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深圳歐譜申光電科技有限公司
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技術(shù)文章

光纖溫度傳感器在電磁兼容測(cè)試和EED裝置的電流測(cè)量應(yīng)用

摘要
電磁輻射到軍械上是危險(xiǎn)的，潛在的電磁輻射對(duì)**品或電子爆炸裝置有不利影響，自從50 年代以來這就是眾所周知的
問題。為了避免不必要的爆炸或電起爆裝置（EID）從發(fā)射電磁能量增殖，這對(duì)于所有的防衛(wèi)機(jī)構(gòu)來說是必不可少的。伴
隨著功率輸出和發(fā)射設(shè)備頻率范圍的持續(xù)增加，減小此威脅變得至關(guān)重要。
為了確保大炮和軍火系統(tǒng)保持**，在適當(dāng)維護(hù)條件下，測(cè)量電子爆炸裝置（ EED）上電磁能量影響的測(cè)試設(shè)備有很大
發(fā)展。幾年后基于光纖技術(shù)的新一代儀器取代了使用熱電偶或紅外探測(cè)的系統(tǒng)。光纖傳感器（ FOS）具有高精度和高準(zhǔn)
確性，非常靈敏，提供的響應(yīng)時(shí)間可滿足高效的EED。由于電絕緣的特性，光纖傳感器對(duì)電磁干擾（EMI）完全**，在
感應(yīng)環(huán)境中可表現(xiàn)出來。由于此有利的參數(shù)，基于光纖技術(shù)的傳感器現(xiàn)已成為HERO/RADHAZ 測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)。然而，什么
是該技術(shù)必要的條件以提供EED 裝置可靠的輻射評(píng)估仍然沒有明確，怎樣去完全發(fā)揮此技術(shù)優(yōu)勢(shì)以完全獲益呢？
1. **和靈巧的傳感器
1.1 技術(shù)
HERO/RADHAZ 測(cè)試方法在此節(jié)會(huì)描述，它基于一個(gè)非常靈敏和**的光纖感應(yīng)技術(shù)SCBG（半導(dǎo)體能帶隙）技術(shù)?；?br />SCBG 的光纖傳感器設(shè)計(jì)于測(cè)量EED 橋線絲或類似裝置的電磁誘導(dǎo)溫度上升。SCBG 是一個(gè)成熟的技術(shù)，使用簡單而耐用
的
光譜測(cè)量技術(shù)。技術(shù)原理是溫度依靠于光傳輸?shù)紾aAs 晶體。簡單的說，對(duì)于低于一個(gè)特殊波長過渡區(qū)域（叫能帶隙）的
所有光波長，GaAs 晶體是一個(gè)不透明的材料；相反的，對(duì)于高于此能帶隙的所有波長，GaAs 晶體是一個(gè)可透過的材料。
波長過渡區(qū)域，也就是能帶隙光譜位置是溫度的函數(shù)。為了監(jiān)控溫度而測(cè)量能帶隙光譜位置的改變就是SCBG 技術(shù)的原理。
SCBG 技術(shù)的原理圖如圖1 所示。光纖溫度傳感器由黏在光纖頂部的微小GaAs 晶體組成。光從信號(hào)解調(diào)器注
射到光纖，導(dǎo)向GaAs 晶體。隨后低于能帶隙光譜位置的光波被吸收，而那些高于能帶隙的波長則反射回信號(hào)解調(diào)器。
反射回信號(hào)解調(diào)器的光進(jìn)入到一個(gè)小型的光譜分析儀（OSA），把光空間分解成波長成份。一個(gè)光學(xué)探測(cè)器的線性CCD 陣
列測(cè)量這些波長的光強(qiáng)度，CCD 陣列的每一個(gè)像素相當(dāng)于一個(gè)特殊的校準(zhǔn)波長。因此，整個(gè)探測(cè)器陣列提供反射回GaAs
晶體的光譜強(qiáng)度分布。
1.2 必備的條件
對(duì)EMI 完全**
由于HERO/RADHAZ 的特性要求和應(yīng)用，比如EED 電磁兼容測(cè)試和評(píng)估。傳感器必須對(duì)EMI 完全**，而SCBG 技術(shù)提
供了完
全的EMI **。
對(duì)光纜移動(dòng)，震動(dòng)和操控的抵抗力
為了提供可靠和**的結(jié)果，傳感器必須表現(xiàn)出非測(cè)量影響或光纖移動(dòng)的敏感性。同樣的，傳感器不應(yīng)該對(duì)機(jī)械震動(dòng)敏
感，對(duì)光纖彎曲和光纖連接/斷開也是如此。這些性能支持超過一個(gè)連接頭而傳感器的靈敏度和精度沒有任何降低。
外部干擾會(huì)產(chǎn)生重大輸出讀取誤差和無用的測(cè)量結(jié)果，比如使用光纖干涉測(cè)量技術(shù)為例。SCBG 技術(shù)的光譜測(cè)量原理提供
了對(duì)此影響的完全**。例如，可使用多個(gè)連接頭而對(duì)測(cè)量精度沒有任何影響。此外，傳感器可在高震動(dòng)環(huán)境下使用，
比如戰(zhàn)斗機(jī)的建立。
適應(yīng)性
傳感器應(yīng)該很容易裝配到基于EED 所有類型的橋線電阻絲上。SCBG 技術(shù)提供了一個(gè)微小的傳感器（150 x 150 x 100 um3 或
更?。?，以適合非常小的空間或EEDs 緊湊設(shè)計(jì)。為了達(dá)到*小的阻礙，傳感器裸露部分和光纜封裝材料應(yīng)該很容易適用于
測(cè)試環(huán)境。
2. 可靠的EED 裝配方法
成功的HERO/RADHAZ 測(cè)試依靠于總體的裝配質(zhì)量。光纖傳感器如果沒有正確的安裝在EED 的橋線電阻絲上是毫無用處
的。
2.1 構(gòu)建
在比頭發(fā)絲還細(xì)的脆弱橋線電阻絲上安裝傳感器，這個(gè)橋線絲有時(shí)候隱藏在一個(gè)非常小的EED 底部，這就要求有適當(dāng)?shù)?br />工具和正確的裝配方法。使用一個(gè)包括簡單微調(diào)儀，放大鏡和支撐物的安裝臺(tái)是堅(jiān)固的裝配所必須的。
一個(gè)適合的裝配臺(tái)避免操作時(shí)間的浪費(fèi)，大大減少了傳感器錯(cuò)誤安裝到EED 上的機(jī)率。但*重要的是，使用一個(gè)正確設(shè)
計(jì)的EED 支撐物裝配（叫EED 適配器）是必需的，它能讓EED 與傳感器能固定在一起。
安裝臺(tái)允許放入傳感器的感應(yīng)部分，也就是GaAs 晶體，與EED 的橋線絲進(jìn)行熱量聯(lián)系。傳感器被固定著以便維持作用于
橋線絲上的微小壓力（請(qǐng)看下面的裝配細(xì)節(jié)）。
2.2 裝配
為了*大化的敏感性，傳感器頂部（也就是晶體）必須與橋線絲有熱量聯(lián)系（傳導(dǎo)）。砷化鎵晶體可以直接放到橋線絲上，
而不會(huì)改變其固有的電和磁特性。
然而，在橋線絲上提供一個(gè)適當(dāng)?shù)睦κ呛苤匾摹＿^度的拉力會(huì)損壞晶體（例如晶體從光纖頂部脫離），如果橋線絲接
觸到EED 外罩，還有產(chǎn)生熱庫效應(yīng)。
2.3 適應(yīng)性
電子爆炸裝置有各種形狀和模型. 從標(biāo)準(zhǔn)的MK1 到精密的客戶化的EED，傳感器必須適應(yīng)EED 裝置而不改變其電特性和電
磁敏感性。
傳感器應(yīng)該很容易裝到標(biāo)準(zhǔn)和普通的EED 上，
像MK1 和PR-2。右邊的圖示為一個(gè)正確設(shè)計(jì)
的適配器，用于保持光纖和EED 裝置，提供
必須的裝配堅(jiān)固性。
3. **的EED 感應(yīng)電流響應(yīng)測(cè)量
3.1 很容易進(jìn)行**校準(zhǔn)
當(dāng)遇到電磁輻射時(shí)，一個(gè)EED 儀器（也就是EED/傳感器裝配）不得不在提供感應(yīng)電流響應(yīng)測(cè)量之前做校準(zhǔn)。
校準(zhǔn)曲線建立了EED 橋線電阻的注入電流與通過溫度傳感器所測(cè)出的橋線電阻溫度增加之間的關(guān)系。
3.2 EED 注入電流在不同單位下的響應(yīng)(mA, dB, uW)
以下是EED 注入電流響應(yīng)的例子。使用一個(gè)OTG-R 光纖溫度傳感器（為EED 測(cè)試而設(shè)計(jì)）裝配到一個(gè)Mark-1(MK1)電子
爆炸
裝置（EED）上。MK-1 EED 有一個(gè)300mA 的無火閾值和1.2 歐的電阻。MK1/OTG-R 裝配被連接到RadSens 信號(hào)解調(diào)器的
一個(gè)
PSR-100 測(cè)量模塊。校準(zhǔn)曲線提供電流平方敏感度Sc，在此案例中Sc 等于0.004758℃/mA2。通過RadSens 儀器的
Ethernet/LAN 接口，數(shù)據(jù)被真實(shí)收集，采樣頻率1KHz
毫安下的電流響應(yīng)
通過設(shè)置RadSens 儀器的輸出為mA,
電流響應(yīng)為毫安被測(cè)量出來。
右圖顯示了MK1 電流響應(yīng)為mA
和預(yù)期的一樣，響應(yīng)是非常線性的。
3.4 自適應(yīng)噪聲去除過濾器
從可觀察的物理量比如溫度的信號(hào)獲取，這總是與一些噪聲相聯(lián)系。通過進(jìn)行電子模擬到數(shù)字濾波，噪聲的強(qiáng)度會(huì)很大
地減小。
如今，數(shù)字濾波器可以不通過模擬濾波而獲得特征，它是信號(hào)處理應(yīng)用的優(yōu)選。信號(hào)解調(diào)器100%的數(shù)字電路和數(shù)字處理
能力可以執(zhí)行幾乎所有類型的數(shù)字濾波器。
大多數(shù)普通的數(shù)字濾波器是運(yùn)行平均濾波的，以去除測(cè)量信號(hào)的噪聲成份。此數(shù)字濾波器的輸出為平均值N，N 越大意味
著噪聲消除越好。平均濾波器是去除噪聲的*好濾波器，然而此濾波器會(huì)伴隨兩個(gè)主要的缺點(diǎn)。**個(gè)是此濾波器不是
基于因果關(guān)系的，因此它總是產(chǎn)生信號(hào)延時(shí)（相當(dāng)于N/2 采樣時(shí)間）。所以更高的噪聲消除性能伴隨著更長的延時(shí)。**
個(gè)缺點(diǎn)是濾波器減弱了信號(hào)的高頻部分；換言之濾波器跟蹤不到快速的信號(hào)變化。如下解釋，選擇自適應(yīng)濾波器可以消
除這些缺點(diǎn)。
高性能數(shù)字噪聲去除的自適應(yīng)濾波器可以大大改善信號(hào)解調(diào)器的分辨率，沒有折衷響應(yīng)時(shí)間。自適應(yīng)期間意味著濾波器
能實(shí)時(shí)自我適應(yīng)到各種信號(hào)解調(diào)器，選擇*佳的濾波參數(shù)。自適應(yīng)濾波器在此表現(xiàn)出一個(gè)真正的因果關(guān)系濾波器，在信
號(hào)里不會(huì)引入額外的延時(shí)。同時(shí)此濾波器通過重要命令能夠減少噪聲，它仍然能響應(yīng)信號(hào)高頻部分*小衰減的快速信號(hào)
變化。對(duì)于那些常見的數(shù)字濾波器，一個(gè)自適應(yīng)濾波器被認(rèn)為與一個(gè)分離的一階低通濾波器一樣，能連續(xù)地自我調(diào)整濾
波時(shí)間。
3.5 嵌入式電流源和自動(dòng)校準(zhǔn)軟件
在做任何測(cè)量之前，校準(zhǔn)EEDs 設(shè)備是強(qiáng)制執(zhí)行的。當(dāng)處理高質(zhì)量的EED 裝置時(shí)，校準(zhǔn)會(huì)是一個(gè)長時(shí)間和費(fèi)勁的任務(wù)。一
個(gè)嵌入式電流源與自動(dòng)校準(zhǔn)軟件的組合提供了測(cè)試技巧，它是非常有效的EED 校準(zhǔn)工具。用此方法每個(gè)EED 儀器可以始終
如一的校準(zhǔn)，只需很小的努力和錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)。
一旦使用者確定了所需電流校準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量，特別設(shè)計(jì)的software 就可以進(jìn)行校準(zhǔn)和自動(dòng)校準(zhǔn)電流平方敏感度Sc，像3.1 章
所描述的一樣。校準(zhǔn)結(jié)果將會(huì)被顯示為數(shù)字或圖表形式，并通過excel 或其它格式保存。
4. 所有功能于一身的儀器
如今，當(dāng)涉及到復(fù)雜的監(jiān)測(cè)和測(cè)量應(yīng)用時(shí)，一個(gè)真正的趨勢(shì)是朝著所有功能于一身的儀器而發(fā)展。HERO/RADHAZ 測(cè)試所
需要*小數(shù)量的儀器是每一個(gè)關(guān)注此領(lǐng)域的人所渴望得到的。
每一步測(cè)量都使用不同的儀器（信號(hào)解調(diào)器，數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)處理，分析和管理等）會(huì)增加錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)和結(jié)果的不一致。
一個(gè)所有功能于一身的儀器應(yīng)該提供以下特點(diǎn):
?? 在采樣頻率高達(dá)1000 Hz 下的數(shù)字信號(hào)處理和條件
?? 車載電腦以實(shí)時(shí)獲取和轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)
?? 友好的用戶界面以便為重要的結(jié)果顯示成數(shù)字和圖形
?? 整體的校準(zhǔn)工具和軟件
?? 內(nèi)部的數(shù)據(jù)過濾和分析
?? 整體的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以便本地?cái)?shù)據(jù)管理
?? PC 以太網(wǎng)接口實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)下載和遠(yuǎn)程控制
友好的用戶繪圖界面可以在不同的數(shù)字和繪圖形式下實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果，順著測(cè)量統(tǒng)計(jì)資料，測(cè)試人員可以馬上確認(rèn)繼
續(xù)測(cè)試，問題反饋還是有意外的結(jié)果.

結(jié)論
成為一個(gè)成功的HERO 測(cè)試員要求遵守明確的章程。如果不遵循靈敏和可靠的結(jié)果所需的基本要素，即使是*新的光纖感
應(yīng)技術(shù)解決方案也不能幫助您太多。這個(gè)解決方案要求**和靈巧的傳感器，容易安裝到任何類型的EED。適應(yīng)于**
級(jí)別的材料，感應(yīng)方案應(yīng)該提供**的校準(zhǔn)特性和不同單位的測(cè)量結(jié)果。
它必須能提供靈活的數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)讀取和提供高效的噪聲過濾特性以得到*佳結(jié)果。有內(nèi)置的數(shù)據(jù)管理功能，一個(gè)隨
時(shí)準(zhǔn)備使用的解決方案應(yīng)該提供友好的用戶界面而不需要增加模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，軟件編程或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
掌控所有這些步驟是HERO/RADHAZ 測(cè)試靈活和可靠的結(jié)果所必需的。由于這種符合性驗(yàn)證，要求它不僅僅是一個(gè)測(cè)量工
具，它需要確認(rèn)毫無疑問，不會(huì)發(fā)生電子爆炸裝置不想要的爆炸或故障。

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光纖溫度傳感器在 電磁兼容測(cè)試和EED裝置的電流測(cè)量應(yīng)用

光纖溫度傳感器在電磁兼容測(cè)試和EED裝置的電流測(cè)量應(yīng)用