辐射探测宽带模拟光纤传输系统的制作方法

本实用新型属于核电子学技术领域，具体涉及一种辐射探测宽带模拟光纤传输系统，可用于辐射探测中脉冲电信号的宽带高精度测量。

背景技术：

脉冲电信号传输技术常应用于科学研究和工程实践中，特别是在辐射探测领域。同轴电缆作为常用的传输介质，其频率响应特性和传输损耗无法完全满足长距离传输需求。光纤传输具有损耗低、频带宽、造价低、抗电磁干扰能力强等优点，在脉冲辐射场测量中，使用光纤长距离传输脉冲信号具有明显的优越性。

当前，实用的模拟光纤传输系统已在大型模拟设备测量的快脉冲信号传输中得到成功应用，发表的文献主要包括：《激光技术》的《用于超快诊断的3ghz模拟光纤传输系统》；《fiberopticcablesfortransmissionofhigh-powerlaserpulsesinspaceflightapplications》；《applicationofopticalfibersinnucleartestdiagnostics》等。此类系统能够实现脉冲电信号的长距离传输，但系统的传输带宽下限过高，通常在khz量级，不利于信号中低频成分的传输。

技术实现要素：

为了解决模拟光纤传输系统中存在的传输带宽下限过高的问题，本实用新型提供了一种辐射探测宽带模拟光纤传输系统，可以解决脉冲电信号的长距离传输问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种辐射探测宽带模拟光纤传输系统，包括光发射模块和光接收模块；所述光发射模块设置在输入信号源和光纤之间，用于将输入电信号转换为光信号，光信号经由光纤传输到光接收模块，所述光发射模块包括第一电压跟随器、第二电压跟随器、加法电路和dfb激光器，所述第一电压跟随器、第二电压跟随器通过加法电路与dfb激光器连接；所述光接收模块设置在光纤和信号记录设备之间，用于将光信号还原为电信号输出，其包括依次设置的pin光电二极管、跨阻放大器和主放大器。

进一步地，所述第一电压跟随器包括运算放大器a1、电阻r1和电阻rin，所述第二电压跟随器包括运算放大器a2、电阻r2和可调电阻rref1，所述加法电路包括运算放大器a4、电阻r3、电阻r4和电阻rs；所述运算放大器a1的同相输入端与输入信号连接，反向输入端与其输出端连接，输出端通过电阻r1与运算放大器a4的同相输入端连接，所述电阻rin的一端与运算放大器a1的同相输入端连接，另一端接地；所述运算放大器a2的同相输入端与可调电阻rref1的调节端连接，反向输入端与其输出端连接，输出端通过电阻r2与运算放大器a4的同相输入端连接，所述可调电阻rref1的一端与直流偏置电压连接，另一端接地；所述运算放大器a4的输出端与电阻rs连接，反向输入端通过电阻r4与其输出端连接，所述电阻r3的一端与运算放大器a4的反相输入端连接，另一端接地；所述电阻rs的一端与运算放大器a4的输出端连接，另一端与dfb激光器连接。

进一步地，所述dfb激光器为二极管d1，所述二极管d1的阳极与电阻rs连接，阴极接地。

进一步地，所述电阻r1、电阻r2与加法电路之间设置有缓冲器a3，用于使光发射模块稳定工作。

进一步地，所述pin光电二极管为光电二极管d2，所述跨阻放大器包括运算放大器a5、电阻rf、反馈电容cf和可调电阻rref2，所述主放大器包括运算放大器a6、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电阻r8；所述光电二极管d2的阳极接电源电压，阴极与运算放大器a5的反向输入端连接，所述运算放大器a5的同相输入端接地，输出端通过电阻r5与运算放大器a6的同相输入端连接，所述电阻rf和反馈电容cf并联在运算放大器a5的反向输入端、输出端之间；所述运算放大器a6的反向输入端通过电阻r6与可调电阻rref2的调节端连接，所述电阻rref2的一端与电源电压连接，另一端接地，所述电阻r8并联在运算放大器a6的反向输入端、输出端之间，所述电阻r7的一端接地，另一端与运算放大器a6的同相输入端连接。

进一步地，所述光发射模块设置在机箱内，所述机箱采用铝材整体镂空技术制作。

进一步地，还包括设置在机箱内的电池，所述光发射模块通过机箱内可充电锂离子电池供电。

进一步地，所述电阻r1的阻值为50ω，所述电阻r2的阻值为100ω，所述电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电阻r8的阻值为1kω；所述电阻rf的阻值为1kω，反馈电容cf的电容为0.1pf。

进一步地，所述电阻rin的阻值为50ω。

进一步地，所述运算放大器a1、运算放大器a2、运算放大器a4和运算放大器a6的型号为ths3001，缓冲器a3型号为buf602，运算放大器a5型号为opa657，dfb激光器为ldm3s509，pin光电二极管为pdcs983。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的优点是：

本实用新型提供了一种辐射探测宽带模拟光纤传输系统，利用电压跟随器的“缓冲、隔离”特性，系统的传输带宽可至dc，保护了信号中的低频成分，保证信号的完整性。

附图说明

图1为本实用新型辐射探测宽带模拟光纤传输系统的原理图；

图2为本发系统中光发射模块的一个具体实例示意图；

图3为本发系统中光接收模块的一个具体实例示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的一个优选实例进行说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种辐射探测宽带模拟光纤传输系统，该系统可以实现dc～200mhz的传输带宽。该系统包括光发射模块和光接收模块，光发射模块设置在信号发射一侧，位于输入信号源和光纤之间，光接收模块设置在信号接收一侧，位于光纤和信号记录设备之间；光发射模块将输入电信号转换为光信号，光信号经由光纤传输到光接收模块，光接收模块将光信号还原为电信号输出。

光发射模块主要由第一电压跟随器、第二电压跟随器、加法电路(运算放大器及其外围元器件构成)和dfb激光器等组成，用于将输入电信号转换为光信号；光接收模块主要由pin光电二极管、跨阻放大器和主放大器等组成，用于将经由光纤传输过来的光信号还原为电信号，并在信号记录设备上进行记录。图2为光发射模块的一个具体实例，图3为光接收模块的一个具体实例，其中运算放大器a1、a2、a4和a6的型号为ths3001，缓冲器a3型号为buf602，跨阻放大器a5型号为opa657，dfb激光器为ldm3s509，pin光电二极管为pdcs983。

如图2所示，第一电压跟随器包括运算放大器a1、电阻r1和电阻rin，第二电压跟随器包括运算放大器a2、电阻r2和可调电阻rref1，加法电路包括运算放大器a4、电阻r3、电阻r4和电阻rs；运算放大器a1的同相输入端与输入信号连接，反向输入端与其输出端连接，输出端通过电阻r1与运算放大器a4的同相输入端连接，电阻rin的一端与运算放大器a1的同相输入端连接，另一端接地；运算放大器a2的同相输入端与可调电阻rref1的调节端连接，反向输入端与其输出端连接，输出端通过电阻r2与运算放大器a4的同相输入端连接，可调电阻rref1的一端与直流偏置电压连接，另一端接地；

运算放大器a4的输出端与电阻rs连接，反向输入端通过电阻r4与其输出端连接，电阻r3的一端与运算放大器a4的反相输入端连接，另一端接地；所述电阻rs的一端与运算放大器a4的输出端连接，另一端与dfb激光器连接。dfb激光器为二极管d1，二极管d1的阳极与电阻rs连接，阴极接地

光发射模块中，a1、a2组成电压跟随器，输入信号接a1的同相输入端，直流偏置接a2的同相输入端，具有“缓冲、隔离”特性的电压跟随器可以避免输入信号与直流偏置电压的相互干扰。输入信号与a1、直流偏置与a2均采用直接耦合方式，可以保护信号中的低频成分。r1阻值为50ω，r2阻值为100ω。缓冲器a3接在电压跟随器与加法电路之间，可以使光发射模块稳定工作，a3与a1、a2、a4之间均采用直接耦合方式，buf602具有带宽高、压摆率大的特点，对系统性能影响不大。运算放大器a4及其外围电路组成加法电路，能够将输入信号与直流偏置相加，其中，r3、r4的阻值为1kω。此外，a4还起到阻抗变换、提高驱动能力的作用。

关于直流偏置电压的选择，应使其逼近激光器阈值，可以减小电光延迟时间。信号源对负载的输入阻抗要求是50ω，运算放大器同相输入端的输入阻抗大，通过在运放a1的同相输入端接上一个50ω的接地电阻rin，能够实现与信号源之间的阻抗匹配。激光器d1为容性负载，在运放a4的输出端与激光器d1之间串联电阻rs可以抑制过冲。

如图3所示，pin光电二极管为光电二极管d2，跨阻放大器包括运算放大器a5、电阻rf、反馈电容cf和可调电阻rref2，主放大器包括运算放大器a6、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电阻r8；光电二极管d2的阳极接电源电压，阴极与运算放大器a5的反向输入端连接，运算放大器a5的同相输入端接地，输出端通过电阻r5与运算放大器a6的同相输入端连接，电阻rf和反馈电容cf并联在运算放大器a5的反向输入端、输出端之间；运算放大器a6的反向输入端通过电阻r6与可调电阻rref2的调节端连接，可调电阻rref2的一端与电源电压连接，另一端接地，电阻r8并联在运算放大器a6的反向输入端、输出端之间，电阻r7的一端接地，另一端与运算放大器a6的同相输入端连接。

光接收模块中，光电二极管d2反向偏置，阳极接-5v电压，阴极接跨阻放大器a5的反向输入端。光电二极管d2为电流型器件，跨阻放大器a5将光电二极管d2输出的电流信号转换为电压信号，其中反馈电阻rf为1kω，反馈电容cf为0.1pf。主放大器a6构成“减法”电路，其作用是将跨阻放大器a5输出信号放大至所需幅度，并“去除”为保证激光器d1正常工作所加的直流偏置成分，其中r5、r6、r7和r8的阻值均为1kω。为保护信号中的低频成分，跨阻放大器a5与主放大器a6的连接采用直接耦合方式。

由于前端光发射模块处于强电磁脉冲环境中，为了提高系统抗干扰能力，本实用新型还包括了机箱和电池，光发射模块设置在机箱内，机箱拟采用铝材整体镂空技术，尽量减少外壳拼接，增强电磁屏蔽效能。供电电源拟采用机箱内可充电锂离子电池为光发射模块供电，不允许外供电源线接入。

本实用新型解决了当前已有辐射探测模拟光纤传输系统传输带宽下限过高的问题，系统的传输带宽可至dc，保护了信号中的低频成分，保证信号的完整性。