[發(fā)明專利]脈沖電場測量系統(tǒng)及其溫度補償方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211446698.0
• 申請日: 2022-11-18
• 公開（公告）號: CN115792405A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 苗建國;王偉;石躍武;崔志同;聶鑫;吳偉;陳偉
• 申請（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;G01R1/44;H01S5/024
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 倪金榮

本發(fā)明提供一種脈沖電場測量系統(tǒng)及其溫度補償方法，目的是解決激光器電光轉(zhuǎn)換效率隨溫度變化，影響脈沖電場測量系統(tǒng)穩(wěn)定性的技術(shù)問題。脈沖電場測量系統(tǒng)包括脈沖電場測量電路，所述脈沖電場測量電路包括單極子天線、高阻輸入運算放大器、半導(dǎo)體激光器以及電源模塊，單極子天線依次連接高阻輸入運算放大器、半導(dǎo)體激光器；高阻輸入運算放大器包括接地電阻和反饋電阻，接地電阻和反饋電阻均采用負溫度系數(shù)熱敏電阻；單極子天線耦合空間電場；高阻輸入運算放大器用于將高阻信號轉(zhuǎn)換為低阻信號并輸入半導(dǎo)體激光器；電源模塊為整個脈沖電場測量電路提供電源。本發(fā)明還提供一種脈沖電場測量系統(tǒng)的溫度補償方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種脈沖電場測量系統(tǒng)，具體涉及一種脈沖電場測量系統(tǒng)及其溫度補償方法。

背景技術(shù)

電磁安全作為國家安全戰(zhàn)略的重要組成部分，受到國家重視。其中高空電磁脈沖(HEMP)、高功率微波(HPM)、超寬帶電磁脈沖(UWB)、雷電電磁脈沖(LEMP)等強電磁環(huán)境是電磁安全的重點關(guān)注對象。電磁脈沖(EMP)環(huán)境頻譜寬、場強高、覆蓋范圍廣、對多種電子設(shè)備具有威脅。脈沖電場測量作為獲取數(shù)據(jù)的重要手段，在電磁脈沖(EMP)領(lǐng)域十分重要。瞬態(tài)脈沖電場測量已經(jīng)有超過半個世紀的研究歷史，并形成大量的測量系統(tǒng)。但由于測量中的一些問題持續(xù)存在，以及對測量要求的不斷提高，脈沖電場測量技術(shù)的研究一直是電磁脈沖研究領(lǐng)域的一個重要方向。

瞬變電磁脈沖信號屬于典型非平穩(wěn)信號，在時域上表現(xiàn)為單個或一串具有快上升沿、持續(xù)時間短、幅值變化劇烈的脈沖信號，在頻域上具有極寬的頻譜范圍，時域波形在傳播、輻射、散射以及穿透過程中易產(chǎn)生不同程度的畸變。

基于電光集成的有源積分式電場傳感器已發(fā)展成為主流應(yīng)用的瞬態(tài)電場測量系統(tǒng)，現(xiàn)階段該領(lǐng)域主要研究方向集中在以下幾個方面：

a.拓展測試系統(tǒng)測試帶寬；

b.降低測試系統(tǒng)對被測場的擾動效應(yīng)；

c.提高測試系統(tǒng)在復(fù)雜測試環(huán)境下的工作可靠性。

復(fù)雜測試環(huán)境包含電磁脈沖輻射、溫度、濕度等條件，其中脈沖電場測量系統(tǒng)溫度敏感性問題主要來源于光電轉(zhuǎn)換模塊中的半導(dǎo)體激光器，當環(huán)境溫度升高時，激光器發(fā)光效率降低，輸出光功率減小，測量系統(tǒng)轉(zhuǎn)換系數(shù)增大；環(huán)境溫度降低，激光器發(fā)光效率升高，輸出光功率增大，測量系統(tǒng)轉(zhuǎn)換系數(shù)降低。

在以往的研究中，通過在電光轉(zhuǎn)換模塊中增加APC電路，使激光器直流光功率不隨溫度改變，保證脈沖電場測量系統(tǒng)實際使用過程中的穩(wěn)定性，實驗表明，只要測量信號頻率大于200Hz，APC電路就不會影響測量系統(tǒng)正常傳輸，如圖3所示，目前使用的尾纖式DFB半導(dǎo)體激光器(DFB-Pigtail Laser Module)將PD與LD集成在一起，通過不同引腳與外部控制電路連接。而使用自帶內(nèi)置制冷器的蝶形封裝半導(dǎo)體激光器能夠在一定溫度范圍內(nèi)，保持激光器發(fā)光部位的溫度恒定，進而保持激光器電光轉(zhuǎn)換效率以及光功率保持穩(wěn)定。但該類型激光器價格昂貴，且實際使用過程中，電光集成脈沖電場測量系統(tǒng)使用電池供電，該型激光器功率高，耗電量大，增大測量系統(tǒng)更換電池頻率，提高了測量系統(tǒng)維護成本。且電池放電速度加快促使電池輸出電壓加快衰減，增加系統(tǒng)不確定度。

因此，激光器電光轉(zhuǎn)換效率隨溫度變化，影響脈沖電場測量系統(tǒng)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有的激光器電光轉(zhuǎn)換效率隨溫度變化，影響脈沖電場測量系統(tǒng)穩(wěn)定性的技術(shù)問題，提供一種脈沖電場測量系統(tǒng)及其溫度補償方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)解決方案如下。

一種脈沖電場測量系統(tǒng)，包括脈沖電場測量電路，其特殊之處在于：

所述脈沖電場測量電路包括單極子天線、高阻輸入運算放大電路、半導(dǎo)體激光器以及電源模塊；單極子天線依次連接高阻輸入運算放大電路及半導(dǎo)體激光器；