專利名稱：一種橋絲感應(yīng)電流的測量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橋絲感應(yīng)電流的測量方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種非接觸式橋絲感
應(yīng)電流的測量方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
橋絲式電點(diǎn)火頭處于交變的電磁環(huán)境中的感應(yīng)電流的測量，屬于弱信號探測。如 果橋絲內(nèi)的感應(yīng)電流過大，則會引起意外情況發(fā)生。因此對處于交變的磁場中的橋絲內(nèi)的 感應(yīng)電流進(jìn)行測試，從而對橋絲的電磁環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行評估是很必要的。 傳統(tǒng)的測量橋絲感應(yīng)電流方法大多采用熱電偶和熱敏電阻等來對橋絲的感應(yīng)電 流進(jìn)行測量，但這些方法有著其固有的缺點(diǎn)在電磁環(huán)境下，測量電路本身會產(chǎn)生感應(yīng)電 流，從而使測量結(jié)果有很大的誤差。 文獻(xiàn)"電發(fā)火系統(tǒng)感應(yīng)電流測試方法研究"(王韶光，齊杏林，曹宏安等，軍械工 程學(xué)院學(xué)報，2003，15(4) :11 14)提出一種白光干涉型光纖測溫儀，其采用一種基于 Fabry-Perot (法布里-泊羅)干涉原理的光纖探頭，再利用波長調(diào)制原理建立溫度_光程 差_波長_信號峰值點(diǎn)的關(guān)系，通過標(biāo)定傳感器，實(shí)現(xiàn)對溫度的測量，最后根據(jù)電流_溫度 平方根曲線來得到相應(yīng)的電流。此方法利用光纖傳輸信號，不受電磁輻射的影響，克服了傳 統(tǒng)方法在這方面的缺點(diǎn)。但是該方法也帶來了新的困難需要人為的安放光纖傳感頭。由 于橋絲的尺寸很小，直徑約10微米長度約1毫米，傳感頭與橋絲接觸容易使橋絲發(fā)生形變， 形變的程度是不容易控制的，從而容易帶來誤差。此外，該方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種基于紅外光纖分光原理的非接觸式紅外橋絲感應(yīng)電流的測量 方法及系統(tǒng)，它解決了現(xiàn)有的白光干涉型光纖測溫儀測量誤差大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的技術(shù)問 題。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 —種橋絲感應(yīng)電流的測量方法，其特殊之處在于包括以下步驟
1]在同一批橋絲中任意取一根橋絲； 2]給該橋絲外加一個測試電流，用紅外透鏡組將橋絲的紅外輻射光耦合入紅外光 纖； 3]將紅外光纖出射的紅外輻射光入射到光調(diào)制盤上； 4]用近紅外探測器和中紅外探測器分別探測光調(diào)制盤輸出的紅外輻射光中的近 紅外光和中遠(yuǎn)紅光，得到近紅外光的響應(yīng)光電壓信號和中遠(yuǎn)紅光的響應(yīng)光電壓信號；
5]將近紅外光的響應(yīng)光電壓信號和光調(diào)制盤的參考頻率送入鎖相放大器，并在鎖 相放大器上得到近紅外光電壓的讀數(shù)； 將中遠(yuǎn)紅外光的響應(yīng)光電壓信號和光調(diào)制盤的參考頻率送入鎖相放大器，并在鎖 相放大器上得到中遠(yuǎn)紅外光電壓的讀數(shù)；
6]計算中遠(yuǎn)紅外光電壓和近紅外光電壓的比值并記錄外加的測試電流值；
7]改變外加的測試電流值，重復(fù)步驟2]至步驟6]，得到該橋絲的中遠(yuǎn)紅光電壓和 近紅外光電壓的比值與測試電流值的對應(yīng)關(guān)系曲線； 8]對置于不同的電磁環(huán)境中的待測橋絲，不加測試電流的條件下測出中遠(yuǎn)紅光電 壓和近紅外光電壓的比值，利用步驟7]中的關(guān)系曲線得出待測橋絲在該電磁環(huán)境中的感 應(yīng)電流。
—種橋絲感應(yīng)電流的測量方法，特殊之處在于包括以下步驟
1]在同一批橋絲中任意取一根橋絲； 2]給該橋絲外加一個測試電流，用紅外透鏡組將橋絲的紅外輻射光耦合入紅外光 纖； 3]從紅外光纖出來的紅外輻射光經(jīng)光調(diào)制盤后入射到紅外分光鏡上被分成近紅 外光和中遠(yuǎn)紅外光； 4]用探測器分別探測近紅外光和中遠(yuǎn)紅光的響應(yīng)光電壓信號； 5]將響應(yīng)光電壓信號和光調(diào)制盤的參考頻率送入鎖相放大器，并在鎖相放大器上
得到光電壓的讀數(shù)； 6]計算中遠(yuǎn)紅光電壓和近紅外光電壓的比值并記錄外加的測試電流值； 7]改變外加的測試電流值，重復(fù)步驟2]至步驟6]，得到該橋絲的中遠(yuǎn)紅光電壓和
近紅外光電壓的比值與測試電流值的對應(yīng)關(guān)系曲線； 8]對置于不同的電磁環(huán)境中的待測橋絲，不加測試電流的條件下測出中遠(yuǎn)紅光電 壓和近紅外光電壓的比值，利用步驟7]中的關(guān)系曲線得出待測橋絲在該電磁環(huán)境中的感 應(yīng)電流。 上述探測器包括近紅外探測器和中紅外探測器；所述鎖相放大器的數(shù)量為兩臺，
分別與近紅外探測器和中紅外探測器相連。
—種橋絲感應(yīng)電流的測量系統(tǒng)，其特殊之處在于 上述測量系統(tǒng)包括可向橋絲供電的電源裝置、光纖耦合裝置、測量裝置以及連接 光纖耦合裝置與測量裝置的紅外光纖； 上述光纖耦合裝置包括套管、橋絲安裝座、紅外透鏡組和紅外探頭；所述橋絲安裝 座、紅外透鏡組和紅外探頭設(shè)置在套管內(nèi)；所述橋絲安裝座可放置橋絲并可將橋絲與電源 裝置連接，所述橋絲和光纖探頭分別處于紅外透鏡組的兩個焦平面的位置，所述紅外探頭 與紅外光纖連接。 上述測量裝置包括光調(diào)制盤、紅外探測器、與紅外探測器相連的鎖相放大器；上述 紅外光纖的輸出光入射到光調(diào)制盤，所述光調(diào)制盤的輸出光入射到紅外探測器上，其頻率 輸出端與鎖相放大器連接。 上述測量裝置包括光調(diào)制盤、紅外分光鏡、設(shè)置在紅外分光鏡透射方向的第一紅 外探測器、設(shè)置在紅外分光鏡反射方向的第二紅外探測器、與第一紅外探測器相連的第一 鎖相放大器、與第二紅外探測器相連的第二鎖相放大器；所述紅外光纖的輸出光入射到光 調(diào)制盤，所述光調(diào)制盤的輸出光入射到紅外分光鏡上，其頻率輸出端分別與第一鎖相放大 器和第二鎖相放大器連接。 上述第一紅外探測器是近紅外探測器，所述第二紅外探測器是中紅外探測器。
上述近紅外探測器是InGaAs材料的紅外探測器，所述中紅外探測器是InSb材料 的紅外探測器。 上述紅外透鏡組包括兩個紅外透鏡；所述電源裝置包括電源、滑線變阻器和電流表。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是 1、測量誤差小。本發(fā)明采用紅外微透鏡組把橋絲的輻射光耦合進(jìn)光纖，實(shí)現(xiàn)了對 橋絲的非接觸測量，避免了因橋絲與探頭的接觸程度的控制問題所帶來的誤差。本發(fā)明由 于采用了分光鏡，所以可同時使用兩個探測器，從而減少了因移動探測器所帶來的人為操 作誤差。本發(fā)明利用兩個探測器測得的中、近紅外響應(yīng)光電壓的比值，在很大程度上消去了 背景噪聲和器件本身的噪聲所帶來的誤差。 2、系統(tǒng)裝置簡單，操作方便。本發(fā)明采用紅外光纖進(jìn)行傳輸，避免了電磁環(huán)境的干 擾，且能實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的測量。 3、數(shù)據(jù)處理容易。本發(fā)明采用調(diào)制盤對橋絲的紅外輻射進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制信號被輸 入到鎖相放大器中，從而使鎖相放大器對響應(yīng)光電壓信號進(jìn)行放大，可實(shí)現(xiàn)對弱信號的測 量，數(shù)據(jù)處理容易。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明系統(tǒng)的光纖耦合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是實(shí)驗(yàn)測得的中、近紅外響應(yīng)光電壓的比值與橋絲電流的關(guān)系曲線示意圖；
其中1-電源，2-滑線變阻器，3_電流表，4-光纖耦合裝置，5-光調(diào)制盤，6-第一 光電探測器，7-第二光電探測器，8-第一鎖相放大器，9-第二鎖相放大器，10-紅外光纖， 11-調(diào)制后的紅外輻射，12-紅外分光鏡，13-橋絲的近紅外輻射，14-橋絲的中遠(yuǎn)紅外輻射， 15-套管，16-橋絲，17-紅外微透鏡組，18-橋絲安裝座，19-紅外探頭，20-雙色探測器， 21-調(diào)制參考信號。
具體實(shí)施例方式
參見圖l，光纖耦合裝置是利用紅外微透鏡組將橋絲的紅外輻射耦合入紅外光纖， 從光纖出來的輻射光經(jīng)調(diào)制盤后入射到紅外分光鏡上被分成近紅外和中遠(yuǎn)紅外兩束光，再 分別用近紅外和中紅外探測器探測其響應(yīng)光電壓，在鎖相放大器上得到光電壓的讀數(shù)。利 用中、近紅外光電壓的比值和橋絲電流的一一對應(yīng)關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)對橋絲感應(yīng)電流的測量。
圖2是用一個雙色探測器代替分光鏡加兩個探測器，雙色探測器可以同時探測2 個不同波段的光，有兩個電信號輸出端。 近紅外探測器是InGaAs材料的，其響應(yīng)波長范圍為0. 8 1. 6微米，在半導(dǎo)體制 冷210K條件下工作；中紅外探測器是InSb材料的，其響應(yīng)波長范圍為3 5. 5微米，在液 氮制冷77K條件下工作。 滑線變阻器的作用是改變通入橋絲電流的大小，電流表是用來讀出通過橋絲內(nèi)的 電流值。參見圖3，在光纖耦合裝置中，橋絲和光纖探頭分別處于紅外透鏡組的兩個焦平面的位置，這樣就能把橋絲的輻射盡量多的耦合進(jìn)光纖。從光纖出來的輻射經(jīng)過光調(diào)制盤的
調(diào)制后入射到探測器上，調(diào)制盤的頻率輸出端接鎖相放大器，即把參考信號頻率的信息給
了鎖相放大器。入射到探測器上的輻射光包括近紅外輻射和中遠(yuǎn)紅外輻射，分別用相應(yīng)的
探測器探測其響應(yīng)光電壓，并分別把信號輸入到鎖相放大器中。為了避免來回搬動探測器
造成測量的不準(zhǔn)確，也可以將從光纖出來的輻射經(jīng)過光調(diào)制盤的調(diào)制后入射到分光鏡上，
調(diào)制盤的頻率輸出端接第一鎖相放大器和第二鎖相放大器，即把參考信號頻率的信息給了
鎖相放大器。入射到分光鏡上的輻射光被分成兩束， 一束是近紅外輻射，另一束是中遠(yuǎn)紅外
輻射，不同的分光鏡，可以使透射的是近紅外光，反射的是中遠(yuǎn)紅外，也可以使透射的是中
遠(yuǎn)紅外，反射的是近紅外，即第一探測器和第二探測器到底是近紅外的還是中紅外的應(yīng)該
看所選的分光鏡而定；分別用InGaAs探測器和InSb探測器探測其響應(yīng)光電壓，并分別把信
號輸入到鎖相放大器中。輸入到鎖相放大器的信號有很大的噪聲，但是在經(jīng)過鎖相放大器
后，只有與參考信號頻率完全一致的信號才能得到放大并輸出，從而得到了橋絲的中、近紅
外響應(yīng)光電壓信息和得到一個中、近紅外光電壓的比值，從電流表讀出橋絲的電流值，得到
一組中、近紅外光電壓的比值-橋絲電流值。改變通入橋絲內(nèi)的電流大小，又可以得到多組
中、近紅外光電壓的比值-橋絲電流值，用這些數(shù)據(jù)可以得到一曲線，如圖4所示。 隨著橋絲內(nèi)電流的增加，橋絲表面溫度升高，其輻射的峰值波長向短波方向移動，
中、近紅外光電壓的比值隨著電流的升高單調(diào)遞減。所以橋絲的一個電流值對應(yīng)唯一的一
個中、近紅外光電壓的比值。 在實(shí)際應(yīng)用中，從一批相同的橋絲式電點(diǎn)火頭中取出任意一個，用本系統(tǒng)測出其 中、近紅外響應(yīng)光電壓的比值-電流曲線。對于處于電磁環(huán)境中的橋絲，電流屬于待測目 標(biāo)，可以用如圖l所示的系統(tǒng)(這時不接電源裝置)測出其中、近紅外響應(yīng)光電壓比值，就 可以在所得曲線上得出對應(yīng)的橋絲內(nèi)的電流，從而達(dá)到了對橋絲的電磁環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行評估 的目的。
權(quán)利要求
一種橋絲感應(yīng)電流的測量方法，其特征在于包括以下步驟1]在同一批橋絲中任意取一根橋絲；2]給該橋絲外加一個測試電流，用紅外透鏡組將橋絲的紅外輻射光耦合入紅外光纖；3]將紅外光纖出射的紅外輻射光入射到光調(diào)制盤上；4]用近紅外探測器和中紅外探測器分別探測光調(diào)制盤輸出的紅外輻射光中的近紅外光和中遠(yuǎn)紅光，得到近紅外光的響應(yīng)光電壓信號和中遠(yuǎn)紅光的響應(yīng)光電壓信號；5]將近紅外光的響應(yīng)光電壓信號和光調(diào)制盤的參考頻率送入鎖相放大器，并在鎖相放大器上得到近紅外光電壓的讀數(shù)；將中遠(yuǎn)紅外光的響應(yīng)光電壓信號和光調(diào)制盤的參考頻率送入鎖相放大器，并在鎖相放大器上得到中遠(yuǎn)紅外光電壓的讀數(shù)；6]計算中遠(yuǎn)紅外光電壓和近紅外光電壓的比值并記錄外加的測試電流值；7]改變外加的測試電流值，重復(fù)步驟2]至步驟6]，得到該橋絲的中遠(yuǎn)紅光電壓和近紅外光電壓的比值與測試電流值的對應(yīng)關(guān)系曲線；8]對置于不同的電磁環(huán)境中的待測橋絲，不加測試電流的條件下測出中遠(yuǎn)紅光電壓和近紅外光電壓的比值，利用步驟7]中的關(guān)系曲線得出待測橋絲在該電磁環(huán)境中的感應(yīng)電流。
2. —種橋絲感應(yīng)電流的測量方法，其特征在于包括以下步驟 1]在同一批橋絲中任意取一根橋絲；2]給該橋絲外加一個測試電流，用紅外透鏡組將橋絲的紅外輻射光耦合入紅外光纖； 3]從紅外光纖出來的紅外輻射光經(jīng)光調(diào)制盤后入射到紅外分光鏡上被分成近紅外光 和中遠(yuǎn)紅外光；4]用探測器分別探測近紅外光和中遠(yuǎn)紅光的響應(yīng)光電壓信號；5]將響應(yīng)光電壓信號和光調(diào)制盤的參考頻率送入鎖相放大器，并在鎖相放大器上得到 光電壓的讀數(shù)；6]計算中遠(yuǎn)紅光電壓和近紅外光電壓的比值并記錄外加的測試電流值；7]改變外加的測試電流值，重復(fù)步驟2]至步驟6]，得到該橋絲的中遠(yuǎn)紅光電壓和近紅外光電壓的比值與測試電流值的對應(yīng)關(guān)系曲線；8]對置于不同的電磁環(huán)境中的待測橋絲，不加測試電流的條件下測出中遠(yuǎn)紅光電壓和近紅外光電壓的比值，利用步驟7]中的關(guān)系曲線得出待測橋絲在該電磁環(huán)境中的感應(yīng)電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的橋絲感應(yīng)電流的測量方法，其特征在于所述探測器包括近 紅外探測器和中紅外探測器；所述鎖相放大器的數(shù)量為兩臺，分別與近紅外探測器和中紅 外探測器相連。
4. 一種橋絲感應(yīng)電流的測量系統(tǒng)，其特征在于所述測量系統(tǒng)包括可向橋絲供電的電源裝置、光纖耦合裝置、測量裝置以及連接光纖 耦合裝置與測量裝置的紅外光纖；所述光纖耦合裝置包括套管、橋絲安裝座、紅外透鏡組和紅外探頭；所述橋絲安裝座、 紅外透鏡組和紅外探頭設(shè)置在套管內(nèi)；所述橋絲安裝座可放置橋絲并可將橋絲與電源裝置 連接，所述橋絲和光纖探頭分別處于紅外透鏡組的兩個焦平面的位置，所述紅外探頭與紅外光纖連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的橋絲感應(yīng)電流的測量系統(tǒng)，其特征在于所述測量裝置包括光調(diào)制盤、紅外探測器、與紅外探測器相連的鎖相放大器；所述紅外 光纖的輸出光入射到光調(diào)制盤，所述光調(diào)制盤的輸出光入射到紅外探測器上，其頻率輸出 端與鎖相放大器連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的橋絲感應(yīng)電流的測量系統(tǒng)，其特征在于所述測量裝置包括光調(diào)制盤、紅外分光鏡、設(shè)置在紅外分光鏡透射方向的第一紅外探 測器、設(shè)置在紅外分光鏡反射方向的第二紅外探測器、與第一紅外探測器相連的第一鎖相 放大器、與第二紅外探測器相連的第二鎖相放大器；所述紅外光纖的輸出光入射到光調(diào)制 盤，所述光調(diào)制盤的輸出光入射到紅外分光鏡上，其頻率輸出端分別與第一鎖相放大器和 第二鎖相放大器連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的橋絲感應(yīng)電流的測量系統(tǒng)，其特征在于所述第一紅外 探測器是近紅外探測器，所述第二紅外探測器是中紅外探測器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的橋絲感應(yīng)電流的測量系統(tǒng)，其特征在于所述近紅外探測器 是InGaAs材料的紅外探測器，所述中紅外探測器是InSb材料的紅外探測器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的橋絲感應(yīng)電流的測量系統(tǒng)，其特征在于所述紅外透鏡組包 括兩個紅外透鏡；所述電源裝置包括電源、滑線變阻器和電流表。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種橋絲感應(yīng)電流的測量方法及系統(tǒng)，采用紅外透鏡和光纖耦合對橋絲進(jìn)行非接觸式測量，通過分光后測得的中、近紅外響應(yīng)光電壓的比值，可以得到橋絲內(nèi)的電流值。本發(fā)明解決了現(xiàn)有橋絲感應(yīng)電流的測量方法及系統(tǒng)進(jìn)行接觸式測量時人為誤差很難控制的技術(shù)問題，具有測量誤差小，裝置簡單，操作方便，數(shù)據(jù)處理容易的優(yōu)點(diǎn)，從而達(dá)到對橋絲的電磁環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行評估的目的。
文檔編號G01R15/24GK101750530SQ200810188558
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者尹飛, 梅書剛, 汪韜 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所