一种高压隔离取样光纤传输装置的制造方法
【技术领域】：
[0001] 本实用新型涉及一种高压电信号传输装置，具体讲是一种精度高，响应快速，温度 长期稳定性好，温漂低，密封性好，能够实现雷达发射机行波管高压电源参数的实时检测和 隔离传输的高压隔离取样光纤传输装置。
【背景技术】：
[0002] 在光纤传输技术出现以前，高压侧电信号的检测与传输一直是个难题，对于其检 测和传输，通常采用隔离放大器进行。隔离放大器用于高共模电压环境下的电信号检测和 传输，在被测对象与数据采集系统之间具有一定能力的电压隔离性能。按照耦合方式的不 同，隔离放大器可以分为变压器耦合、电容耦合和光电耦合三种。由于材料、工艺的限制，隔 离放大器在高压测量中面临的最主要的问题就是隔离电压偏低，一般只有数千伏，不能在 更高电压的场合应用，这也限制了它的应用领域，显然不能满足100KV高压隔离电压参数的 检测和传输需求。
[0003] 随着发射功率的加大，雷达发射机行波管工作电压逐步提升，高达数十千伏，甚至 一百千伏。因此，在雷达发射机生产、调试过程中，为了能够较精确的测量行波管的工作电 压，设计人员在行波管的高压端设置了模拟电压表，该模拟电压表直接连接行波管的偏置 电压或灯丝电压，这样，加在模拟电压表上的电压即为行波管的偏置电压或灯丝电压，从模 拟电压表的读数可直接读出偏置电压或灯丝电压的数值。采用这种方式测量，大大提高了 偏置电压和灯丝电压的测量精度，保证了行波管工作参数的稳定，也提高了雷达发射机整 机的性能。
[0004] 但这种测量方式存在着明显的不足。由于为了测量方便和提高测量精度，用于测 量的电压表必须悬浮在高压上，这就使得测量数据只能用于读数，而不能用于传输，人们只 能通过观察获得行波管偏置电压或灯丝电压的数值大小，再通过人工操作的方式，将这些 信息输入至低压端的监控设备，进而实现反馈控制的目的，无法实时将测量数据直接传输 至低压端的监控设备，不能实现系统的实时、在线控制。
[0005] 为了达到实时在线检测和控制的目的，在国内较为先进的一些雷达发射机中，已 有利用光纤实现行波管模拟电压检测和传输的简单应用。该应用是在高压端采用压频变换 原理将电压信号转换为频率信号，并对频率信号进行电光转换，转换为光信号传输，在低压 端，再将光信号转换为电信号，将频率信号恢复为电压信号，从而实现检测和传输，这一方 式的工作原理示意图如图1所示。
[0006] 在高压端，模拟电压信号经电阻分压，降为合适的低电压信号，送入信号调理电路 处理后，使用压频变换器件将电压信号转换为频率信号，信号频率的高低，对应着电压信号 的大小。该频率信号经光调制后，送入光纤传输。在低压端，光接收电路接收光信号，进行光 电转换，将光信号转换为电信号，并进行频率解调，恢复为电压信号进行输出。在上述过程 中，进行了两次转换过程。第一次，是将低压电信号转换为频率信号。这种转换带来的好处 是方便了信号的传输。与模拟电压的传输相比较，频率信号的传输更易于抗干扰。第二次转 换是将电信号转换为光信号传输。这一次转换尤为重要，不仅利用光纤作为信号传输载体， 更是利用了光纤良好的电压隔离性能，使得信号传输和高压隔离合为一体，大大简化了系 统结构，提高了可靠性。
[0007] 典型的电荷平衡式压频转换(V/F)电路结构如图2所示，A1和RC组成积分器。A2为 过零比较器，恒流源Ir与模拟开关S为积分器提供反充电回路。当单稳态定时器受触发而产 生脉冲时，模拟开关S接通积分器的反充电回路，对积分电容C充电，充电量为Q C= IrT。。
[0008] 整个电路可视为一个振荡频率受输入电压vin控制的多谐振荡器。其工作过程如 下：当积分器输出电压V inl下降到零伏时，过零比较器发生跳变，触发单稳态定时器，使之产 生一个T。宽度的脉冲，使S导通T。时间。由于电路设计成Ir>V inuax)/R，因此，在T。期间积分器 一定以反充电为主，使Vinl上升到某一正电压。T。结束时，由于只有输入电压Vin的作用，对积 分器负极充电，输出电压V lnl沿斜线下降，当Vlnl下降到0V时，比较器翻转，又使单稳态定时 器产生一个T。宽度的脉冲，再次反充电，如此反复振荡不止，积分器输出端和单稳态定时器 输出端产生了如图3所示的波形。
[0009] 根据正反向充电电荷量相等的电荷平衡原理，可以得出：
(1)
[0011] 因此，输出振荡频率
，即输出频率Fout与输入电压Vin成正比。显 然，要精确的实现V/F转换，要求Ir、R及T。必须准确而稳定。
[0012] 对于频压转换(F/V)通常没有专用集成器件，而是使用V/F转换器在特定的外接电 路下构成V/F转换电路，如图4所示。其转换原理同V/F转换一样也是利用电荷平衡原理实现 的。输入频率F in的下降沿使过零比较器翻转输出一上升沿，该上升沿触发开关S将恒流源Ir 与积分器接通，Ir通过S向C2充电，在固定周期时间T内，根据电荷平衡原理有：
(2)
[0014] AU为电容C2的电压增量。由于设计时Ir>Vin(max)/Rl，所以在T。期间I r以充电为 主，当频率一定时，且11、1'。、1'、1?1、02都为定值，则随￥_的不断增大，由公式(2)可知
[0015] AU的值会越来越小，当AU = 0时可得：
(3)
[0017] 由公式⑶可得
，也即输出电压Vout与输入频率Fin成正比。
[0018] 当频率升高时，周期T就会减小，使/,,
不再平衡，AU以正电压的形式重新 出现，AU的出现将促使VoutF断增加，当频率降低时，周期T就会增大，也使/,
不再 平衡，AU以负电压的形式重新出现，电容C2上的电压不断减小，促使Vcmt不断减小，Vcmt始终 与输入频率Fin成正比关系，显然，要精确的实现F/V转换，要求Ir、R1及T。必须准确而稳定。
[0019] 经上述分析，我们可以得知，传统隔离放大器式电信号检测和传输方案的缺点是 隔离电压低，而压频式方案虽然采用了光纤进行隔离传输，但仍然存在测量精度低、响应速 度慢、灵敏度低、温度长期稳定性差及温漂严重的问题，而且无密封功能，以上这些均不能 满足雷达发射机行波管负高压电源的控制要求。 【实用新型内容】：
[0020] 本实用新型要解决的技术问题是，提供一种精度高，响应快速，线性度好，灵敏度 高，能够实现雷达发射机行波管高压电源参数的实时检测和隔离传输的高压隔离取样光纤 传输装置。
[0021] 本实用新型的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的高压隔离取样光纤传输 装置，该装置包括高压端组件、低压端组件以及传输光纤，高压端组件和低压端组件均包括 壳体、光纤引出口、电引出口以及与壳体连接的盖板，高压端组件的壳体内设置有高压端直 流通道和高压端交流通道，低压端组件的壳体内设置有低压端直流通道和低压端交流通 道，高压端直流通道包括依次电连接的直流信号采集调理电路、模数转换电路、数据处理电 路及第一激光发送电路，高压端交流通道包括依次电连接的快速纹波信号采集调理电路、 第一驱动放大电路及第二激光发送电路，低压端直流通道包括依次电连接的第一激光接收 电路、温度校准电路、数模转换电路以及第二驱动放大电路，低压端交流通道包括依次电连 接的第二激光接收电路、信号调理电路及跟随输出电路，第一激光发送电路与第一激光接 收电路之间通过传输光纤连接，第二激光发送电路与第二激光接收电路之间通过传输光纤 连接，直流信号采集调理电路一端和快速纹波信号采集调理电路一端均与电压输入接口 INPUT电连接，跟随输出电路一端和第二驱动放大电路一端均与电压输出接口 OUTPUT电连 接。
[0022] 采用以上结构后，本实用新型的有益效果是:本实用新型一种高压隔离取样光纤 传输装置通过交直流分离取样，隔离传输后再合成输出的方式，既满足了高精度的要求，又 满足了快速响应的要求，而且线性度好，灵敏度高。同时，利用光纤的电气绝缘性能，实现了 本实用新型一种高压隔离取样光纤传输装置高低压端的完全高压隔离，满足了雷达发射机 行波管高压电源参数的实时检测、隔离传输和控制要求，提高了高压电源的工作稳定性和 可靠性。
[0023] 优选地，本实用新型所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其中，光纤引出口的 内径与光缆的外径一致，电引出口的内径与电缆的外径一致，壳体和盖板上均设置有密封 胶导槽。光纤引出口内径和电引出口内径分别与光缆外径和电缆外径的一致性以及导槽式 密封结构设计技术的采用有效提高了本实用新型的密封性能，较好地解决了本实用新型在 实际使用中置于油箱中的密封问题。
[0024] 优选地，本实用新型所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其中，快速纹波信号 采集调理电路包括电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻 R14、电阻R121以及第一放大器A1，第一驱动放大电路包括电容C18、电容C19、电阻R16、电阻 R17、电阻R18、电阻R19、电阻R171以及第二放大器A2,第二激光发送电路包括电阻R21、电阻 R22、电阻R23以及第二光传输模块，电容C14一端和电容C15-端同时与电压输入接口 INPUT 电连接，电容C14另一端和电容C15另一端同时与电阻R11的一端电连接，电阻Rl 1的另一端 与第一放大器A1的负输入端电连接，电阻R12的一端接地，电阻R12的另一端与第一放大器 A1的正输入端电连接，电阻R121的一端电连接电源电压，电阻R121的另一端与第一放大器 A1的正输入端电连接，电阻R13和电阻R14串接在第一放大器A1的负输入端与输出端之间， 电容C16的一端和电容C17的一端同时与第一放大器A1的输出端电连接，电容C16的另一端 和电容C17的另一端同时与电阻R16的一端电连接，电阻R16的另一端与第二放大器A2的负 输入端电连接，电阻R17的一端接地，电阻R17的另一端与第二放大器A2的正输入端电连接， 电阻R171的一端电连接电源电压，电阻R171的另一端与第二放大器A2的正输入端电连接， 电阻R18和电阻R19串接在第二放大器A2的负输入端与输出端之间，电容C18的一端和电容 C19的一端同时与第二放大器A2的输出端电连接，电容C18的另一端和电容C19的另一端同 时与第二光传输模块的ANODE脚电连接，电阻R21的一端、电阻R22的一端以及电阻R23的一 端同时电连接电源电压，电阻R21的另一端、电阻R22的另一端以及电阻R23的另一端同时与 第二光传输模块的ANODE脚电连接，第二光传输模块的CATHODE脚接地，第二光传输模块与 第二激光接收电路连接。
[0025] 优选地，本实用新型所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其中，第一放大器A1 和第二放大器A2均可米用AD8009放大器，第二光传输模块的型号可为HFBR-1414。
[0026] 优选地，本实用新型所述的一种高压隔离取样光纤传输装置，其中，第二激光接收 电路包括第二高速接收光模块，信号调理电路包括电阻R20、电容C21和电容C22,所述跟随 输出电路包括电阻R24、电阻R25、电阻R6、电阻R27、电容C23、电容C24、电容C25以及高频三 极管Q1，第二高速接收光模块与第二激光发送电路连接，第二高速接收光模块的GND脚接 地，第二高速接收光模块的VCC脚接电源电压，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与第 二高速接收光模块的SIG脚电连接，电容C21的一端和电容C22的一端同时与第二高速接收 光模块的SIG脚电连接，电容C21的另一端和电容C22的另一端同时与高频三极管Q1的基极 电连接，电阻R27的一端、电容C25的一端以及高频三极管Q1的集电极均电连接电源电压，电 阻R27的另一端与高频三极管Q1的基极电连接，电容C25的另一端接地，电阻R26的一端和电 阻R25的一端同时与高频三极管Q1