一种光纤场强传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线电计量领域，尤其涉及一种光纤场强传感器。
【背景技术】
[0002] 微波电磁场是空间矢量场，必须对其进行三维测试才能够获得场强的全部信息。 微波电磁场对人员、设备均会造成辐射伤害，因此有必要对其光电隔离，以实现超长距离信 号传输；由于空间场强大小的不确定性，场强过大或过小引起电子元器件的过载失灵、读数 的失准；光纤场强计在测试过程中对电磁场的场强分布和大小会产生一定的影响，探头尺 寸越大，其影响就越大，因此，减小探头尺寸是提高探测精度的一个有效的方法。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提供了一种光纤场强传感器，能够减小传感器探头的尺寸，有效 提尚探测精度。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
[0005] 一种光纤场强传感器，包括探头、信号调理单元、A/D转换模块、编码模块以及电光 转换模块，其中：
[0006] 所述探头包括三个探测单元，每个探测单元均包括设置在矩形的印制板上的偶极 子天线对、一个晶体检波管和两条晶体检波管的信号输出线；所述信号输出线与印制板的 一条边平行；所述偶极子天线对沿同一条直线焊接在晶体检波管两端，所述偶极子天线对 所在直线与所述两条信号输出线成36°角；三块所述印制板形成正三棱柱，所述正三棱柱 的棱边与所述信号输出线平行；
[0007] 所述三个探测单元中的偶极子天线对分别对X方向、Y方向和Z方向电磁场强度 的射频微波信号进行探测，探测单元中的晶体检波管将电磁场强度的射频微波信号转换成 电磁场强度的直流信号；
[0008] 所述信号调理单元接收所述探头测得的X方向、Y方向和Z方向电磁场强度的直 流信号，并将三个方向的电磁场强度分别进行调理，使得电磁场强度处于A/D转换模块能 接收的范围之内；
[0009] 所述A/D转换模块从所述信号调理单元接收电磁场强度的模拟信号转换成数字 信号，并将该电磁场强度的数字信号输出至所述的编码模块；
[0010] 所述编码模块将三个方向的磁场强度数字信号进行编码，得到串行的电磁场强度 的编码信号；
[0011] 所述电光转换模块将所述电磁场强度编码信号转换成光信号，并将该光信号传递 给光纤进行传输。
[0012] 较佳的，所述偶极子天线对中的单个偶极子天线的长度为8mm至20mm，宽度为 0. 8mm至2_，两单个偶极子天线的近端距离为0. 3mm至0. 5mm ;所述晶体检波管的长度为 0. 4mm,宽度为 0. 2mm。
[0013] 较佳的，所述编码模块选用的芯片型号为C8051F120, A/D转换模块包括型号为 AD7399BRU的A/D转换器以及晶体震荡器；信号调理单元包括三个相同的信号调理模块，分 别对所述探头输出的X方向、Y方向和Z方向电磁场强度进行调理。
[0014] 每个所述信号调理模块均包括：电阻R31~R36,电容C31、电容C48、电容C45、电 容C47、电容C60和电容C49,型号为AD8253的仪用放大器Y1、型号为AD822的运放跟随器 Y2 ;所述探头输出的一个方向的电场强度的两路差分信号中，其中负信号与仪用放大器Yl 的输入负端IN-相连，正信号与仪用放大器Yl的输入正端IN+相连；所述电阻R32和电容 C21均并联在输入负端IN-和输入正端IN+之间；所述输入负端IN-接电阻R31与电容C59 的一个并接端，电阻R31与电容C59的另一个并接端串联电容C45后接正5伏电源；所述输 入正端IN+接电阻R33与电容C60的一个并接端，电阻R33与电容C60的另一个并接端串 联电容C47后接负5伏电源；所述仪用放大器Yl的AO引脚、Al引脚以及WR引脚分别接编 码模块的P4. 3引脚、P4. 4引脚以及P4. 0引脚；仪用放大器Yl的输出端依次串联电阻R34 和电阻R35后接运放跟随器Y2的输入正端+ ;所述仪用放大器Yl的REF输出端串接电阻 R36后接运放跟随器Y2的输入正端+;所述仪用放大器Yl的REF输出端正向串接二极管后 接在所述电阻R34和电阻R35之间；
[0015] 将所述3个信号调理模块中的所述电阻R34和电阻R35之间引出线分别定义为 L1、L2和L3,所述引出线L1、L2和L3分别接编码模块的A/D转换模块的输入端AIN6、输入 端AIM和输入端AIN2 ;所述3个信号调理模块中的运放跟随器Y2的负向输入端分别接其 所在的运放跟随器Y2的输出端；3个信号调理模块中的运放跟随器Y2的输出端分别接A/ D转换模块的输出端AIN5、AIN3和AINl ;
[0016] 所述A/D转换模块的SCLK引脚接时钟同步信号；MCLK IN引脚和MCLK OUT引脚分 别接晶体振荡器的输出端和输入端
【主权项】
1. 一种光纤场强传感器，其特征在于，包括探头、信号调理单元、A/D转换模块、编码模 块W及电光转换模块，其中： 所述探头包括=个探测单元，每个探测单元均包括设置在矩形的印制板（4)上的偶极 子天线对（1)、一个晶体检波管（2)和两条晶体检波管（2)的信号输出线（3);所述信号输 出线（3)与印制板（4)的一条边平行；所述偶极子天线对（1)沿同一条直线焊接在晶体检 波管（2)两端，所述偶极子天线对（1)所在直线与所述两条信号输出线（3)成36°角；= 块所述印制板（4)形成正=棱柱，所述正=棱柱的棱边与所述信号输出线（3)平行； 所述S个探测单元中的偶极子天线对（1)分别对X方向、Y方向和Z方向电磁场强度 的射频微波信号进行探测，探测单元中的晶体检波管（2)将电磁场强度的射频微波信号转 换成电磁场强度的直流信号； 所述信号调理单元接收所述探头测得的X方向、Y方向和Z方向电磁场强度的直流信 号，并将=个方向的电磁场强度分别进行调理，使得电磁场强度处于A/D转换模块能接收 的范围之内； 所述A/D转换模块从所述信号调理单元接收电磁场强度的模拟信号转换成数字信号， 并将该电磁场强度的数字信号输出至所述的编码模块； 所述编码模块将=个方向的磁场强度数字信号进行编码，得到串行的电磁场强度的编 码信号； 所述电光转换模块将所述电磁场强度编码信号转换成光信号，并将该光信号传递给光 纤进行传输。
2. 如权利要求1所述的一种光纤场强传感器，其特征在于，所述偶极子天线对（1)中的 单个偶极子天线的长度为8mm至20mm，宽度为0. 8mm至2mm，两单个偶极子天线的近端距离 为0. 3mm至0. 5臟。
3. 如权利要求1所述的一种光纤场强传感器，其特征在于，所述晶体检波管（2)的长度 为0. 4mm.宽度为0. 2mm。
4. 如权利要求1所述的一种光纤场强传感器，其特征在于，所述编码模块选用的巧片 型号为C8051F120,A/D转换模块包括型号为AD7399BRU的A/D转换器W及晶体震荡器；信 号调理单元包括S个相同的信号调理模块，分别对所述探头输出的X方向、Y方向和Z方向 电磁场强度进行调理。 每个所述信号调理模块均包括；电阻R31~R36,电容C31、电容C48、电容C45、电容C47、电容C60和电容C49,型号为AD8253的仪用放大器Y1、型号为AD822的运放跟随器Y2 ; 所述探头输出的一个方向的电场强度的两路差分信号中，其中负信号与仪用放大器Y1的 输入负端IN-相连，正信号与仪用放大器Y1的输入正端I化相连；所述电阻R32和电容C21 均并联在输入负端IN-和输入正端I化之间；所述输入负端IN-接电阻R31与电容巧9的 一个并接端，电阻R31与电容C59的另一个并接端串联电容C45后接正5伏电源；所述输入 正端I化接电阻R33与电容C60的一个并接端，电阻R33与电容C60的另一个并接端串联 电容C47后接负5伏电源；所述仪用放大器Y1的A0引脚、A1引脚W及WR引脚分别接编码 模块的P4. 3引脚、P4. 4引脚W及P4. 0引脚；仪用放大器Y1的输出端依次串联电阻R34和 电阻R35后接运放跟随器Y2的输入正端+ ;所述仪用放大器Y1的服F输出端串接电阻R36 后接运放跟随器Y2的输入正端+ ;所述仪用放大器Y1的服F输出端正向串接二极管后接 在所述电阻R34和电阻R35之间； 将所述3个信号调理模块中的所述电阻R34和电阻R35之间引出线分别定义为L1、L2 和L3,所述引出线L1、L2和L3分别接编码模块的A/D转换模块的输入端AIN6、输入端AIM 和输入端AIN2 ;所述3个信号调理模块中的运放跟随器Y2的负向输入端分别接其所在的 运放跟随器Y2的输出端；3个信号调理模块中的运放跟随器Y2的输出端分别接A/D转换 模块的输出端AIN5、AIN3和AIN1 ; 所述A/D转换模块的S化K引脚接时钟同步信号；M化KIN引脚和版:LKOUT引脚分别 接晶体振荡器的输出端和输入端；探引脚、RESET引脚、SYNC/P1引脚、RDY引脚、DIN 引脚和D0UT引脚分别接编码模块的A14/P5. 6引脚、A14/P5. 5引脚、A14/P5. 4引脚、A14/ P5. 3引脚、A14/P5. 1引脚W及A14/P5. 2引脚；所述AVDD引脚接正电，AINC0M\P0引脚接0 电平；AIN7引脚、AGND引脚、REFIN-引脚和DGND引脚接地，DVDD引脚接正电； 所述编码模块的输出引脚AIN1. 0/A8/P1. 0接电光转换模块的信号输入端； 所述电阻R31~电阻R36的阻值分别为；1MQ、1MQ、1.3MQ、5. 5KQ、9.化Q、化Q;电 容C21、电容C45、电容C47、电容C48、电容C59和电容C60的容值分别为4. 7yF、0. 1yF、 0. 1yF、0. 01yF、0. 47yF和 0. 47yF。
5.如权利要求4所述的一种光纤场强传感器，其特征在于，所述电光转换模块包括电 阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、S极管Q1、S极管Q2W及型号为HFBR-24E2Z的发光 接头，其中： 所述S极管Q1的基极串接电阻R38后接所述编码模块的编码信号输出端AIN1. 0/A8/P1. 0引脚；S极管Q1的发射极接正5伏电源，集电极并联电阻R39和电阻R41，电阻R39的 另一端接地；电阻R41的另一端接=极管Q2的基极；=极管Q2的发射极接地，集电极接发 光接头的3号引脚；所述电阻R40的一端接=极管Q1的发射极，另一端接发光接头的6号 引脚；所述发光接头的光信号输出端与光纤的输入端口相连；其中电阻R38、电阻R39、电阻 R40和电阻R41阻值分别为；3. 3KQ、10KQ、510Q和5100。
【专利摘要】本发明公开了一种光纤场强传感器，利用X、Y、Z三向加载偶极子天线感应空间电磁场信号，其中的传感器探头，通过将三对偶极子天线进行斜式正交，比平装的尺寸更小，因此可减小对场强探测的影响，进一步提高探测精度；通过晶体检波器将射频微波信号转换成直流信号，通过信号调理将小信号放大和大信号衰减，信号经A/D转换采集到CPU进行处理和编码，并通过电光转换器转换后由光纤输出，可以实现三向射频微波电磁场实时测量，光纤信号传输抗干扰性强；通过采用信号调理模块、编码模块和A/D转换模块互相配合使用，自动实现对信号的放大或衰减，使得信号在一个稳定的输出范围。
【IPC分类】G01R15-24, G01R29-08
【公开号】CN104793059
【申请号】CN201410829902
【发明人】朱显明, 朱传焕, 张恒萍, 唐君, 杨宏雁
【申请人】中国舰船研究设计中心
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2014年12月26日