[发明专利]具有灵敏度系数自校准功能的脉冲电场探测器及使用方法

说明书

具有灵敏度系数自校准功能的脉冲电场探测器及使用方法，包括探测器前端和探测器后端两部分；探测器前端包括前端天线、积分电路、放大电路、电光转换电路、电光转换电路、控制信号响应电路与标准方波产生电路；探测器后端包括光电转换电路、放大电路、输出电路、光电转换电路、开关控制电路、控制信号产生电路与电光转换电路；将探测器放置于标准脉冲场环境中，得到其灵敏度系数S₀，在实验室灵敏度系数阶段，记录标准方波从前端经电光——光电转换传输到后端的输出幅值U₀；在实际使用时，读取当前状态下的标准方波输出幅值U₁；当前试验状态下的系统灵敏度系数S₁＝S₀×(U₀÷U₁)，本发明提高脉冲电场测量的精确度。

技术领域

本发明涉及脉冲电场测量技术领域，特别涉及具有灵敏度系数自校准功能的脉冲电场探测器及使用方法。

背景技术

电磁脉冲作为一种瞬变电磁现象，具有瞬时能量高、宽频谱、高场强等特点。电磁脉冲可以通过孔缝、线缆等多种途径对电子设备造成干扰或失效，因此对脉冲电场信号的测量就显得尤为重要。

(1)脉冲电场探测器的分类：

脉冲电场测量探测器可以分为无源探测器和有源探测器。

脉冲电场无源探测器不需要内置电源，天线结构有单极柱状天线、渐近圆锥天线、平行板天线等，天线与记录设备(数字示波器等)之间需要通过电缆连接，如montena公司生产的D-Dot型系列脉冲电场探测器使用的是渐近圆锥天线。当使用无源探测器时，天线和电缆往往同时暴露于脉冲电场环境中，连接电缆的存在会对其附近场环境造成较大改变，从而引入较大的测量不确定度。另外，对于无源探测器，当测量位置距离屏蔽测试间较远时，需要连接较长的电缆，不利于高频信号的传输，也容易引入电磁干扰至测量系统。再者，无源探测器多属于微分测量，即探测器输出波形为脉冲电场波形的微分波形，需要另外配置积分器或通过数值积分的方法获取脉冲电场原始波形，增加了测量的难度。

为了克服无源探测器的上述不足，脉冲电场有源测量方式越来越成为优先选择。从公开技术和本发明人的工作经历可知，有源脉冲电场探测器内部集成电池作为电源，且基本采用原始波形测量的方式，即探测器输出为脉冲电场原始波形，不再需要额外配置积分器或采用数值方法对测量数据进行处理。另外，为了减小连接电缆对场环境的干扰，有源脉冲电场探测器采用光纤进行测量信号的远距离传输，有利于保持测量信号的高频特征，也可消除电磁干扰的引入。

典型的有源脉冲电场探测器采用模拟电路的方式实现，主要由前端和后端两部分组成。探测器前端放置在脉冲电场环境中，用于脉冲电场信号的采集；探测器后端放置在屏蔽间等测试间，并与数字示波器通过电缆连接，用于测量信号的记录和显示；前端与后端通过一根光纤相连，如图6所示。

有源脉冲电场探测器前端包括前端电池、前端天线、前端积分电路、前端放大电路、前端电光转换电路等模块；后端包括后端电池、后端光电转换电路、后端放大电路、后端输出电路等模块。上述各模块连接关系如图7所示，为了图示的简洁，图中没有画出前端和后端电池模块，电池负责为各模块供电。

有源脉冲电场探测器是模拟信号处理电路，其输出电压幅度与脉冲电场强度成正比，输出波形为脉冲电场波形。前端天线用于感应脉冲电场，并与积分电路一起构成积分器，积分器输出波形为脉冲电场原始波形；前端放大电路对积分电路输出信号进行放大，同时为后续电光转换电路提供足够的驱动能力；前端电光转换电路将放大电路输出电压转换为光信号，利用光纤远距离传输至探测器后端。后端光电转换电路将探测器前端传输过来的光信号转换为电信号；后端放大电路将光电转换电路输出的微弱电信号进行放大，为后续输出提供一定的驱动能力；后端输出电路为阻抗匹配电路，最后通过50Ω同轴电缆输出，并在示波器上进行记录和显示。

(2)有源脉冲电场探测器存在的问题：