光电式电场近场扫描仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的技术方案涉及测量磁变量和电变量的系统，具体地说是光电式电场近场扫描仪。
【背景技术】
[0002]电路板的电磁兼容是电子技术发展到高速时代后不可忽视的环节，工作中的电路板产生的各种电磁辐射会对其周围电子元件和电路产生一定程度的影响，在元器件选择和电路板设计过程中，电磁兼容设计是非常重要的步骤，而电路板电磁辐射的测试与评估，需要有专业的电磁场强度测试设备来完成。目前国际上比较成熟的技术是利用微型天线制作的探针或者微型天线阵列组成的探测板来探测电场，将微型天线捕捉到的微弱型号进行调理放大，得到相应的电场强度值；另一种方法是利用霍尔原理，采用对磁场敏感的特殊材料制作探头来采集磁场强度，以上方式都需要在探头上施加外部电压或电流，本身就引入了空间电磁干扰，而不同工作条件下的电磁辐射又需要不同参数的探头来完成测量，观察记录和数据分析都较为复杂。
[0003]CN104635063A公开了一种三维电磁场平移扫描光学测量系统及电磁场测定方法，CN204422737U报道了一种三维光学通道电磁场移动扫描测量系统，两者内容差不多，都存在的如下缺陷:①光学传感器安装于移动臂上，移动过程中产生的震动对光纤中光信号采集有致命的影响；②测量控制中控制方式不够灵活；③测量精度不高。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供光电式电场近场扫描仪，是一种采用安装有上下两个光纤晶体探头的三维光电式电场近场扫描装置，克服了现有技术的电场探测系统本身就引入空间电磁干扰、观察记录和数据分析都很复杂、移动过程中产生的震动、控制方式不够灵活和测量精度不高的缺陷。
[0005]本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:光电式电场近场扫描仪，是一种采用安装有上下两个光纤晶体探头的三维光电式电场近场扫描装置，由电场近场扫描装置、电源、控制器、驱动模块、三个步进电机、三路位置传感器、信号处理电路、485总线通信模块、上位机、半导体激光器和光学回路构成；上述部件的连接方式是:电源的输入电压为交流220伏，电源的输出设置有直流24V3A、直流正5V2A和直流负5V2A三路，其中电源输出直流24V3A给驱动模块和三个步进电机供电，直流正5V2A和直流负5V2A共同给运放uA741提供电源，电源输出直流正5V2A给控制器、三路位置传感器、半导体激光器和信号处理电路供电，三个步进电机连接含有三个电机驱动器的驱动模块，控制器控制该驱动模块，并且连接到三路位置传感器，半导体激光器产生的905nm波长激光束经光学回路传输到电场近场扫描装置中的光纤晶体探头，该光纤晶体探头反射回光学回路的激光强度经过信号处理电路传送到控制器，控制器将此信号进行数模转换并经过485总线通信模块发送给上位机，上位机将控制器传送的数据进行换算显示到图形窗口生成三维图形，由此完成光电式电场近场扫描仪整体功能；上述电场近场扫描装置是由两个光纤晶体探头、带有标尺的上下探头调整臂、待测电路板、待测电路板固定架、X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨、探头减震固定底座和三轴机械固定底座构成，该装置中上述零部件的连接方式是:一个上方的光纤晶体探头安装在带标尺的上下探头调整臂水平臂的前端，另一个下方的光纤晶体探头安装在探头减震固定底座的前端，两个光纤晶体探头上下对齐，待测电路板被夹紧在待测电路板固定架上，待测电路板固定架被固定在水平的X轴导轨上，X轴导轨嵌在垂直的左右两个Y轴导轨的导轨槽内可以上下移动，左右两个Y轴导轨则被分别嵌在位于水平面的左右两个Z轴导轨的导轨槽中可前后移动，X轴导轨、两个Y轴导轨和两个Z轴导轨一起被凹形的三轴机械固定底座固定为一个构架整体，探头减震固定底座和三轴机械固定底座置于同一水平面，但之间无任何硬性连接，且探头减震固定底座接地处做了减震处理；上述光电式电场近场扫描仪中的下述部件在电场近场扫描装置中的具体安装位置是:三个步进电机分别固定在X轴导轨的一端、Y轴导轨的一端和Z轴导轨的一端，驱动模块、控制器和485总线通信模块顺序安装于三轴机械固定底座内部，三路位置传感器分别安置在三个步进电机分别与X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨的连接处，信号处理电路、半导体激光器和光学回路安置在探头减震固定底座上。
[0006]上述光电式电场近场扫描仪，所述光纤晶体探头是由光纤和砷化镓立方晶体按照固定晶向粘接在一起构成的。
[0007]上述光电式电场近场扫描仪，所述信号处理电路是采用光电倍增管Jl及Ul芯片UA741运放搭建电路，其构成是，Jl为光电倍增管，0.0luF电容Cl与100K电阻R2并联后的一端接UA741运放的负极端2和Jl的2端，电容Cl与电阻R2并联后的另一端连接uA741运放的输出端6和2K电阻R5 —端，电阻R5另一端连接1K电阻R6 —端，电阻R6另一端接地，1K电阻Rl —端接UA741运放的正极端3和Jl的I端，Rl另一端接地，Netl为uA741运放负电压7脚的负电源接入点，10欧姆电阻R3 —端接uA741运放正电压4脚，R3另一端接电源正极+VI，10欧姆电阻R4 —端接电源负极-VI，R4另一端与220uF电容C2正极和0.0luF电容C3 —端并联一起接至Net I，C2负极、C3另一端、220uF电容C4负极和0.0luF电容C5 —端一起接地，C4正极和C5另一端一起接UA741运放正电压4脚。
[0008]上述光电式电场近场扫描仪，所述两个光纤晶体探头上下对齐，且两个光纤晶体探头之间的距离可调，可调范围为I?50厘米。
[0009]上述光电式电场近场扫描仪，所述带有标尺的上下探头调整臂的可调范围为I?50cm,待测电路板固定架可固定I?50cm宽度的待测电路板，X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导的轨移动范围为I?60cm，探头减震固定底座尺寸为40cmX 40cmX 1cm，三轴机械固定底座的尺寸为 10cmX80cmX 10cm。
[0010]上述光电式电场近场扫描仪，所述信号处理电路采用的光电倍增管Jl的型号为电工牌⑶B-2。
[0011]上述光电式电场近场扫描仪，所述电源采用铭玮24V和正负5V多路输出开关电源，控制器采用STM32F103ZET6，驱动模块采用ZD-6717-V3直流无刷驱动器，三个步进电机采用57HS09两相步进电机，三路位置传感器采用NJK-5001C霍尔接近开关，485总线通信模块采用MAX1487芯片，上位机采用可流畅运行Windows XP系统的微型台式计算机，半导体激光器采用LSR-905nm和500mW的半导体激光器，光学回路包含准直透镜、聚光镜、分光镜、四分之一波片和反光镜，这些零部件均通过公知途径获得。
[0012]上述光电式电场近场扫描仪，所述电场近场扫描装置中的带有标尺的上下探头调整臂、待测电路板、待测电路板固定架、X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨、探头减震固定底座和三轴机械固定底座均是本领域技术人员能够加工制作的。
[0013]上述光电式电场近场扫描仪，所有零部件的安装和连接方式是本领域技术人员所能掌握的。
[0014]上述光电式电场近场扫描仪，其运行的方法是:装置上电后，电场近场扫描装置处于起始位置，用户根据实际情况调整带标尺的上下探头调整臂，调整上下光纤晶体探头的位置和距离，并在上位机中设定扫描起始位置、扫描范围和扫描精度，设定值中的Z轴导轨扫描范围应小于两个光纤晶体探头的空间距离，上位机通过485总线通信模块将用户数据发送给控制器，控制器依据这些数据控制驱动模块驱动步进电机，将待测电路板移动到相应位置并开始扫描程序，当扫描到设定的边界范围后，控制器控制驱动模块驱动步进电机，将待测电路板固定架和待测电路板恢复到起始位置等待下一次扫描命令。
[0015]本发明的有益效果是:与现有技术相比，本发明的突出的实质性特点是:本发明采用双光纤晶体探头的三维电场近场扫描装置，以三轴步进电机控制系统为基础，安装有上下两个光纤晶体探头，可同时扫描待测电路板正反两面电场近场场强。光纤晶体探头扫描到的数据通过单片机处理后经由485总线上传到上位机，这些数据在上位机中进行处理、显示和存储。数据采集、电机控制和上位机组成一主多从的485结构，用户通过上位机设定起始位置、扫描范围和扫描精度这些参数，设定完成后将各种参数发送给控制器，控制器收到后根据设定值来控制驱动模块驱动步进电机移动待测电路板到相应位置，并确定扫描范围、步进距离和精度。
[0016]与现有技术相比，本发明的显著进步如下:
[0017](I)本发明光电式电场近场扫描仪采用双光纤晶体探头可有效避免扫描装置对原电场的破坏，采集到的电路板正反面数据在上位机同时显示，三维场强数据更加形象生动，正反面近场同时扫描和可变分辨率缩短了扫描时间，而起始位置和范围设置使扫描更加灵活便捷，历史数据查看的功能更方便用户使用。
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