CN204065225U - 量程自适应电流检测光纤传输*** - Google Patents

Abstract

一种量程自适应电流检测光纤传输***，包括发射端、光纤、接收端三部分，所述发射端包括，电流检测电路、模数转换电路、第一信号处理电路、电光转换电路；所述接收端包括光电转换电路、第二信号处理电路、数模转换电路、信号调理电路；本实用新型具有精度高、分辨率高、体积轻、抗电磁干扰能力强的特点，并且通过分段电流检测技术和电路设计实现了将宽范围变频脉冲电流自动分段为小电流段检测和大电流段检测，且通过一根光纤实现了脉冲信号和直流信号的传输。

Description

量程自适应电流检测光纤传输***

技术领域

本实用新型涉及雷达***领域，特别是涉及一种对雷达发射机的收集极电流工作状态的检测***。

背景技术

雷达发射机的作用是发射一个受到调制的大功率射频信号，以利于探测和发现目标。在雷达发射机中，大功率信号的获得是通过借助行波管实现的。行波管主要包括电子枪、慢波电路、集中衰减器、能量耦合器、聚焦***、收集极和输入输出装置七大部分。对于雷达发射机来说，收集极电流工作状态的正常与否，直接影响着整机***的性能，对收集极电流的实时准确测量对于行波管乃至整机的状态监测都具有重要的意义，随着微机技术在各个行业的推广应用，包括单片机在内的各种微控制器在电子领域的应用已经非常成熟，在竞争日趋激烈的市场中，单片机的生产厂家为了争得一席之地，甚至针对各个领域的不同需求定制出不同的控制程序，客户应用时需要做的仅仅是将买来的单片机附带的控制程序中的参数以及接口做一下调整即可应用，这使得信息处理以及微机控制技术的发展突飞猛进。

这就为设计出一种应用单片机技术实时监测雷达发射机行波管收集极电流的装置***成为可能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种量程自适应电流检测光纤传输***，用于解决现有技术对行波管收集极电流量程适应性差，测量信号传输易受干扰的技术问题。

一种量程自适应电流检测光纤传输***，包括发射端、光纤、接收端三部分，所述发射端包括，电流检测电路、模数转换电路、第一信号处理电路、电光转换电路；所述接收端包括光电转换电路、第二信号处理电路、数模转换电路、信号调理电路；

所述发射端的第一信号输入端和第一信号输出端即是电流检测电路的相应的信号输入端、第一信号输出端，电流检测电路的第二信号输出端连接模数转换电路的信号输入端，模数转换电路的信号输出端连接第一信号处理电路的信号输入端，第一信号处理电路的信号输出端连接电光转换电路的信号输入端，电光转换电路的信号输出端连接光纤的一端，光纤的另一端连接光电转换电路的信号输入端，光电转换电路的信号输出端连接第二信号处理电路的信号输入端，第二信号处理电路的信号输出端连接数模转换电路的信号输入端，数模转换电路的信号输出端连接信号调理电路的信号输入端，信号调理电路的信号输出端连接监控室的信号输入端；

所述电流检测电路用于对直流电流或者脉冲电流进行分段检测，并将检测到的电流转换成相应的直流电压或者相应的脉冲电压后输送给模数转换电路；

所述第一信号处理电路用于对接收的数字信号进行编码、校验，并输出编码信号；

所述光纤用于承载和传输光信号，接通发射端与接收端之间的光路；

所述第二信号处理电路用于对电信号解码、校对成相应的数字信号。

所述电流检测电路包括分段电流检测电路、交直流分离采集电路；

所述分段电流检测电路用于对根据电流信号的大小分为两段分别进行采集；交直流分离采集电路用于采集交流信号或直流信号。

所述交直流分离采集电路包括直流采集分路和交流采集分路两路信号采集电路；所述直流采集分路用于采集直流信号；交流采集分路用于采集交流信号。

本实用新型为现代雷达***提供了一种实时检测交直流脉冲电流的稳定***及方法。通过采用量程自适应分段电流检测技术实现对幅值变化、频率可变电流检测的设计，最终研制出精度高、分辨率高、体积轻、抗电磁干扰能力强的量程自适应电流检测光纤传输***。该***通过分段电流检测技术和电路设计实现了将宽范围变频脉冲电流自动分段为小电流段检测和大电流段检测，且通过一根光纤实现了脉冲信号和直流信号的稳定传输。

下面结合附图对本实用新型的量程自适应电流检测光纤传输***及方法作进一步说明。

附图说明

图1为量程自适应电流检测光纤传输***原理图；

图2为分段电流检测电路原理图；

图3为分段电流检测电路图；

图4为交直流分离采集电路图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的量程自适应电流检测光纤传输***包括发射端、光纤、接收端三部分，发射端的第一信号输入端a1连接行波管收集极第一端子a，发射端的第一信号输出端b1连接行波管收集极第二端子b，发射端的输出端连接光纤的一端，光纤的另一端连接接收端的信号输入端，接收端的信号输出端连接到监控室；

其中，发射端包括电流检测电路、模数转换电路、第一信号处理电路、电光转换电路；接收端包括光电转换电路、第二信号处理电路、数模转换电路、信号调理电路；发射端的第一信号输入端a1即是电流检测电路的相应的信号输入端；发射端的第一信号输出端b1即是电流检测电路的第一信号输出端，电流检测电路的第二信号输出端连接模数转换电路的信号输入端，模数转换电路的信号输出端连接第一信号处理电路的信号输入端，第一信号处理电路的信号输出端连接电光转换电路的信号输入端，电光转换电路的信号输出端连接光纤的一端，光纤的另一端连接光电转换电路的信号输入端，光电转换电路的信号输出端连接第二信号处理电路的信号输入端，第二信号处理电路的信号输出端连接数模转换电路的信号输入端，数模转换电路的信号输出端连接信号调理电路的信号输入端，信号调理电路的信号输出端连接监控室的信号输入端。

电流检测电路用于对直流电流或者脉冲电流进行分段检测，并将检测到的电流转换成相应的直流电压或者相应的脉冲电压后输送给模数转换电路；模数转换电路用于将接收的模拟电压转换成相应的数字信号；第一信号处理电路用于对接收的数字信号进行编码、校验，并输出编码信号；电光转换电路用于将接收的编码信号转换成光信号；光纤用于承载和传输光信号，接通发射端与接收端之间的光路；光电转换电路用于将接收的光信号转换成相应的电信号；第二信号处理电路用于对电信号解码、校对成相应的数字信号；数模转换电路用于将数字信号转换成对应的模拟信号；信号调理电路用于放大模拟信号；电流检测电路包括分段电流检测电路、交直流分离采集电路；分段电流检测电路用于对根据电流信号的大小分为两段分别进行采集；交直流分离采集电路用于采集交流信号或直流信号。

如图2所示，分段电流检测电路的具体电路包括第一电子开关K0、第二电子开关K1、第三电子开关K2、第一检测电阻Ri1、第二检测电阻Ri2、驱动器Q、第一运放Y1、第二运放Y2、单片机MCU；行波管收集极第一端子a与行波管收集极第二端子b之间连接有第一电子开关K0，沿行波管收集极第一端子a至行波管收集极第二端子b方向第二电子开关K1与第一检测电阻Ri1串联后并联在第一电子开关K0的两端，沿行波管收集极第一端子a至行波管收集极第二端子b方向第三电子开关K2与第二检测电阻Ri2串联后并联在第一电子开关K0的两端，单片机MCU的信号输出端连接驱动器Q的信号输入端，驱动器Q的第一控制输出端、第二控制输出端、第三控制输出端分别连接第一电子开关K0、第二电子开关K1、第三电子开关K2的控制端；第一运放Y1的反相端连接第二检测电阻Ri2靠近第三电子开关K2的一端，第一运放Y1的同相端连接第二检测电阻Ri2的另一端，第一运放Y1的输出端连接单片机MCU的第五引脚5；第二运放Y2的反相端连接第一检测电阻Ri1靠近第二电子开关K1的一端，第二运放Y2的同相端连接第一检测电阻Ri1的另一端，第二运放Y2的输出端连接单片机MCU的第十二引脚12。

如图3所示，分段电流检测电路包括第一接口CON1、第二接口CON2、第一电子开关K0、第二电子开关K1、第三电子开关K2、第一检测电阻Ri1、第二检测电阻Ri2、电阻R1至电阻R9、电容C1至电容C5、第一极性电容E1、第二极性电容E2、第一变阻器W1、第二变阻器W2、第一电流检测芯片U1、第二电流检测芯片U2、第一驱动芯片U3、第二驱动芯片U4；

第一电子开关K0的第五至八引脚相互连接后连接第一接线口CON1的第一引脚1，第一电子开关K0的第一至地三引脚相互连接后连接第二接线口CON2的第一引脚1，第一电子开关K0的第四引脚4串联电阻R2后接第一驱动芯片U3的第五引脚5，第一电子开关K0的第五引脚5接二极管G的正极，二极管G的负极接电容C1的一端，电容C1的另一端接第一电子开关K0的第一引脚1，电阻R1与二极管G并联；第一接口CON1的第二引脚2接地，第二接口CON2的第二引脚2接地；

第二电子开关K1的第五至八引脚相互连接后连接第一接线口CON1的第一引脚1，第二电子开关K1的第一至三引脚相互连接后串联第一检测电阻Ri1后接第二接线口CON2的第一引脚1，第二电子开关K1的第四引脚4串联电阻R3后接第二驱动芯片U4的第七引脚7；

第三电子开关K2的第五至八引脚相互连接后连接第一接线口CON1的第一引脚1，第三电子开关K2的第一至地三引脚相互连接后串联第二检测电阻Ri2后接第二接线口CON2的第一引脚1，第三电子开关K2的第四引脚4串联电阻R5后接第二驱动芯片U4的第五引脚5；

第一电流检测芯片U1的第一引脚1连接第二电子开关K1的第一引脚1，第一电流检测芯片U1的第二引脚2连接第二接线口CON2的第一引脚1，第一电流检测芯片U1的第三、第四引脚接地，第一电流检测芯片U1的第八引脚8接5V电源，同时第一电流检测芯片U1的第八引脚8串联电容C2后接地，第一电流检测芯片U1的第七引脚7至第五引脚5方向顺序串联有电阻R4和第一变阻器W1，第一变阻器W1的滑动端连接第一电流检测芯片U1的第六引脚6，第一电流检测芯片U1的第五引脚5引出第一模拟量输出端AIN0；

第二电流检测芯片U2的第一引脚1连接第三电子开关K2的第一引脚1，第二电流检测芯片U2的第二引脚2连接第二接线口CON2的第一引脚1，第二电流检测芯片U2的第三、第四、第七引脚接地，第二电流检测芯片U2的第八引脚8接5V电源，同时第二电流检测芯片U2的第八引脚8串联电容C3后接地，第二电流检测芯片U2的第七引脚7至第五引脚5方向顺序串联有电阻R7和第二变阻器W2，第二变阻器W2的滑动端连接第二电流检测芯片U2的第六引脚6，第二电流检测芯片U2的第五引脚5引出第二模拟量输出端AIN1；

第一驱动芯片U3的第三引脚3接地，第一驱动芯片U3的第四引脚4串联电阻R6后接单片机MCU的第四十三引脚43，第一驱动芯片U3的第六引脚6串联电容C4后接地，第一驱动芯片U3的第六引脚6接第一极性电容E1的正极，第一极性电容E1的负极接地，第一驱动芯片U3的第六引脚6接12V电源；

第二驱动芯片U4的第三引脚3接地，第二驱动芯片U4的第四引脚4串联电阻R8后接单片机MCU的第四十一引脚41，第二驱动芯片U4的第二引脚2串联电阻R9后接单片机MCU的第四十二引脚42，第二驱动芯片U4的第六引脚6串联电容C5后接地，第二驱动芯片U4的第六引脚6接第二极性电容E2的正极，第二极性电容E2的负极接地，第二驱动芯片U4的第六引脚6接12V电源；

上述电路中第一电子开关K0、第二电子开关K1、第三电子开关K2采用的是Vishay公司生产的高速Mosfet芯片Si7860，该芯片是SO-8封装，是大电流高速电子开关管，其导通阈值电压为3V，漏极可承受18A电流，开关速度仅为10ns，采用该芯片提高了***的安全性和可靠性。单片机MCU输出控制信号的驱动能力约为5mA，无法直接驱动Mosfet芯片Si7860的开通和关断，为了保证Mosfet芯片Si7860的可靠开通和关断，设计了Mosfet芯片Si7860的驱动电路。Mosfet芯片Si7860的驱动电路选用的第一驱动芯片U3、第二驱动芯片U4的型号为MAX628，该型号的驱动芯片具有驱动速度快、驱动能力强、阈值电压低等优点，其上升时间、延时时间均只有25ns，驱动能力高达2A，高电平阈值为2.4V，单片机MCU控制信号高电平是3.3V，可直接与MAX628连接控制Mosfet芯片Si7860的通断。电流检测电路的作用是检测流经电阻两侧的电压并进行信号处理和放大，为此，第一电流检测芯片U1、第二电流检测芯片U2选用的是型号为MAX9920的电流检测专用芯片，通过调节MAX9920外接第一变阻器W1、第二变阻器W2阻值的大小实现检测信号的放大。第一检测电阻Ri1的性能参数为200mΩ/2w，对应检测的电流范围为0.1A～1A，第二检测电阻Ri2的性能参数为20mΩ/3w，对应检测的范围为1A～10A。

第二电子开关K1与第三电子开关K2为互补导通，第一电子开关K0是备用开关，作用是在第二电子开关K1、第三电子开关K2切换瞬间提供导通通路，防止在切换瞬间工作电路出现断路影响行波管正常工作。通过电路设计和程序设计控制第一电子开关K0、第二电子开关K1、第三电子K2的开通和关断：

默认情况下第三电子开关K2闭合、第二电子开关K1断开，检测1A～10A大电流，当检测到的电流小于1A(1A对应0.2V，即单片机判断接收的电压值小于0.2V时)时，则单片机MCU控制断开第三电子开关K2、闭合第二电子开关K1，切换到检测0.1A～1A小电流段。反之，在检测小电流段期间，若检测到的信号大于1A(1A对应2V，即单片机判断接收的电压值大于2V时)，则单片机MCU控制闭合第三电子开关K2、断开第二电子开关K1，切换到检测1A～10A大电流段。以此循环，通过单片机MCU自动切换电子开关实现分段检测电流的目的。

量程自适应电流检测光纤传输***既要采集直流信号，又要采集脉冲交流信号，为此，本***采用了交直流分离采集技术实现了直流信号和脉冲交流信号的采集。

如图4所示，交直流分离采集电路包括单片机MCU、第一比较器U5、第二比较器U6、电阻R10至电阻R19、电容C6、电容C7，上述元器件之间的连接构成了直流采集分路和交流采集分路两路信号采集电路；

直流采集分路：第一模拟量输出端AIN0串联电阻R10后接单片机MCU的第五引脚5，第二模拟量输出端AIN1串联电阻R11后接单片机MCU的第十二引脚12；第一模拟量输出端AIN0串联电阻R13后接地，第二模拟量输出端AIN1串联电阻R14后接地；本部分电路用于完成直流信号的采集，并且单片机MCU内部集成的模数转换器将采集到的模拟信号转换成相应的数字信号；

交流采集分路：第一比较器U5、第二比较器U6及其***电路用于完成脉冲交流信号的采集，并且单片机MCU内部集成的模数转换器将采集到的脉冲交流信号转换成相应的数字信号(模数转换器靠信号的下降沿触发控制信号采集)；具体电路连接如下：

第一比较器U5的第一引脚1接单片机MCU的第四十六引脚46，第一比较器U5的第二引脚2接地，第一比较器U5的第三引脚3串联电阻R17后接地，第一比较器U5的第三引脚3串联电阻R16后接5V电源，第一比较器U5的第四引脚4接第一模拟量输出端AIN0，第一比较器U5的第五引脚5串联电阻R12后接地，第一比较器U5的第六引脚6接5V电源，第一比较器U5的第六引脚6串联电容C6后接地；

第二比较器U6的第一引脚1接单片机MCU的第四十七引脚47，第二比较器U6的第二引脚2接地，第二比较器U6的第三引脚3串联电阻R19后接地，第二比较器U6的第三引脚3串联电阻R18后接5V电源，第二比较器U6的第四引脚4接第二模拟量输出端AIN1，第二比较器U6的第五引脚5串联电阻R15后接地，第二比较器U6的第六引脚6接5V电源，第二比较器U6的第六引脚6串联电容C7后接地。

当第一模拟量输出端AIN0、第二模拟量输出端AIN1输出的是直流信号时，经第一比较器U1、第二比较器U2比较输出的INT0、INT1触发信号为直流信号(没有触发脉冲信号)，因此交流采集分路不工作，此时直流采集分路工作；单片机MCU的第五引脚、第十二引脚接收到有效信号，利用单片机内部集成的模数转换电路实现模拟信号的采集并转换为数字信号；

当第一模拟量输出端AIN0、第二模拟量输出端AIN1输出的是交流信号时，经第一比较器U1、第二比较器U2比较输出的INT0、INT1触发信号与交流信号反相位，此时直流采集分路不工作，而交流采集分路工作，触发信号的下降沿触发单片机内部的模数转换电路实现对交流信号的采集并转换成相应的数字信号。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种量程自适应电流检测光纤传输***，包括发射端、光纤、接收端三部分，其特征在于，所述发射端包括，电流检测电路、模数转换电路、第一信号处理电路、电光转换电路；所述接收端包括光电转换电路、第二信号处理电路、数模转换电路、信号调理电路；

所述发射端的第一信号输入端(a1)和第一信号输出端(b1)即是电流检测电路的相应的信号输入端、第一信号输出端，电流检测电路的第二信号输出端连接模数转换电路的信号输入端，模数转换电路的信号输出端连接第一信号处理电路的信号输入端，第一信号处理电路的信号输出端连接电光转换电路的信号输入端，电光转换电路的信号输出端连接光纤的一端，光纤的另一端连接光电转换电路的信号输入端，光电转换电路的信号输出端连接第二信号处理电路的信号输入端，第二信号处理电路的信号输出端连接数模转换电路的信号输入端，数模转换电路的信号输出端连接信号调理电路的信号输入端，信号调理电路的信号输出端连接监控室的信号输入端；

所述电流检测电路用于对直流电流或者脉冲电流进行分段检测，并将检测到的电流转换成相应的直流电压或者相应的脉冲电压后输送给模数转换电路；

所述第一信号处理电路用于对接收的数字信号进行编码、校验，并输出编码信号；

所述光纤用于承载和传输光信号，接通发射端与接收端之间的光路；

所述第二信号处理电路用于对电信号解码、校对成相应的数字信号。

2.根据权利要求1所述的量程自适应电流检测光纤传输***，其特征在于，所述电流检测电路包括分段电流检测电路、交直流分离采集电路；

所述分段电流检测电路用于对根据电流信号的大小分为两段分别进行采集；交直流分离采集电路用于采集交流信号或直流信号。

3.根据权利要求2所述的量程自适应电流检测光纤传输***，其特征在于，所述分段电流检测电路包括第一电子开关(K0)、第二电子开关(K1)、第三电子开关(K2)、第一检测电阻(Ri1)、第二检测电阻(Ri2)、驱动器(Q)、第一运放(Y1)、第二运放(Y2)、单片机(MCU)；

行波管收集极第一端子(a)与行波管收集极第二端子(b)之间连接有第一电子开关(K0)，沿行波管收集极第一端子(a)至行波管收集极第二端子(b)方向第二电子开关(K1)与第一检测电阻(Ri1)串联后并联在第一电子开关(K0)的两端，沿行波管收集极第一端子(a)至行波管收集极第二端子(b)方向第三电子开关(K2)与第二检测电阻(Ri2)串联后并联在第一电子开关(K0)的两端，单片机(MCU)的信号输出端连接驱动器(Q)的信号输入端，驱动器(Q)的第一控制输出端、第二控制输出端、第三控制输出端分别连接第一电子开关(K0)、第二电子开关(K1)、第三电子开关(K2)的控制端；第一运放(Y1)的反相端连接第二检测电阻(Ri2)靠近第三电子开关(K2)的一端，第一运放(Y1)的同相端连接第二检测电阻(Ri2)的另一端，第一运放(Y1)的输出端连接单片机(MCU)的第五引脚(5)；第二运放(Y2)的反相端连接第一检测电阻(Ri1)靠近第二电子开关(K1)的一端，第二运放(Y2)的同相端连接第一检测电阻(Ri1)的另一端，第二运放(Y2)的输出端连接单片机(MCU)的第十二引脚(12)。

4.根据权利要求2所述的量程自适应电流检测光纤传输***，其特征在于，所述交直流分离采集电路包括直流采集分路和交流采集分路两路信号采集电路；所述直流采集分路用于采集直流信号；交流采集分路用于采集交流信号。

5.根据权利要求4所述的量程自适应电流检测光纤传输***，其特征在于，所述直流采集分路包括第一模拟量输出端(AIN0)、第二模拟量输出端(AIN1)、电阻R10、电阻R11、电阻R13、电阻R14；

第一模拟量输出端(AIN0)串联电阻R10后接单片机(MCU)的第五引脚(5)，第二模拟量输出端(AIN1)串联电阻R11后接单片机(MCU)的第十二引脚(12)；第一模拟量输出端(AIN0)串联电阻R13后接地，第二模拟量输出端(AIN1)串联电阻R14后接地。

6.根据权利要求4所述的量程自适应电流检测光纤传输***，其特征在于，所述交流采集分路包括第一比较器(U5)、第二比较器(U6)、电阻R12、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电容C6、电容C7：

所述第一比较器(U5)的第一引脚(1)接单片机(MCU)的第四十六引脚(46)，第一比较器(U5)的第二引脚(2)接地，第一比较器(U5)的第三引脚(3)串联电阻(R17)后接地，第一比较器(U5)的第三引脚(3)串联电阻(R16)后接5V电源，第一比较器(U5)的第四引脚(4)接第一模拟量输出端(AIN0)，第一比较器(U5)的第五引脚(5)串联电阻(R12)后接地，第一比较器(U5)的第六引脚(6)接5V电源，第一比较器(U5)的第六引脚(6)串联电容C6后接地；

所述第二比较器(U6)的第一引脚(1)接单片机(MCU)的第四十七引脚(47)，第二比较器(U6)的第二引脚(2)接地，第二比较器(U6)的第三引脚(3)串联电阻(R19)后接地，第二比较器(U6)的第三引脚(3)串联电阻(R18)后接5V电源，第二比较器(U6)的第四引脚(4)接第二模拟量输出端(AIN1)，第二比较器(U6)的第五引脚(5)串联电阻R15后接地，第二比较器(U6)的第六引脚(6)接5V电源，第二比较器(U6)的第六引脚(6)串联电容C7后接地。

7.根据权利要求3所述的量程自适应电流检测光纤传输***，其特征在于，所述第一电子开关(K0)、第二电子开关(K1)、第三电子开关(K2)采用的是Vishay公司生产的高速Mosfet芯片Si7860。

8.根据权利要求3所述的量程自适应电流检测光纤传输***，其特征在于，所述驱动器(Q)包括第一驱动芯片(U3)、第二驱动芯片(U4)，第一驱动芯片(U3)、第二驱动芯片(U4)的型号为MAX628。