一种光供电的电场测量装置的制作方法

1.本实用新型属于通信技术领域，具体涉及一种光供电的电场测量装置。


背景技术：

2.激光无线能量传输技术是将激光束作为能量传输的载体，采用光电池实现光电转换，其可以应用于高电压、强电磁干扰等极端恶劣环境下的以安全可靠供电为最终目的的光电能量传输系统，也可以应用于远距离传输的场景中。由于激光送能系统具有绝缘简单、 抗电磁干扰能力强等特点，在高电压、强磁场等应用场景得到了广泛的应用，逐渐成为一种可靠的供能手段。
3.电场测量设备用于各种电磁原理的验证和应用中，其特殊的应用场景，强电，强电磁和脉冲，对周围的电子设备产生干扰以及对人身都存在伤害性，于是高可靠的测量设备和远程操作尤其重要。常规的电场测量设备需要测试场地给其供电，一般都采用的是电池，但是电池容量有限，这就需要人员频繁的进入测量场地，增加了危险性。同时电子设备会干扰信号传输。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种光供电的电场测量装置和估计系统，旨在解决现有技术中采用电池给电场测量设供电，存在供电时间短，需要频繁更换电池，以及电子设备会干扰信号传输的问题。
5.本实用新型采取以下技术方案实现：
6.一种光供电的电场测量装置，包括探测器和接收器，所述探测器包括第二供电单元、电转光电路、电场感应单元，所述接收器包括第一供电单元、光转电电路和电场检测单元；所述第一供电单元与第二供电单元通过光纤连接，所述第一供电单元与光转电电路电连接，所述第二供电单元与电转光电路电连接，所述光转电电路和电转光电路通过光纤连接，所述电场感应单元与电转光电路的输入端连接，所述电场检测单元与光转电电路的输出端连接。
7.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
8.进一步地，所述第一供电单元包括电源模块u1、激光器j1，所述电源模块u1与激光器j1电连接，所述电源模块u1与光转电电路电连接。
9.进一步地，所述电源模块u1的4脚和5脚均输入5v电源，所述电源模块u1的1脚接地，所述电源模块u1的的2脚与激光器j1的2脚电连接，所述激光器j1的1脚接地。
10.进一步地，所述第二供电单元包括光电池j2、电源稳压模块u2，所述光电池j2与电源稳压模块u2电连接，所述电源稳压模块u2与电转光电路电连接。
11.进一步地，所述光电池j2的1脚与电源稳压模块u2的1脚电连接，所述光电池j2的2脚接地，所述电源稳压模块u2的3脚接地，所述电源稳压模块u2的4脚输出5v电源。
12.进一步地，所述电转光电路包括依次电连接的测量接口rf2、运算放大器u1、电阻
r1、运算放大器u2、电感l1和激光器cn1，所述测量接口rf2的输入端与电场感应单元无线连接，所述激光器cn1的输出端通过光纤与光转电电路连接。
13.进一步地，所述所述测量接口rf2的5脚与运算放大器u1的3脚连接，所述测量接口rf2的1脚、2脚、3脚、4脚接地，所述运算放大器u1的7脚、8脚接+5v电压，所述运算放大器u1的4脚接-5v电压，所述运算放大器u1的6脚与电阻r1连接，所述电阻r1与运算放大器u2的3脚连接，所述运算放大器u2的1脚、2脚和5脚接地，所述运算放大器u2的4脚接+5v电压，所述运算放大器u2的6脚与激光器cn1的2脚连接，所述电感l1的一端与运算放大器u2的4脚串联，所述电感l1的另一端与运算放大器u2的6脚串联，所述激光器cn1的1脚接地。
14.进一步地，所述光转电电路包括依次电连接的光电二极管j3、运算放大器u3、电感l2、测量接口rf1，所述测量接口rf1的输出端与电场检测单元电连接。
15.进一步地，所述光电二极管j3的1脚与运算放大器u3的3脚连接，所述光电二极管j3的2脚接+12v电压，所述运算放大器u3的1脚、2脚、5脚接地，所述运算放大器u3的4脚接+5v电压，所述运算放大器u3的6脚接测量接口rf1的5脚，所述电感l2的一端与运算放大器u3的6脚串联，所述电感l2的另一端与运算放大器u3的4脚串联。
16.进一步地，所述电场感应单元采用天线，所述电场检测单元采用示波器。
17.本实用新型的有益效果：
18.本实用新型的一种光供电的电场测量装置，采用光纤连接第一供电单元和第二供电单元实现供能，相比现有技术中采用电池供电的方式，本方式无需人工频繁进出测试场地进行电池的更换，提供了稳定的电源，降低了危险性。
19.利用天线进行无接触式感应电场值，将感应的电场值通过电转光电路和光转电电路进行电信号和激光信号之间的转换，同时利用光纤进行传输，大大减少了电子设备对信号的干扰。且本装置电路结构简单，使用更加高效便捷。
附图说明
20.图1是本实用新型提供的一种光供电的电场测量装置模块连接图。
21.图2是本实用新型提供的一种光供电的电场测量装置的电路图。
实施方式
22.为了阐明本实用新型的技术方案和工作原理，下面结合附图于具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
23.本实用新型提供了如图1-2所示的一种光供电的电场测量装置，包括探测器和接收器，所述探测器包括第二供电单元、电转光电路、电场感应单元，所述接收器包括第一供电单元、光转电电路和电场检测单元；所述第一供电单元与第二供电单元通过光纤连接，所述第一供电单元与光转电电路电连接，所述第二供电单元与电转光电路电连接，所述光转电电路和电转光电路通过光纤连接，所述电场感应单元与电转光电路的输入端连接，所述电场检测单元与光转电电路的输出端连接。
24.其中，电场感应单元采用天线，电场检测单元采用示波器。
25.第一供电单元包括电源模块u1、激光器j1，所述电源模块u1与激光器j1电连接，所
述电源模块u1与光转电电路电连接，电源模块u1的4脚和5脚均输入5v电源，所述电源模块u1的1脚接地，所述电源模块u1的2脚与激光器j1的2脚电连接，所述激光器j1的1脚接地。第二供电单元包括光电池j2、电源稳压模块u2，所述光电池j2与电源稳压模块u2电连接，所述电源稳压模块u2与电转光电路电连接。所述光电池j2的1脚与电源稳压模块u2的1脚电连接，所述光电池j2的2脚接地，所述电源稳压模块u2的3脚接地，所述电源稳压模块u2的4脚输出5v电源。可以理解为：首先给第一供电单元内的电源模块u1提供稳定的5v直流电源，然后通过第一供电单元内的激光器j1将电信号转化为光信号，通过光纤传送第二供电单元，第二供电单元内的光电池j2将光信号转化为电信号，同时利用电源稳压模块对电源进行稳压。
26.所述电转光电路包括依次电连接的测量接口rf2、运算放大器u1、电阻r1、运算放大器u2、电感l1和激光器cn1，所述测量接口rf2的输入端与电场感应单元无线连接，所述激光器cn1的输出端通过光纤与光转电电路连接，所述所述测量接口rf2的5脚与运算放大器u1的3脚连接，所述测量接口rf2的1脚、2脚、3脚、4脚接地，所述运算放大器u1的7脚、8脚接+5v电压，所述运算放大器u1的4脚接-5v电压，所述运算放大器u1的6脚与电阻r1连接，所述电阻r1与运算放大器u2的3脚连接，所述运算放大器u2的1脚、2脚和5脚接地，所述运算放大器u2的4脚接+5v电压，所述运算放大器u2的6脚与激光器cn1的2脚连接，所述电感l1的一端与运算放大器u2的4脚串联，所述电感l1的另一端与运算放大器u2的6脚串联，所述激光器cn1的1脚接地。可以理解为：首先天线感应电场强度，然后将感应的电场转化为微弱的电压信号，依次经过运算放大器u1和运算放大器u2（两级放大电路）进行信号放大，然后运算放大器u2与激光器cn1连接，根据信号的强度，驱动激光器cn1发生一定强度的激光，该激光的强度与测量的电场强度成正比，最后通过光纤将激光传输至光转电电路。
27.在进行信号放大过程中，需要考虑高带宽、高输入阻抗以及高放大增益的要求，因此，运算放大器u1用于将天线测得的电场信号做阻抗匹配，将高阻态的信号转化成测量系统的低阻态信号，需要满足高带宽性能和高频响范围；运算放大器u2用于放大信号，需要有足够大的放大倍数，确保不被系统噪声所淹没，同时保持高带宽性能；电阻r1为100，电阻r1将运算放大器u1和运算放大器u2连接，可以保持运算放大器u1的高带宽性能，同时平衡运算放大器u2的放大倍数，确保低阻态信号能够被测量系统所采集到。
28.光转电电路包括依次电连接的光电二极管j3、运算放大器u3、电感l2、测量接口rf1，所述测量接口rf1的输出端与电场检测单元电连接，所述光电二极管j3的1脚与运算放大器u3的3脚连接，所述光电二极管j3的2脚接+12v电压，所述运算放大器u3的1脚、2脚、5脚接地，所述运算放大器u3的4脚接+5v电压，所述运算放大器u3的6脚接测量接口rf1的5脚，所述电感l2的一端与运算放大器u3的6脚串联，所述电感l2的另一端与运算放大器u3的4脚串联。可以理解为：利用光电二极管j3接收激光信号，然后利用光电二极管j3将光能转化为电信号，该光电二极管j3产生的电信号与接收的光强呈正比例的线性关系，然后将电信号输送至运算放大器u3，将电信号进行放大，最后传输给测量接口rf1，通过示波器检测电场强度。
29.本技术的主要工作原理如下：
30.本技术中的方案主要包括两方面，一方面是供能，一方面是电场测量。
31.供能方面，以第一供电单元向第二供电单元供电为例：
32.首先第一供电单元内的电源模块u1外接5v直流电源，然后将5v直流电源转化为横流源给激光器j1供电，然后激光器j1将电信号转化为光信号，通过光纤传输给第二供电单元，第二供电单元内的光电池j2将光信号转化为电信号，同时利用电源稳压模块对电源进行稳压，并给第二通讯单元供电。
33.电场测量方面，以测量的信号流向为例：
34.室内检测：首先将探测器放置在需要测量电场强度的环境下，然后利用天线感应电场强度，将感应的电场转化为微弱的电压信号，依次经过运算放大器u1和运算放大器u2（两级放大电路）进行信号放大，运算放大器u2与激光器cn1连接，根据信号的强度，驱动激光器cn1发生一定强度的激光，该激光的强度与测量的电场强度成正比，最后通过光纤将激光传输至接收器。
35.远程接收：接收器的光电二极管j3接收激光信号，然后利用光电二极管j3将光能转化为电信号，该光电二极管j3产生的电信号与接收的光强呈正比例的线性关系，然后将电信号输送至运算放大器u3，将电信号进行放大，最后传输给测量接口rf1，通过示波器检测电场强度。
36.以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种光供电的电场测量装置，其特征在于：包括探测器和接收器，所述探测器包括第二供电单元、电转光电路、电场感应单元，所述接收器包括第一供电单元、光转电电路和电场检测单元；所述第一供电单元与第二供电单元通过光纤连接，所述第一供电单元与光转电电路电连接，所述第二供电单元与电转光电路电连接，所述光转电电路和电转光电路通过光纤连接，所述电场感应单元与电转光电路的输入端连接，所述电场检测单元与光转电电路的输出端连接。2.根据权利要求1所述的一种光供电的电场测量装置，其特征在于：所述第一供电单元包括电源模块u1、激光器j1，所述电源模块u1与激光器j1电连接，所述电源模块u1与光转电电路电连接。3.根据权利要求2所述的一种光供电的电场测量装置，其特征在于：所述电源模块u1的4脚和5脚均输入5v电源，所述电源模块u1的1脚接地，所述电源模块u1的2脚与激光器j1的2脚电连接，所述激光器j1的1脚接地。4.根据权利要求1所述的一种光供电的电场测量装置，其特征在于：所述第二供电单元包括光电池j2、电源稳压模块u2，所述光电池j2与电源稳压模块u2电连接，所述电源稳压模块u2与电转光电路电连接。5.根据权利要求4所述的一种光供电的电场测量装置，其特征在于：所述光电池j2的1脚与电源稳压模块u2的1脚电连接，所述光电池j2的2脚接地，所述电源稳压模块u2的3脚接地，所述电源稳压模块u2的4脚输出5v电源。6.根据权利要求1所述的一种光供电的电场测量装置，其特征在于：所述电转光电路包括依次电连接的测量接口rf2、运算放大器u1、电阻r1、运算放大器u2、电感l1和激光器cn1，所述测量接口rf2的输入端与电场感应单元无线连接，所述激光器cn1的输出端通过光纤与光转电电路连接。7.根据权利要求6所述的一种光供电的电场测量装置，其特征在于：所述测量接口rf2的5脚与运算放大器u1的3脚连接，所述测量接口rf2的1脚、2脚、3脚、4脚接地，所述运算放大器u1的7脚、8脚接+5v电压，所述运算放大器u1的4脚接-5v电压，所述运算放大器u1的6脚与电阻r1连接，所述电阻r1与运算放大器u2的3脚连接，所述运算放大器u2的1脚、2脚和5脚接地，所述运算放大器u2的4脚接+5v电压，所述运算放大器u2的6脚与激光器cn1的2脚连接，所述电感l1的一端与运算放大器u2的4脚串联，所述电感l1的另一端与运算放大器u2的6脚串联，所述激光器cn1的1脚接地。8.根据权利要求7所述的一种光供电的电场测量装置，其特征在于：所述光转电电路包括依次电连接的光电二极管j3、运算放大器u3、电感l2、测量接口rf1，所述测量接口rf1的输出端与电场检测单元电连接。9.根据权利要求8所述的一种光供电的电场测量装置，其特征在于：所述光电二极管j3的1脚与运算放大器u3的3脚连接，所述光电二极管j3的2脚接+12v电压，所述运算放大器u3的1脚、2脚、5脚接地，所述运算放大器u3的4脚接+5v电压，所述运算放大器u3的6脚接测量接口rf1的5脚，所述电感l2的一端与运算放大器u3的6脚串联，所述电感l2的另一端与运算放大器u3的4脚串联。10.根据权利要求1所述的一种光供电的电场测量装置，其特征在于：所述电场感应单元采用天线，所述电场检测单元采用示波器。

技术总结
本实用新型公开了一种光供电的电场测量装置，包括探测器和接收器，所述探测器包括第二供电单元、电转光电路、电场感应单元，所述接收器包括第一供电单元、光转电电路和电场检测单元；所述第一供电单元与第二供电单元通过光纤连接，所述第一供电单元与光转电电路电连接，所述第二供电单元与电转光电路电连接，所述光转电电路和电转光电路通过光纤连接，所述电场感应单元与电转光电路的输入端连接，所述电场检测单元与光转电电路的输出端连接。本实用新型的一种光供电的电场测量装置，本实用新型提供了长久稳定的电源。利用电转光电路和光转电电路进行电信号和激光信号之间的转换，并采用光纤传输，减少了电子设备对信号的干扰。减少了电子设备对信号的干扰。减少了电子设备对信号的干扰。


技术研发人员：朱崇铭 沈诚龙 柯旭 曹丽华 双加云 李园
受保护的技术使用者：苏州菲利波电磁技术有限公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/9/16