一种高功率微波源强电磁环境气压测量装置的制作方法

本发明涉及一种高功率微波源强电磁环境气压测量装置。

背景技术：

气压测量装置完成高功率微波(hpm)源压力容器的气压监测，为系统正常运行提供实时信息。气压表作为重要的计量器具，分为机械式和电子式两种，前者环境适应性较强，但是无电信号输出，不能实现远距离监测，只能现场观测；后者通常具有标准串行通信协议的电输出接口，既可现场观测，也可远距离传输。由于hpm源系统中大功率电力电子器件的频繁开关操作等将产生很陡的瞬态脉冲；高功率微波经天线辐射，其旁瓣、后瓣以及反射微波均可经近场耦合和远场辐射形成高频传导和辐射干扰，对电网设备及附近的测控系统等电子单元造成电磁环境污染，导致功能性故障或永久损坏。采用电子式压力表直接安装在hpm源使用时，常出现气压表不能读数、黑屏甚至无法开机的故障现象，限制了其应用范围，因此拓展气压测量装置在强电磁环境的适用性是hpm测控系统研究中的重点之一。

hpm源系统气压测量装置通常使用的数字通讯压力表内置压力传感器，采用金属外壳，电缆出线远传压力信号，直流24v供电，因此影响气压测量的因素主要有三个：1.通过电源进线耦合输入电磁干扰。2.气压表金属外壳直接与hpm源腔体连接，即测量与系统高压地共地，hpm工作时地线瞬时电位抬高。3.从气压表输出电缆连接至现场测控单元，线缆暴露在强电磁干扰环境中，通过线缆传导及空间耦合到测量装置内。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高功率微波源强电磁环境气压测量装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高功率微波源强电磁环境气压测量装置，包括数字通讯压力表、绝缘过渡段和信号转换处理单元；其中，信号转换处理单元包括电/光转换模块(电/光转换模块用于将气压测量信号转换处理向外传输)、电源转换模块和滤波器；

数字通讯压力表通过绝缘过渡段安装在压力容器上；

数字通讯压力表与电/光转换模块连接，采用多模光纤远传；

电源转换模块设置在电/光转换模块和滤波器之间。

作为优选方式，绝缘过渡段与数字通讯压力表和压力容器均采用螺纹连接。绝缘过渡段包括大端和小端，其中大端内设置内螺纹，小端上设置外螺纹。

作为优选方式，电源转换模块为ac220v转dc24v转换模块。

作为优选方式，滤波器采用ac220v电源滤波器。

作为优选方式，绝缘过渡段采用mc尼龙材料制成。

作为优选方式，数字通讯压力表采用rs485型数字通讯压力表。

作为优选方式，电/光转换处理模块采用rs485转光纤转换器adam-4541。

作为优选方式，电/光转换模块通过光纤连接至远程监控设备(比如远程监控计算机)，光纤采用62.5/125μm多模光纤(光纤信号波长820nm)。

作为优选方式，光纤的接头类型为st。

作为优选方式，信号转换处理单元安装在屏蔽机盒中。

本发明的气压测量装置不仅达到了远距离实时监测压力容器气压的目的，还达到了应用于高功率微波源强电磁干扰环境的要求。

附图说明

图1是气压测量装置的系统示意图；

图2是气压测量装置中绝缘过渡段的主视图；

图3是气压测量装置中绝缘过渡段的俯视图；

图中，1-绝缘过渡段，2-数字通讯压力表，3-信号转换处理单元，301-电/光转换模块，302-电源转换模块，303-滤波器。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种高功率微波源强电磁环境气压测量装置，包括绝缘过渡段1、数字通讯压力表2和信号转换处理单元3；其中，信号转换处理单元3包括电/光转换模块301(电/光转换模块301用于将气压测量信号转换处理向外传输)、电源转换模块302和滤波器303；

数字通讯压力表2通过绝缘过渡段1安装在压力容器上，密封性好；

数字通讯压力表2采集气压信号以串行总线形式输出，并与电/光转换模块301(采用多模光纤远传)连接，数字通讯压力表2采集输出的测量信号采用多层屏蔽线缆就近连接至信号转换处理单元3，转换成光信号后输出，使用光纤作为远距离通讯介质，切断了经线缆耦合到信号转换处理单元3内的电磁干扰；电源转换模块302设置在电/光转换模块301和滤波器303之间，为数字通讯压力表2和电/光转换模块301供电。优选地，信号转换处理单元3采用屏蔽机盒安装，机盒内装电源滤波器303抑制了经过机盒孔缝、电源线缆引入的空间和传导干扰。

在一个优选实施例中，如图2和图3所示，绝缘过渡段1与数字通讯压力表2和压力容器均采用螺纹连接。绝缘过渡段1包括大端和小端，其中大端内设置内螺纹，小端上设置外螺纹。

在一个优选实施例中，电源转换模块302为ac220v转dc24v转换模块，数字通讯压力表2采用电源转换模块302输出的dc24v电源供电。

在一个优选实施例中，信号转换处理单元3采用ac220v电源经电源滤波器303输入供电，滤波器303采用ac220v电源滤波器。

在一个优选实施例中，绝缘过渡段1采用mc尼龙材料制成。

在一个优选实施例中，数字通讯压力表2采用rs485型数字通讯压力表，提供电信号输出和标准modbus通讯协议。

在一个优选实施例中，电/光转换模块301采用rs485转光纤转换器adam-4541。

在一个优选实施例中，电/光转换模块301通过光纤连接至远程监控设备(比如远程监控计算机)，光纤采用62.5/125μm多模光纤(光纤信号波长820nm)。

在一个优选实施例中，光纤的接头类型为st。

在一个优选实施例中，信号转换处理单元3安装在屏蔽机盒中，整体屏蔽性能在20mhz～10ghz频率范围不小于40db。

在一个优选实施例中，一种高功率微波源强电磁环境气压测量装置，所述测量装置由数字通讯压力表2、绝缘过渡段1和信号转换处理单元3三部分组成。数字通讯压力表2通过绝缘过渡段1安装在hpm源金属外筒上，采集气压信号转换处理输出rs485信号连接至信号转换处理单元3的测量信号输入；信号转换处理单元3内安装ac220v电源滤波器303、ac220v/dc24v电源转换模块302和rs485转光纤通信电/光转换模块301；信号转换处理单元3的测量信号输入连接至rs485转光纤通信模块的数据通信端口(data+、data-)，经过电/光转换处理的信号通过rs485转光纤通信模块的光口(rx、tx)，采用多模光纤连接至远程监控计算机。数字通讯压力表2采用标准modbusrtu通讯协议，现场测控单元或远程监控计算机依据协议编制读取软件进行气压采集和分析。系统提供的ac220v电源连接至信号转换处理单元3电源输入，经过其内部安装的ac220v电源滤波器303接至ac220v/dc24v电源转换模块302，电源转换模块302输出两路分别接至rs485转光纤通信电/光转换模块301及压力表的电源输入。气压测量装置的应用运行过程是：

1.装置安装：数字通讯压力表2通过绝缘过渡段1安装在hpm源金属外筒上，输出rs485信号线和dc24v电源输入线通过四芯连接头连接至信号转换处理单元3的四芯插座，信号转换处理单元3的光纤通信接口通过两根多模光纤连接至远程监控计算机，ac220v电源线连接至信号转换处理单元3电源输入接口。

2.装置上电：首先接通气压测量装置输入ac220v电源，然后闭合信号转换处理单元3电源开关。

3.装置初始化：气压测量装置通过两根多模光纤连接至远端监控计算机，监控计算机按照数字通讯压力表2配套的标准modbusrtu通讯协议，完成气压表的功能参数设置(通讯地址、通讯速率、通讯数据报文格式、滤波常数、小数最大显示位数及单位)。

4.装置测量：hpm源系统运行时，气压表实时采集hpm源压力容器内气压值，按照通讯协议中读数据格式打包采集数据，在接收到远端监控计算机读压力值指令时返回数据包。

在一个优选实施例中，本发明的高功率微波源气压测量装置，包括绝缘过渡段1、数字通讯压力表2、信号转换处理单元3，信号转换处理单元3包括电/光转换模块301、电源转换模块302和滤波器303。数字通讯压力表2通过绝缘过渡段1安装在压力容器上，压力表的采集信号输出接至信号转换处理单元3内的电/光转换模块301，压力表的电源输入由信号转换处理单元3中的电源转换模块302提供，电/光转换模块301处理过的气压测量信号经信号转换处理单元3光纤接口输出。外部电源接至信号转换处理单元3，由信号转换处理单元3内的滤波器303接至电源转换模块302。

压力表采用rs485型数字通讯压力表，绝缘过渡段1选用mc尼龙材料，电/光转换模块301采用rs485转光纤转换器adam-4541，电源转换模块302采用ac220v转dc24v模块，滤波器303采用ac220v电源滤波器；光纤采用62.5/125μm多模光纤(光纤信号波长820nm)，光纤接口选用集成光电转换器hfbr-1414(发射)/hfbr-2412(接收)，光纤接头类型为st；信号转换处理单元3采用定制屏蔽机盒安装，整体屏蔽性能在20mhz～10ghz频率范围不小于40db。

本发明为高功率微波源气压测量装置，开展了高功率微波源相关应用技术演示验证试验，在电子束源工作频率1hz～数十hz，工作持续时间1s～数十s，工作输出电压数百千伏，电流数十千安，功率gw量级，脉冲宽度数十ns左右条件下得到如下结果：一种高功率微波源气压测量装置实时采集压力容器气压值，同时远传至监控计算机显示，长期重复工作稳定，性能可靠。

本发明的目的是从电磁屏蔽、滤波和接地三方面进行考虑，设计一种气压测量装置，可靠实现hpm源强电磁环境的气压测量。为了克服现有的气压测量装置无法满足远距离数传和工作于强电磁干扰环境的不足，本发明提供一种气压测量装置，该装置不仅能实现远距离传输气压数据，还能够在hpm源强电磁环境可靠工作。

本发明的气压测量装置与现有技术相比：由于采用了绝缘过渡段1安装压力表，过渡段选用mc尼龙材料，其良好的绝缘性能可以有效将测量装置与hpm源高压地隔离，同时其强度较高，保证了接口的密封性；采用数字通讯压力表2，提供电信号输出和标准modbusrtu通讯协议，通过电/光转换处理，实现压力信号远传，传输距离可达2.5km。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。