[發明專利]一種具有大動態范圍的電磁場檢測前端電路

有效

• 申請號: 201611007767.2
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106771655B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 趙亮亮;孫佳文;郝紹杰;張峰;周浩;韓俊輝;何鵬
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 肖峰

本發明提供了一種具有大動態范圍的電磁場檢測前端電路，屬于電磁場檢測領域，通過分別設計電場檢測前端電路和磁場檢測前端電路，在電場檢測前端電路和磁場檢測前端電路中引入開關矩陣和頻率補充電容，通過調節第一信號開關、第二信號開關、第三信號開關和第四信號開關，實現在DC到100KHz范圍內達到比較大的動態范圍，同時保證了測量精度，有效的保證了在復雜電磁場環境中工作人員和儀器的安全。本發明提供的電磁場檢測前端電路能夠實現磁場動態范圍為0.3nT至10mT，而電場動態范圍可達到5mV/m到100kV/m。

技術領域

本發明涉及電磁場檢測領域，具體涉及一種具有大動態范圍的電磁場檢測前端電路。

背景技術

電磁輻射是一種看不見、摸不著、難以感知的“隱形污染”。戰場復雜電磁環境中的電磁輻射一方面威脅作戰人員的人身安全，另一方面干擾危害武器裝備中電子設備的正常工作。電磁場分析儀可以滿足復雜電磁環境輻射強度測試和裝備維護的需求，在人員及裝備的電磁輻射危害防護、電磁安全區域界定、電磁兼容環境監測以及計量等方面具有明確的軍事需求和良好的應用前景。目前市場上的電磁場分析儀產品較少，技術公開較少，傳統的信號采集方案采集信號，通過放大，最后傳輸到ADC以及MCU處理。但是傳統的電磁場分析儀的電路形式不同頻率的同等強度的場信號響應差別比較大，無形中減小了能檢測到信號的動態范圍。

現有電磁場分析儀器動態范圍較小，比較前沿如ARWORLD公司的儀器電場測量范圍0.2-20000V/m，動態范圍為100dB。對于電磁場分析儀，硬件電路的性能直接決定了整機的性能，特別是在動態范圍和精度方面。典型的電磁場檢測前端電路如圖1所示，該方案電場和磁場采用相同的采集電路，1-1是感應線圈或者電容板、1-2到1-6組成信號濾波系統、1-7和1-8組成匹配系統、1-9低噪放采用電壓跟隨的形勢、1-10是濾波組件、1-11是模數轉換器、1-12是數字處理系統。采用此種形勢的電路，在DC-100KHz范圍內，對于統一場強不同頻率的信號，到達ADC前端的電壓信號幅度相差3000倍左右。現有方案和產品動態范圍相對小，比較高端產品在100dB左右。精度較低，高端產品電場精度在0.2V/m，磁場精度在20nT左右，當精度和動態范圍有更高要求，上述方案并不能滿足設計要求。

發明內容

針對現有的電磁場分析儀存在的動圖范圍較小，測試精度低的問題，本發明提供了一種具有大動態范圍的電磁場檢測前端電路。

本發明采用以下的技術方案：

一種具有大動態范圍的電磁場檢測前端電路，包括電場檢測前端電路和磁場檢測前端電路，所述電場檢測前端電路包括電容板，電容板上依次串聯有第一電阻、第一運算放大電路、第二電阻和第一電容，第一運算放大電路包括第一運算放大器、并聯在第一運算放大器上的第三電阻和并聯在第三電阻上的第二電容，在第一電阻與第一運算放大電路之間還分別連接有第四電阻、第一信號開關和第二信號開關，第一信號開關連接有第五電阻，第二信號開關連接有第六電阻；所述磁場檢測前端電路包括線圈和第二運算放大電路，線圈的一端連接有第一開關矩陣，線圈的另一端連接有第二開關矩陣，第一開關矩陣和第二開關矩陣均與第二運算放大電路相連，第二運算放大電路包括第二運算放大器、并聯在第二運算放大器上的第七電阻和并聯在第七電阻上的第三電容。

優選地，所述第一電阻與第一運算放大器的同相輸入端相連，第三電阻的兩端分別連接在第一運算放大器的反相輸入端和輸出端。

優選地，所述第一信號開關為單刀雙擲開關，第一信號開關的動端與第五電阻相連，第一信號開關的一個不動端與第一運算放大器的同相輸入端相連；所述第二信號開關為單刀雙擲開關，第二信號開關的動端與第六電阻相連，第二信號開關的一個不動端與第一運算放大器的同相輸入端相連。