【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及脉冲电场测量，具体是一种脉冲电场测量系统的开环校准方法。
技术介绍
1、脉冲电场测量系统是一种利用光纤传输信号的宽带电场测量系统，测量系统一般由单极子天线、电场探头模块、光纤、光接收机模块组成，具有宽频带、高灵敏度、非接触、抗干扰等优点，被广泛应用于电磁环境监测、雷击试验、高电压电器检测等领域。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。
2、以往针对脉冲电场测量系统的研究中，在更换器件和光纤插入损耗发生变化后，都必须对整个测量系统进行标定，需要在实验室条件下使用矢量网络分析仪、信号发生器、示波器等昂贵设备进行标定。此种测量系统校准方式虽然较为准确，但使用成本和难度较高，限制了在系统性实验中的大规模应用，是目前脉冲电场测量
中亟待解决的问题。
技术实现思路
1、为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种脉冲电场测量系统的开环校准方法。本专利技术通过搭建测量系统的频域模型和时域模型，量化分析特定器件对系统频率响应和线性工作范围的影响，基于此在系统更换器件和光纤插入损耗变化后对测量系统重新标定，显著降低了对测量系统进行校准的成本和难度。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术公开一种脉冲电场测量系统的开环校准方法，应用于测量系统；所述测量系统包括天线、电场探头和光接收机，电场探头用于将天线在脉冲电场中采集的电信号放大并通过激光二极管调制为光信号，光信号经过光纤传输至光接收
4、s1.搭建测量系统的数学模型，包括该系统的频域模型和时域模型。
5、s2.根据所述频域模型和所述时域模型分别得到测量系统的频率响应特性和线性工作范围。
6、s3. 判断测量系统的特定器件是否更换，以及光纤插入损耗是否变化，并作出以下决策：
7、当测量系统的特定器件未更换，且光纤插入损耗未变化时，直接使用步骤s2计算出的频率响应特性和线性工作范围对测量系统进行标定；其中，所述特定器件为天线、激光二极管、光电二极管和多个运算放大电路中的任意一者或任意多者。
8、当测量系统的特定器件更换，和/或光纤损耗插入发生变化时，将改变的器件参数和/或光纤插入损耗参数代入所述数学模型中，得到测量系统修改后的频率响应特性和线性工作范围，从而对测量系统进行重新标定，完成对测量系统的开环校准。
9、作为上述方案的进一步改进，步骤s1中，测量系统的频域模型搭建方法包括以下步骤s111-s113。
10、s111.计算天线的有效高度以及天线电容，得到天线的等效电路模型。
11、s112.使用r-c低通网络对运算放大器的输入级和中间级进行等效建模，搭建运算放大器的频域等效电路模型。
12、s113.根据基尔霍夫定律，将天线和运算放大器的等效电路模型代入测量系统的电路中，从而推导测量系统的频域模型。
13、作为上述方案的进一步改进，测量系统采用单极子天线；步骤s111中，计算单极子天线的有效高度和天线电容，从而得到单极子天线的等效电路模型，单极子天线的有效高度和天线电容计算过程如下：
14、获取单极子天线在频域上的电流分布 i( z)：
15、
16、式中， i0为频域电流幅值； k=2 π/ λ为波数； λ为对应波长； h为天线几何参数； z为单极子天线的轴向坐标。
17、计算单极子天线的有效高度 he：
18、
19、计算单极子天线的天线电容 c：
20、
21、式中， d为单极子天线的直径。
22、作为上述方案的进一步改进，步骤s112中，运算放大器的频域等效电路模型包括第一r-c低通网络和第二r-c低通网络。
23、所述第一r-c低通网络由电阻 r10和电容 c10并联构成；第一r-c低通网络还设置有与电阻 r10并联的受控电流源 g m1 v d， g m1 v d是增益为 g m1、输入为运算放大器输入端口的电压差 v d的电流； g m1 v d、 r10、 c10用于模拟运算放大器的输入级。
24、所述第二r-c低通网络由电阻 r20和电容 c20并联构成；第二r-c低通网络还设置有与电阻 r20并联的受控电流源 g m2 v1， g m2 v1是增益为 g m2、输入为电容 c10两端的电压 v1的电流； g m2 v1、 r20、 c20用于模拟运算放大器的中间级。
25、其中， v d =v p -v n， v p为运算放大器同向输入端的电压， 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种脉冲电场测量系统的开环校准方法，应用于测量系统；所述测量系统包括天线、电场探头和光接收机，电场探头用于将天线在脉冲电场中采集的电信号放大并通过激光二极管调制为光信号，光信号经过光纤传输至光接收机，光接收机用于通过光电二极管将光信号调制为用于测量的电信号并输出；电场探头和光接收机的电路中均设置由运算放大器构成的运算放大电路；其特征在于，所述开环校准方法包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种脉冲电场测量系统的开环校准方法，其特征在于，步骤S1中，测量系统的频域模型搭建方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种脉冲电场测量系统的开环校准方法，其特征在于，测量系统采用单极子天线；步骤S111中，计算单极子天线的有效高度和天线电容，从而得到单极子天线的等效电路模型，单极子天线的有效高度和天线电容计算过程如下：
4.根据权利要求2所述的一种脉冲电场测量系统的开环校准方法，其特征在于，步骤S112中，运算放大器的频域等效电路模型包括第一R-C低通网络和第二R-C低通网络；
5.根据权利要求4所述的一种脉冲电场测量系统的开环校准方法
6.根据权利要求1所述的一种脉冲电场测量系统的开环校准方法，其特征在于，在测量系统的电路中，
7.根据权利要求6所述的一种脉冲电场测量系统的开环校准方法，其特征在于，光纤的一端接收电场探头中的激光二极管LD所产生的光信号，光信号由光纤的另一端传输至光接收机中的光电二极管PD；
8.根据权利要求6所述的一种脉冲电场测量系统的开环校准方法，其特征在于，步骤S1中，测量系统的时域模型搭建方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种脉冲电场测量系统的开环校准方法，应用于测量系统；所述测量系统包括天线、电场探头和光接收机，电场探头用于将天线在脉冲电场中采集的电信号放大并通过激光二极管调制为光信号，光信号经过光纤传输至光接收机，光接收机用于通过光电二极管将光信号调制为用于测量的电信号并输出；电场探头和光接收机的电路中均设置由运算放大器构成的运算放大电路；其特征在于，所述开环校准方法包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种脉冲电场测量系统的开环校准方法，其特征在于，步骤s1中，测量系统的频域模型搭建方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种脉冲电场测量系统的开环校准方法，其特征在于，测量系统采用单极子天线；步骤s111中，计算单极子天线的有效高度和天线电容，从而得到单极子天线的等效电路模型，单极子天线的有效高度和天线电容计算过程如下：
4.根据权利要求2所...
【专利技术属性】
技术研发人员：李科杰，王冬伟，向念文，吕增威，李龙龙，孙典，崔宁波，王鹏，李希媛，冯宇佳，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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