系数，随温度升高而升高；同时，半导体激光器的电光转换系数随温度升高而降低，从而抑制温度变化引起的脉冲电场测量电路转换系数的偏移，实现脉冲电场测量系统的温度补偿；
[0026]当环境温度降低，接地电阻、反馈电阻的阻值升高，使得高阻输入运算放大电路的放大系数，随温度降低而降低；同时，半导体激光器的电光转换系数随温度降低而升高，从而抑制温度变化引起的脉冲电场测量电路转换系数的偏移，实现脉冲电场测量系统的温度补偿。
[0027]进一步地，步骤1)中，所述脉冲电场测量电路转换系数K为：
[0028]K＝Tr
×
G；
[0029]其中：
[0030]Tr为半导体激光器电光转换系数；
[0031]G为高阻输入运算放大电路的放大倍数，G＝1+R1/R2，R1为反馈电阻值，R2为接地电阻值。
[0032]本专利技术相比现有技术具有的有益效果如下：
[0033]1、本专利技术一种脉冲电场测量系统，通过将高阻输入运算放大器的接地电阻与反馈电阻设置为负温度系数热敏电阻，在环境温度变化时，补偿半导体激光器电光转换系数的温度偏移，提高脉冲电场测量系统转换系数的温度稳定性。
[0034]2、本专利技术一种脉冲电场测量系统温度补偿方法，简单易行，在原有脉冲电场测量电路上进行改造，改造成本低，效果显著。
附图说明
[0035]图1为本专利技术一种脉冲电场测量系统实施例的测量电路示意图；
[0036]图2为本专利技术一种脉冲电场测量系统实施例中的跟随电路转换为放大电路的示意图(其中，a为跟随电路，b为放大电路)；
[0037]图3为本专利技术一种脉冲电场测量系统实施例的尾纤式DFB半导体激光器的引脚连接示意图；
[0038]附图标记说明如下：
[0039]1‑
单极子天线，2
‑
高阻输入运算放大电路，3
‑
半导体激光器。
具体实施方式
[0040]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0041]本专利技术提供的一种脉冲电场测量系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲电场测量系统，包括脉冲电场测量电路，其特征在于：所述脉冲电场测量电路包括单极子天线(1)、高阻输入运算放大电路(2)、半导体激光器(3)以及电源模块；单极子天线(1)依次连接高阻输入运算放大电路(2)及半导体激光器(3)；所述高阻输入运算放大电路(2)包括运算放大器、接地电阻和反馈电阻，所述运算放大器的同相输入端连接单极子天线(1)，反相输入端通过接地电阻接地，反馈电阻连接在运算放大器的反相输入端与输出端之间；运算放大器的输出端连接半导体激光器(3)；所述接地电阻和反馈电阻均采用负温度系数热敏电阻，所述接地电阻的热敏指数高于反馈电阻；所述单极子天线(1)耦合空间电场，并将电信号输入到高阻输入运算放大电路(2)；所述高阻输入运算放大电路(2)用于将高阻电信号放大后输出低阻电信号并输入半导体激光器(3)；所述半导体激光器(3)用于将低阻电信号转换为光信号并传输给后端光接收机；所述电源模块为单极子天线(1)、高阻输入运算放大电路(2)、半导体激光器(3)提供电源。2.根据权利要求1所述的脉冲电场测量系统，其特征在于：所述半导体激光器(3)采用尾纤式DFB半导体激光器。3.根据权利要求2所述的脉冲电场测量系统，其特征在于：所述半导体激光器(3)通过光纤将光信号传输给光...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗建国，王伟，石跃武，崔志同，聂鑫，吴伟，陈伟，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：