三维脉冲电场传感器的建模仿真与设计

为了克服传统脉冲电场传感器只能测量单极化方向电场这一缺点,研制了一种三维全向脉冲电场传感器,传感器由3个互相垂直的三棱锥锥面电小天线构成,同时与光纤传输系统配合,可实现全空间内脉冲电场的测量。通过对全尺寸三维电场传感器的理论建模,分析了电场传感器对被测电场以及负载阻抗和天线尺寸对测试特性的影响,确定了最佳三维电场传感器的设计参数。在此基础上制作了三维脉冲电场传感器探头并对其主要性能指标进行了测试。测试结果表明,它具有良好的宽带性能,测试带宽可达1 kHz~1 GHz,不失真输出动态范围60 dB,符合设计要求。     

三维脉冲电场传感器的时域校准及不确定度评定

为了满足脉冲电场的校准需求,以三维脉冲传感器为例,建立了一套基于GTEM室的时域校准系统,并对传感器进行了时域校准和不确定度评定。该不确定度分析考虑了场均匀性、输入电压、测量距离以及传感器和标准电场之间的相互关系等因素,通过不确定度合成,得出了在置信概率95%时,校准的总不确定度为5.82%。并在此基础上,对三维脉冲电场进行了时域校准,校准结果表明:传感器的线性度良好,拟合的确定系数为0.998。该研究对于分析电场传感器的时域校准有一定的参考意义。     

一种场磨式三维大气电场传感器

针对市面上电场传感器只能探测一维电场垂直分量且电场测量结果存在一定的误差,为了更加精确地测量大气电场强度,提高雷暴云预警的准确率,提出一种场磨式三维大气电场传感器,传感器主要结构由屏蔽罩、感应电极、光电开关、叶片和电机组成,电路设计主要包括I-V转换电路、差分放大电路、峰值检测电路和滤波电路等,进行传感器实地电场测量实验并整理实验数据;实验结果表明,该传感器能够对环境电场进行水平和垂直分量测量,有效反映了环境电场特征,验证了场磨式三维大气电场传感器结构设计和电路设计的有效性。     

静电放电小空间测试装置性能分析与验证实验

为了满足核辐射条件下静电放电（ESD）瞬态脉冲场小空间测试的需要,基于有源电光调制法研制了一种经济实用的传感器,并利用该传感器搭建了光纤传输式瞬态电场测试装置。在介绍传感器设计与研制过程的基础上,对测试装置的电性能进行了实验研究。通过频域信号注入实验、方波脉冲注入实验及方波脉冲辐照实验,对测试装置的响应时间以及线性度等指标进行了性能分析;通过ESD脉冲辐照实验,对测试装置性能进行了综合验证。实验结果表明,该测试装置的响应时间〈1ns,可用于ns级辐射场测试;其线性度良好,通过调整天线负载电容的取值可以调节测试灵敏度。该测试装置可用于静电放电辐射场的时域测试,能够在小空间测试静电放电瞬态脉冲场。     

基于Pockels效应的大气电场测量研究

为解决常用场磨式大气电场仪体积大、机械磨损严重、易受电磁干扰、测量带宽窄等问题,在研究分析Pockels效应原理的基础上,提出应用Pockels效应来测量大气电场的方法。对晶体、光源的选择及传感器设计中出现的问题进行了分析,设计了一种基于Pockels效应原理的脉冲电场传感器,该传感系统包括稳定高效的光源、Pockels晶体探头、数据采集及处理电路。通过模拟仿真,说明了这种测量方法是可行的,为进一步研制大气电场测量传感器,提高其性能提供了理论依据。     

自动增益控制的大动态范围纳秒级瞬态电场传感器

电磁瞬态脉冲的测量仍有许多技术难点。 为了解决瞬态电场测量动态范围较窄的问题,研制了一种能自适应调整测量 范围的光纤电场传感器。 首先在 CST 软件平台上对单极子 PCB 天线进行建模,对其电磁特性和尺寸效应进行了仿真研究。 然 后重点设计了发射机的自动增益控制电路,且自动增益控制电路的阈值范围可调。 用二次插值法对发射机的非线性进行数字 化补偿,并优化设计了接收机的跨阻放大器,使其本底噪声在微伏级别。 用标准场法对该传感器进行了标定和测试,并对不确 定度进行定量计算。 测试结果表明,传感器的输入动态范围达到 54 dB,平均响应时间低于 3 ns,线性相关度为 0. 98,灵敏度为 0. 025 V/ (kV·m -1 ),扩展不确定度为 2. 67。 该传感器可以满足雷电脉冲的电磁环境测量和电力系统局放定位的需要。     

基于激光光电池供电的脉冲电场传感器设计

为了解决脉冲电场传感器电光调制部分的供电问题,设计研制了一种基于激光光电池供电的脉冲电场传感器,该传感 器由激光光电池供电电路、电光调制电路和感应天线构成。 设计制作了由供能激光器、锂电池、激光光电池、锂电池充电电路、 锂电池保护电路、锂电池升压放电电路构成的激光光电池供电电路。 测试结果表明,供电电路输出电压精度为 1. 04 %,纹波系 数为 0. 3 %,并且 48 h 持续工作输出电压波动为±0. 035 V。 设计制作了由单极子天线、场效应管型集成运放构成的传感器电光 调制电路。 实验结果表明,研制的脉冲电场传感器测量带宽在 39. 8 Hz~ 1 050 MHz,动态范围 0. 256 kV/ m ~ 13. 79 kV/ m。     

基于光纤技术的电磁脉冲3维电、磁场测量系统

为对空间中任意极化方向的电磁脉冲进行测量,研制了一套3维电场和磁场测量系统。分别选择棒状电小天线与B-dot天线作为电场、磁场传感器的接收天线,并通过改变天线几何尺寸来满足工作带宽与灵敏度的测量要求;通过光电转换模块将调理后的天线输出信号转换为光强度信号并通过光纤传输;最终通过建模仿真与标定试验来验证测量系统的性能。实验结果表明:所研制的测量系统体积小、抗干扰能力强、对电磁脉冲的纳秒级前沿响应快,其响应前沿3 ns,电场测量系统的动态范围可达-8.5~8.5 kV/m,磁场测量系统的动态范围可达-10~10A/m;且可以通过3维矢量合成的方法方便地测量空间任意极化方向的电磁脉冲。     

用宽带模拟量光纤传输系统测量脉冲电磁场

介绍了一种在强电磁场环境中用于传输脉冲信号的宽带模拟量光纤传输系统。通过采用场效应管做前级放大与光电器件的非线性预校正,且提高级间RC耦合时间常数。该系统动态范围大,非线性失真小,带宽达到1 Hz~150 MHz,调整输入电路并配合天线能测量脉冲磁场或脉冲电场。给出了脉冲电磁场测量的耦合电路和测试实例。测试结果表明该系统很适用于宽带脉冲电磁场的测量。     

基于差分进化算法的三维电场传感器解耦标定方法

空间电场信息的准确感知在电力系统传感和量测技术中具有重要价值,但目前并没有可靠的空间直流电场测量装置,对空间三维电场传感器的标定方法需要进一步研究.该文在三维可调外界电场下构建了同时含有维间耦合和角度偏差的校准模型,提出了在该模型下基于差分进化算法求解灵敏度系数矩阵的方法.通过对比研究发现该方法较为精确、稳定和快速,在多组仿真实验中误差率均小于3％(不考虑测量误差).此外,对传感器空间角度对算法准确度的影响进行了分析.基于差分进化算法的三维电场传感器解耦标定方法,既可以简化标定装置设计的复杂度和难度,也可为其他类型的三维传感器标定提供参考.     

高功率瞬态电场传感器的设计与分析

高功率瞬态电场的测试是电磁环境效应评估与防护研究领域的难点。笔者基于有源电光调制法,设计了一种高功率瞬态电场传感器。通过建立简化的等效电路模型,并借助CST微波工作室对该传感器的结构建模仿真,分别从频域和时域分析了接收天线负载对传感器接收特性的影响,并得到了一致的结果。结果表明:接收天线采用单极子天线,负载采用低阻时响应信号为被测电场的微分信号,采用高阻时响应电压与被测电场场强成正比,通过改变负载电容取值可以控制传感器量程。     

球形偶极子电场传感器的仿真建模与分析

针对常用瞬态电磁脉冲测试手段的缺点,笔者给出了一种新型的球形偶板子电场传感器,并对其进行了仿真建模和分析.文中分别在时、频域研究了负载阻抗变化和传感器尺寸变化对其测试特性的影响,并直观地给出了传感器输出电压的波形失真情况及其频率特性.结果显示:传感器低频特性受其负载阻抗影响显著,而其高频特性受传感器尺寸影响显著.分析结...     

变压器局部放电在线监测超高频Hilbert分形天线研究

论述了Hilbert分形天线基本原理,并根据分形天线电磁场理论,提出了应用于变压器局部放电超高频在线监测的Hilbert分形天线优化设计方法。通过仿真计算,研究了几何参数对Hilbert分形天线性能的影响,设计出用于变压器局部放电监测的3阶Hilbert分形天线。通过气隙放电、沿面放电、电晕放电3种典型变压器绝缘缺陷局部放电实验,采用分形天线和脉冲电流传感器对这3种局部放电进行了测量,并分析了分形天线的局部放电测量信号功率谱。实验结果证明该天线能够有效应用于变压器局部放电超高频在线监测。     

Picosecond-domain radiation pattern measurement using fiber-coupledphotoconductive antenna

The photoconductive terahertz measurement technique was used for measurement of the radiation pattern from thick metal slits. Picosecond pulses were generated and detected by an ultrafast optoelectronic technique using a femtosecond pulse laser and a subpicosecond photoconductor. Photoconductive sampling measurements of the polarization-dependent diffraction of the picosecond electromagnetic pulses showed the highly polarized radiation characteristics of the photoconductive probing antenna (PCPA) compared with the finite-difference time-domain simulation. The radiation patterns from the slits were measured using a fiber-coupled PCPA. Investigation of the spatiotemporal radiation pattern from a thick metal slit shows the usefulness of the measurement set-up for time-domain and broadband antenna characterization. Together with the time-domain radiation pattern, the frequency-domain radiation pattern from the experimental transient response is presented in both amplitude and phase. It is demonstrated that the time-domain radiation pattern measurement using the photoconductive terahertz radiation technique is a promising characterization method for millimeter-wave and submillimeter-wave antenna time-domain testing     

基于调制电磁脉冲场的主动电磁探测研究

在车辆检测中,主动电磁探测因其性能受环境干扰影响小而越来越受重视。但是主动电磁探测常采用连续波工作,车辆的反射信号与直耦信号叠加在一起,使得检测算法非常复杂。为了大幅度简化检测算法,提出了一种调制电磁脉冲场方法。本系统包括一个磁偶极子发射天线和一个接收线圈,发射天线持续地辐射经正弦信号调制的且极性周期性改变的脉冲信号,这样就产生了一个具有低频成分的发射电磁场。如果目标存在,在接收电磁场的脉冲间隔内,就会出现目标的涡流二次场。连续地在接收电磁场的脉冲间隔内采样并做谱,如果出现此低频成分,则表示目标存在。     

输电线路电晕放电的天线检测方法

检测输电线路的电晕放电情况可以反映线路运行状态并提供维护的参考信息,而现有的检测方法均存在缺陷,且不能广泛应用。提出了一种新的测量方法,即采用射频天线测量电晕放电的电磁场脉冲信号。将2组传统的对数周期天线90°正交形成圆极化对数周期天线,之后仿真该天线结构证明了其方向性、增益和测量频段符合设计要求。最终制作该天线测量了电磁信号,实验结果显示电晕放电的时域信号是高频振荡波,其FFT变换得到的频谱分布主要集中在200～350 MHz。     

分布式脉冲磁场测量系统研究

脉冲磁场测量是电磁防护领域的重要研究内容之一,是电磁脉冲研究的基础.基于巨磁电阻(GMR)片研制的三维脉冲磁场测量探头,具有结构简单、体积小、测量范围宽,响应频率高等优点.通过实验标定,探头可以较好地测量三维脉冲磁场,磁场强度的测量范围为-40～+40 Gs,测量频率范围0～1 GHz.将探头测量的磁场信号转换为电压信号后,由TMS320F28335 DSP采集并存储在SD卡后,通过CAN总线组网,构建分布式脉冲磁场测量系统.结果证明,该系统具有组态灵活、测点容量大、抗干扰能力强、并能够实现三维脉冲磁场测量等特点.