三维全向电磁脉冲测量系统、测量组网及车载测量平台
阅读说明：本技术 三维全向电磁脉冲测量系统、测量组网及车载测量平台 (Three-dimensional omnidirectional electromagnetic pulse measurement system, measurement networking and vehicle-mounted measurement platform ) 是由 张保红 张建培 顾晔华 杨国华 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种三维全向电磁脉冲测量系统、测量组网及车载测量平台,属于电磁脉冲测量领域,包括：传感器模块、系统集成模块、信号处理分析模块。所述传感器模块包括：三个互相垂直的反射式光学电磁场传感探头。所述系统集成模块包括：可调谐激光器、分束器、环形器、光电探测器、滤波放大器、数据采集卡和反射式光学电磁场传感探头。本发明可同时测出空间沿任意方向极化的电场的三个分量,得到空间任意电场的大小和方向,提高测量的稳定性和灵敏度。(The invention discloses a three-dimensional omnidirectional electromagnetic pulse measuring system, a measuring network and a vehicle-mounted measuring platform, belonging to the field of electromagnetic pulse measurement and comprising: the system comprises a sensor module, a system integration module and a signal processing and analyzing module. The sensor module includes: three mutually perpendicular reflection type optical electromagnetic field sensing probes. The system integration module includes: the device comprises a tunable laser, a beam splitter, a circulator, a photoelectric detector, a filter amplifier, a data acquisition card and a reflective optical electromagnetic field sensing probe. The invention can simultaneously measure three components of the electric field polarized along any direction in space, obtain the size and direction of the electric field in any direction in space, and improve the stability and sensitivity of measurement.)
技术领域
本发明涉及电磁脉冲测量领域，尤其涉及一种三维全向电磁脉冲测量系统、测量组网及车载测测量平台。
背景技术
随着现代社会的电子信息化和工业自动化的快速发展，即使一个小脉冲也可能导致整个电路板损坏，对电力系统和电气设备的工作造成严重的破坏与干扰。因此，为了对电场脉冲进行防护，需要对电磁脉冲电场，特别是瞬态脉冲电磁场进行测量。目前，基于电光效应的光学电磁脉冲传感器因具有强抗干扰性、宽响应带宽和大量程等优点，已成为电磁脉冲传感的理想选择，但是限于电光晶体的方向性，电磁脉冲传感器的测试结果受测试装置摆放角度的影响较大，无法同时获取空间中的全部电场信息。电磁脉冲信号的重复性较差，因此，无法采用同一电磁脉冲传感器多次测试并重构的方法进行测量。在强电磁脉冲领域，三维电磁脉冲强度的测量，一直是人们关注的焦点。
张家洪等人[3D integrated optical E-field sensor for lightningelectromagnetic impulse(LEMP)measurement[J].IEEEPhotonicstechnologyletters,2014.]研制了一套三维全向集成光波导电场传感器。将三只制作封装好的铌酸锂集成光波导电场传感器安装固定在一个正三棱柱的三个侧面，使三只集成光波导电场传感器的三个偶极子天线和正三棱柱三条棱的夹角都正好为54.7°。该三维电场测量系统可同时测量出空间沿任意方向极化的电场的三个分量，从而得到空间任意电场的大小和方向。但该传感器需要三个可调谐激光器，结构复杂且成本高昂。此外，该传感器的最大响应频率为500MHz，一般要求传感器应具有GHz的测量带宽。
目前，已有的三维电磁脉冲测量系统设计虽然能够实现电场的三维测量，但测量的稳定性和灵敏度低。此外，目前的三维电磁脉冲测量系统侧重于使用单个三维电磁脉冲传感器进行电磁脉冲的点测量，无法实现对某个空间内电磁脉冲分布的有效测量。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种用于测量三维电磁脉冲信号点的三维全向电磁脉冲测量系统，包括：第一系统集成模块、第一传感器模块和第一信号处理分析模块；
所述第一系统集成模块包括：可调谐激光器、分束器、第一环形器、第二环形器、第三环形器、第四环形器、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、第四反射式光学电磁脉冲传感探头、第一滤波放大器、第二滤波放大器、第三滤波放大器、第四滤波放大器和数据采集卡；所述第一环形器、第二环形器、第三环形器、第四环形器均设有第一端口、第二端口和第三端口；
所述第一传感器模块包括：互相垂直的第一反射式光学电磁脉冲传感探头、第二反射式光学电磁脉冲传感探头和第三反射式光学电磁脉冲传感探头；
所述可调谐激光器发出的激光，经由分束器分为四路光强一致的激光后分别入射到第一环形器的第一端口、第二环形器的第一端口、第三环形器的第一端口、第四环形器的第一端口，再分别从第一环形器的第二端口、第二环形器的第二端口、第三环形器的第二端口、第四环形器的第二端口分别入射到第一反射式光学电磁脉冲传感探头、第二反射式光学电磁脉冲传感探头、第三反射式光学电磁脉冲传感探头、第四反射式光学电磁脉冲传感探头，第一反射式光学电磁脉冲传感探头、第二反射式光学电磁脉冲传感探头、第三反射式光学电磁脉冲传感探头分别载入电磁脉冲信号，带有电磁脉冲信号的光信号从第一反射式光学电磁脉冲传感探头、第二反射式光学电磁脉冲传感探头、第三反射式光学电磁脉冲传感探头反射回第一环形器、第二环形器、第三环形器，所述激光从第四反射式光学电磁脉冲传感探头直接反射回第四环形器，四路光信号通过第一环形器的第三端口、第二环形器的第三端口、第三环形器的第三端口、第四环形器的第三端口分别入射到第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器，将光强信号转化为电流信号后再传输到对应的第一滤波放大器、第二滤波放大器、第三滤波放大器、第四滤波放大器，将电流信号进行滤波、放大并转化为电压信号后传输到数据采集卡，数据采集卡将采集到的四路电压信号传输到第一信号处理分析模块获得测量信息。
进一步地，所述第一信号处理分析模块包括：A/D转换器、数字信号处理控制芯片、数字滤波器和时序控制器；所述数据采集卡与所述A/D转换器电连接，A/D转换器与所述数字信号处理控制芯片电连接，数字信号处理控制芯片与所述数字滤波器电连接，所述时序控制器分别与A/D转换器、数字信号处理控制芯片电连接。
进一步地，所述第一反射式光学电磁脉冲传感探头、第二反射式光学电磁脉冲传感探头、第三反射式光学电磁脉冲传感探头、第四反射式光学电磁脉冲传感探头均包括依次设置的准直透镜、偏振片、电光晶体、波片、反射片。
进一步地，所述第一传感器模块还包括第一传感器模块外壳，所述第一传感器模块外壳采用聚四氟乙烯材料制作；
所述第一传感器模块外壳安装有第一传感器光纤法兰盘、第二传感器光纤法兰盘和第三传感器光纤法兰盘；所述第一传感器光纤法兰盘与所述第一反射式光学电磁脉冲传感探头电连接，所述第二传感器光纤法兰盘与所述第二反射式光学电磁脉冲传感探头电连接，所述第三传感器光纤法兰盘与所述第三反射式光学电磁脉冲传感探头电连接。
进一步地，所述第一系统集成模块还包括第一系统集成模块外壳，所述第一系统集成模块外壳采用金属材料制成；
所述第一系统集成模块外壳安装有第一集成箱光纤法兰盘、第二集成箱光纤法兰盘、第三集成箱光纤法兰盘、电源插座、开关、信号输出端口和三个测量指示灯；所述第一传感器光纤法兰盘与所述第一集成箱光纤法兰盘通过光纤跳线连接，所述第二传感器光纤法兰盘与所述第二集成箱光纤法兰盘通过光纤跳线连接，所述第三传感器光纤法兰盘与所述第三集成箱光纤法兰盘通过光纤跳线连接，信号输出端口与所述第一信号处理分析模块通过光纤跳线连接。
本发明还提供一种三维全向电磁脉冲测量组网，包括：数据显示与存储装置、第一信号处理分析模块、至少一个第一传感器模块和至少一个第一系统集成模块，所述第一传感器模块和所述第一系统集成模块的数量相同，所述第一传感器模块与所述第一系统集成模块一对一电连接，各第一系统集成模块分别与第一信号处理分析模块电连接，第一信号处理分析模块、数据显示与存储装置之间电连接。
本发明还提供一种三维全向电磁脉冲车载测量平台，包括：屏蔽车厢、数据显示与存储装置、接地装置、第一信号处理分析模块、四个第一传感器模块、四个第一系统集成模块；所述屏蔽车厢顶部的四个顶点分别安装四个所述第一传感器模块，第一传感器模块与所述第一系统集成模块一对一电连接，四个第一系统集成模块分别与第一信号处理分析模块电连接，四个第一系统集成模块、第一信号处理分析模块、数据显示与存储装置均安装于屏蔽车厢内。
本发明还提供一种三维全向电磁脉冲测量系统，包括：第二系统集成模块、第二传感器模块和第二信号处理分析模块；
所述第二系统集成模块包括：可调谐激光器、分束器、第一环形器、第二环形器、第三环形器、第四环形器、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、第四反射式光学电磁脉冲传感探头、第一滤波放大器、第二滤波放大器、第三滤波放大器、第四滤波放大器和数据采集卡；所述第一环形器、第二环形器、第三环形器、第四环形器均设有第一端口、第二端口和第三端口；
所述第二传感器模块包括：光纤温度传感探头，以及互相垂直的第一反射式光学电磁脉冲传感探头、第二反射式光学电磁脉冲传感探头、第三反射式光学电磁脉冲传感探头；
所述可调谐激光器发出的激光，经由分束器分为四路光强一致的激光后分别入射到第一环形器的第一端口、第二环形器的第一端口、第三环形器的第一端口、第四环形器的第一端口，再分别从第一环形器的第二端口、第二环形器的第二端口、第三环形器的第二端口、第四环形器的第二端口分别入射到第一反射式光学电磁脉冲传感探头、第二反射式光学电磁脉冲传感探头、第三反射式光学电磁脉冲传感探头、第四反射式光学电磁脉冲传感探头，第一反射式光学电磁脉冲传感探头、第二反射式光学电磁脉冲传感探头、第三反射式光学电磁脉冲传感探头载入电磁脉冲信号，带有电磁脉冲信号的光信号从第一反射式光学电磁脉冲传感探头、第二反射式光学电磁脉冲传感探头、第三反射式光学电磁脉冲传感探头反射回第一环形器、第二环形器、第三环形器，所述激光从第四反射式光学电磁脉冲传感探头反射回第四环形器，四路光信号再分别通过第一环形器的第三端口、第二环形器的第三端口、第三环形器的第三端口、第四环形器的第三端口分别入射到第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器，将光强信号转化为电流信号后再传输到对应的第一滤波放大器、第二滤波放大器、第三滤波放大器、第四滤波放大器，将电流信号进行滤波、放大并转化为电压信号后传输到数据采集卡，数据采集卡将采集到的四路电压信号传输到第二信号处理分析模块以获得测量信息。同时，所述光纤温度传感探头实时测量外界温度，数据采集卡采集温度数据信息，并传输到第二信号处理分析模块进行分析，第二信号处理分析模块将反馈控制信号传输到可调谐激光器控制发出激光的波长。
进一步地，所述第二信号处理分析模块包括：A/D转换器、数字信号处理控制芯片、数字滤波器、时序控制器、D/A转换器和波长控制器；所述数据采集卡与A/D转换器电连接，A/D器与所述数字信号处理控制芯片电连接，数字信号处理控制芯片分别与所述数字滤波器、所述D/A转换器电连接，D/A转换器与所述波长控制器电连接，波长控制器电与所述可调谐激光器电连接，所述时序控制器分别与A/D转换器、数字信号处理控制芯片电连接。
进一步地，第一反射式光学电磁脉冲传感探头、第二反射式光学电磁脉冲传感探头、第三反射式光学电磁脉冲传感探头、第四反射式光学电磁脉冲传感探头均包括依次设置的准直透镜、偏振片、电光晶体、波片、反射片。
进一步地，所述第二传感器模块还包括第二传感器模块外壳，所述第二传感器模块外壳采用聚四氟乙烯材料制作；
所述第二传感器模块外壳安装有光纤温度法兰盘、第一传感器光纤法兰盘、第二传感器光纤法兰盘、第一传感器光纤法兰盘；所述第一传感器光纤法兰盘与所述第一反射式光学电磁脉冲传感探头电连接，所述第二传感器光纤法兰盘与所述第二反射式光学电磁脉冲传感探头电连接，所述第三传感器光纤法兰盘与所述第三反射式光学电磁脉冲传感探头电连接；所述光纤温度法兰盘与所述光纤温度传感探头电连接。
进一步地，所述第二系统集成模块还包括第二系统集成模块外壳，所述第二系统集成模块外壳采用金属材料制成；
所述第二系统集成模块外壳安装有温度信号采集光纤法兰盘、电源插座、开关、第一集成箱光纤法兰盘、第二集成箱光纤法兰盘、第三集成箱光纤法兰盘、信号输出端口和反馈控制端口，以及四个测量指示灯；所述第一传感器光纤法兰盘与所述第一集成箱光纤法兰盘通过光纤跳线连接，所述第二传感器光纤法兰盘与所述第二集成箱光纤法兰盘通过光纤跳线连接，所述第三传感器光纤法兰盘与所述第三集成箱光纤法兰盘通过光纤跳线连接；所述温度信号采集光纤法兰盘与光纤温度法兰盘通过光纤跳线连接；所述第二信号处理分析模块分别通过光纤跳线与所述信号输出端口、所述反馈控制端口连接。
一种三维全向电磁脉冲测量组网包括：数据显示与存储装置、第二信号处理分析模块、至少一个第二传感器模块和至少一个第二系统集成模块，所述第二传感器模块和所述第二系统集成模块的数量相同，所述第二传感器模块与所述第二系统集成模块一对一电连接，各第二系统集成模块分别与第二信号处理分析模块电连接，第二信号处理分析模块、数据显示与存储装置之间电连接。
一种三维全向电磁脉冲车载测量平台包括：屏蔽车厢、数据显示与存储装置、接地装置、第二信号处理分析模块、四个第二传感器模块、四个第二系统集成模块，所述屏蔽车厢顶部的四个顶点分别安装四个所述第二传感器模块，第二传感器模块与所述第二系统集成模块一对一电连接，四个第二系统集成模块分别与第二信号处理分析模块电连接，四个第二系统集成模块、第二信号处理分析模块、数据显示与存储装置均安装于所述屏蔽车厢内。
与现有技术相比，本发明可带来以下的有益效果：
1)本发明提供的第一传感器模块，采用三个互相垂直的反射式光学电磁脉冲传感探头，可同时测出空间沿任意方向极化的电场的三个分量，从而得到空间任意电场的大小和方向；同时，反射式光学电磁脉冲传感探头可使激光入射进内部后原路返回，大大简化了三维全向电磁脉冲传感系统的结构。
2)本发明提供的第一系统集成模块，设有一个参考探头封装在第一系统集成模块中。在信号处理与分析中，可分离出电磁脉冲信号，再对X，Y，Z三路测量信号进行分析，从而提高测量的稳定性和灵敏度。
3)本发明提供的第二传感器模块，加入光纤温度传感探头，通过将测量的外界温度信息发送到第二信号处理分析模块中进行分析，再反馈到可调谐激光器，调节所发射出激光的波长，可实现补偿温度变化引起的信号不稳定，从而提高系统稳定性和环境适应性；
4)本发明提供的三维全向电磁脉冲传感组网，可同步测量多个空间点的三维电磁脉冲信号；三维全向电磁脉冲车载测量平台，可从平台上各个点的三维电磁脉冲测量结果推算电磁脉冲的空间分布。
附图说明
以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本公开的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：
图1为本发明实施例一的三维全向电磁脉冲测量系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一的第一信号处理分析模块结构示意图；
图3为本发明实施例一的反射式电磁脉冲传感探头结构示意图；
图4为本发明实施例一的第一传感器模块结构外壳示意图；
图5为本发明实施例一的第一系统集成模块结构外壳示意图；
图6为本发明实施例一的三维全向光学电磁脉冲传感组网结构示意图；
图7为本发明实施例一的三维全向电磁脉冲传感车载测量平台结构示意图；
图8为本发明实施例二的三维全向电磁脉冲测量系统的结构示意图；
图9为本发明实施例二的第二信号处理分析模块示意图；
图10为本发明实施例二的第二传感器模块外壳结构示意图；
图11为本发明实施例二的第二系统集成模块外壳结构示意图；
图12为本发明实施例二的三维全向光学电磁脉冲测量组网；
图13为本本发明实施例二的三维全向光学电磁脉冲车载测量平台；
附图标记：11-第一系统集成模块，12-第一传感器模块，13-第一信号处理分析模块，14-计算机，15-第一传感器模块外壳，16-第一系统集成模块外壳，17-接地装置，18屏蔽车箱，111-可调谐激光器，112-分束器，113-环形器，114-光电探测器，115-第四反射式光学电磁脉冲传感探头，116-滤波放大器，117-数据采集卡，1131-第一环形器，1132-第二环形器，1133-第三环形器，1134-第四环形器，1141-第一光电探测器，1142-第二光电探测器，1143-第三光电探测器，1144-第四光电探测器，1161-第一滤波放大器，1162-第二滤波放大器，1163-第三滤波放大器，1164-第四滤波放大器，121-第一反射式光学电磁脉冲传感探头，122-第二反射式光学电磁脉冲传感探头，123-第三反射式光学电磁脉冲传感探头，1211-准直透镜，1212-偏振片，1213-电光晶体，1214-波片，1215-反射片，131-A/D转换器，132-数字信号处理控制芯片，133-数字滤波器，134-时序控制器，151-第一感器光纤法兰盘，152-第二传感器光纤法兰盘，153-第三感器光纤法兰盘，161-第一集成箱光纤法兰盘，162-第二集成箱光纤法兰盘，163-第三集成箱光纤法兰盘，164-信号指示灯，165-输出端口，166-电源插座，167-开关，21-第二系统集成模块，22-第二传感器模块，23-第二信号处理分析模块，25-第二传感器模块外壳，26-第二系统集成模块外壳，221-光纤温度传感探头，231-D/A转换器，232-波长控制器，251-光纤温度法兰盘，261-温度信号采集光纤法兰盘，262-反馈控制端口。
具体实施方式
以下结合说明书附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步的详细阐述。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一：
本发明的实施例一提供了一种三维全向电磁脉冲测量系统，包括：第一系统集成模块、第一传感器模块和第一信号处理分析模块。
第一系统集成模块包括：可调谐激光器、分束器、第一环形器、第二环形器、第三环形器、第四环形器、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、第四反射式光学电磁脉冲传感探头、第一滤波放大器、第二滤波放大器、第三滤波放大器、第四滤波放大器和数据采集卡；所述第一环形器、第二环形器、第三环形器、第四环形器均设有第一端口、第二端口和第三端口。
第一传感器模块包括：互相垂直的第一反射式光学电磁脉冲传感探头、第二反射式光学电磁脉冲传感探头和第三反射式光学电磁脉冲传感探头。
具体地，如图1所示，第一系统集成模块11包括光学部分和电路部分，光学部分包括：可调谐激光器111、分束器112、第一环形器1131、第二环形器1132、第三环形器1133、第四环形器1134、第一光电探测器1141、第二光电探测器1142、第三光电探测器1143、第四光电探测器1144、第四反射式光学电磁脉冲传感探头115(本实施例以下简称第四探头)，可调谐激光器111用于输出波长可调的激光，四个环形器均设有第一端口、第二端口、第三端口，四个光电探测器的型号参数一样，可探测GHz量级频率；电路部分包括：第一滤波放大器1161，第二滤波放大器1162，第三滤波放大器1163，第四滤波放大器1164以及数据采集卡117。第一传感器模块12包括：三个相互垂直的反射式光学电磁脉冲传感探头，即第一反射式光学电磁脉冲传感探头121(本实施例以下简称第一探头)，第二反射式光学电磁脉冲传感探头122(本实施例以下简称第二探头)，第三反射式光学电磁脉冲传感探头123(本实施例以下简称第三探头)。
具体地，如图2所示，第一信号处理分析模块13包括：A/D转换器131、数字信号处理控制芯片132、数字滤波器133和时序控制器134，用于实现数据采集、控制信号处理、数字解调、数字滤波等。其中，数据采集卡117与A/D转换器131电连接，A/D转换器131与数字信号处理控制芯片132电连接，数字信号处理控制芯片132与数字滤波器133电连接，时序控制器134分别与A/D转换器131、数字信号处理控制芯片132电连接，时序控制器134控制数字信号处理控制芯片132、A/D转换器131同步工作，从而使系统能够正常运行，数字滤波器133与计算机14电连接，计算机14用于显示存储数据信息。
具体地，数据采集卡117采集到四路传感电信号，通过A/D转换器131转换成数字信号发送给数字信号处理控制芯片132对四路信号进行处理分析，先分别将X，Y，Z三路信号与第四探头115中测量的参考信号进行差值处理，以过滤传感器的直流部分和由系统因素造成的噪声，分离出电磁脉冲信号，再对X，Y，Z三路信号进行分析得到空间点的电磁脉冲三维信号，从而提高测量灵敏度和稳定性。将得到的电磁脉冲数字信号进行数字滤波后输出到计算机14显示及存储。
第一反射式光学电磁脉冲传感探头、第二反射式光学电磁脉冲传感探头、第三反射式光学电磁脉冲传感探头、第四反射式光学电磁脉冲传感探头均包括依次设置的准直透镜、偏振片、电光晶体、波片、反射片。
具体地，如图3所述，反射式光学电磁脉冲传感探头可使激光入射进探头内部后原路返回，其内部结构依次为准直透镜1211、偏振片1212、电光晶体1213、波片1214、反射片1215，激光入射进探头后依次经过准直透镜1211准直、偏振片1212起偏、电光晶体1213以相位差形式载入电磁脉冲信号、波片1214加入恒定相位差、反射片1215反射后再原路返回，返回过程中，依次通过波片1214、电光晶体1213、偏振片1212检偏得到光强信号、准直透镜1211将带有电磁脉冲信号的光强信号耦合回光纤中，其中，波片1214的作用是加入恒定相位差，从而根据测量需求改变传感器的工作区间。本实施例采用八分之一波片使传感器工作在线性区间内，以提高测量灵敏度。电光晶体1213的尺寸、材料直接影响传感器的测量范围和测量灵敏度，可根据测量需求选择适当的电光晶体1213，比如磷酸二氢钾晶体、铌酸锂晶体、锗酸铋晶体等，可以测量GHz以上的带宽。
具体地，如图1所示，可调谐激光器111发射出特定波长的激光，激光经由分束器112作用后分为四路光强一致的四束激光，四束激光分别从第一环形器1131、第二环形器1132、第三环形器1133、第四环形器1134的第一端口进入，再分别从各环形器第二端口入射到第一探头121、第二探头122、第三探头123、第四探头中115，电光晶体1213以相位差形式载入电磁脉冲信息，返回时准直透镜1211将带有电磁脉冲信号的光强信号耦合回光纤中。第一探头121、第二探头122、第三探头123两两相互垂直，其中，第一探头121测量X方向的电磁脉冲，第二探头122测量Y方向的电磁脉冲，第三探头123测量Z方向的电磁脉冲，第四探头115作为参考路放在第一系统集成模块11光学部分内，不参与电磁脉冲测量。光信号分别从第一探头121、第二探头122、第三探头123、第四探头115反射回第一回环形器1131、第二环形器1132、回环形器1133、第三回环形器1134的激光再通过第一环形器1131、第二环形器1132、第三环形器1133、第四环形器1134的第三端口入射到第一光电探测器1141、第二光电探测器1142、第三光电探测器1143、第四光电探测器1144，光电探测器将光强信号转化为电流信号后再传输到第一滤波放大器1161、第二滤波放大器1162、第三滤波放大器1163、第四滤波放大器1164，将电流信号进行滤波、放大并转化为电压信号传输到数据采集卡117，数据采集卡117将采集到电压信号传输到第一信号处理分析模块13进行处理，以获得电磁脉冲测量信息，并将信息数据输出到计算机14显示及存储。
第一传感器模块还包括第一传感器模块外壳，所述第一传感器模块外壳采用聚四氟乙烯材料制作；第一传感器模块外壳安装有第一传感器光纤法兰盘、第二传感器光纤法兰盘和第三传感器光纤法兰盘；第一传感器光纤法兰盘与第一反射式光学电磁脉冲传感探头电连接，第二传感器光纤法兰盘与第二反射式光学电磁脉冲传感探头电连接，第三传感器光纤法兰盘与第三反射式光学电磁脉冲传感探头电连接。
第一系统集成模块还包括第一系统集成模块外壳，第一系统集成模块外壳采用金属材料制成；第一系统集成模块外壳安装有第一集成箱光纤法兰盘、第二集成箱光纤法兰盘、第三集成箱光纤法兰盘、电源插座、开关、信号输出端口和三个测量指示灯；第一传感器光纤法兰盘与第一集成箱光纤法兰盘通过光纤跳线连接，第二传感器光纤法兰盘与第二集成箱光纤法兰盘通过光纤跳线连接，第三传感器光纤法兰盘与第三集成箱光纤法兰盘通过光纤跳线连接，信号输出端口与第一信号处理分析模块通过光纤跳线连接。
具体地，如图4所示，第一传感器模块12的第一探头121位于X轴方向，第二探头122位于Y轴方向，第三探头123位于Z轴。第一传感器模块12内部的三个反射式光学电磁脉冲传感探头两两相互垂直，可同时测出空间沿任意方向极化的电磁脉冲的三个磁场分量，从而得到空间任意电磁脉冲的大小和方向。
如图4、图5所示，第一传感器模块外壳15为采用聚四氟乙烯材料制作而成的长方体外壳，可保护内部的器件不受环境中水汽、灰尘等污染，其正面安装有三个传感器光纤法兰盘(分别为151、152、153)；第一系统集成模块外壳16采用金属材料制成，能够屏蔽电磁脉冲的破坏，其正面安装有信号输出端口165、电源插座166以及开关167、三个集成箱光纤法兰盘(即161、162、163)、三个测量信号灯164，其中，集成箱光纤法兰盘与测量指示灯一一对应安装，测量指示灯用于提示对应集成箱光纤法兰盘的工作状态；信号输出端口165通过光纤跳线与第一信号处理分析模块13相连，将采集到的信号传输到第一信号处理分析模块13；电源插座166可对第一系统集成模块11供电；开关167可控制第一系统集成模块11内电源的开关，保护各光学元件。第一传感器模块外壳15上的X、Y、Z三个传感器光纤法兰盘分别与连接X、Y、Z三方向的反射式光学电磁脉冲传感探头电连接，同时通过光纤跳线连接第一系统集成模块外壳16上的X、Z、Y三个集成箱光纤法兰盘，第一集成模块外壳16上的X、Z、Y三个集成箱光纤法兰盘与第一环形器1131、第二环形器1132、第三环形器1133的第二端口电连接。这样，光纤传输方式和非金属设计保证了第一传感器模块12的强抗电磁干扰能力。
如图6所示，本实施例还提供一种三维全向光学电磁脉冲传感组网，包括：计算机14、第一信号处理分析模块13、四个第一传感器模块12和四个第一系统集成模块11，第一传感器模块12分别与第一系统集成模块11一对一对应电连接，四个第一系统集成模块11分别与第一信号处理分析模块13电连接，第一信号处理分析模块13与计算机14电连接。需要采用多少个第一传感器模块12和第一系统集成模块11由测量需求决定。若所测量的电磁脉冲范围较大，可采用传感组网进行电磁脉冲测量。
如图7所示，本实施例还提供一种三维全向电磁脉冲传感车载测量平台，包括：第一信号处理分析模块13、屏蔽车厢18、计算机14和接地装置17、四个第一传感器模块12和四个第一系统集成模块11，屏蔽车厢18顶部的四个顶点分别安装四个第一传感器模块12，第一传感器模块12与第一系统集成模块11一对一电连接，四个第一系统集成模块11与第一信号处理分析模块13电连接，四个第一系统集成模块11、第一信号处理分析模块13和计算机14安装于屏蔽车厢18内，可从平台上各个点的三维电磁脉冲测量结果推算电磁脉冲的空间分布。将计算机15放在驾驶舱可便于测试人员监控电磁脉冲信号，屏蔽车厢18可保护车厢内部器件不受强电磁脉冲影响，接地装置17可保护车厢内的设备和被测人员的安全。
实施例二
本发明的实施例二提供了一种三维全向电磁脉冲测量系统，包括：第二系统集成模块、第二传感器模块和第二信号处理分析模块。
具体地，如图8所述，第二系统集成模块21包括光学部分和电路部分，光学部分包括：可调谐激光器111、分束器112、第一环形器1131、第二环形器1132、第三环形器1133、第四环形器1134、第一光电探测器1141、第二光电探测器1142、第三光电探测器1143、第四光电探测器1144、第四反射式光学电磁脉冲传感探头115(本实施例以下简称第四探头)，可调谐激光器111用于输出波长可调的激光，四个环形器均设有第一端口、第二端口、第三端口，四个光电探测器的型号参数一样，可探测GHz量级频率；电路部分包括：第一滤波放大器1161，第二滤波放大器1162，第三滤波放大器1163，第四滤波放大器1164以及数据采集卡117。第二传感器模块22包括：三个相互垂直的反射式光学电磁脉冲传感探头，即第一反射式光学电磁脉冲传感探头121(本实施例以下简称第一探头)，第二反射式光学电磁脉冲传感探头122(本实施例以下简称第二探头)，第三反射式光学电磁脉冲传感探头123(本实施例以下简称第三探头)，以及光纤温度传感探头221。
具体地，如图9所示，第二信号处理分析模块23包括：A/D转换器131、数字信号处理控制芯片132、数字滤波133、时序控制器134、D/A转换器231、波长控制器232。A/D转换器131与数据采集卡117电连接，A/D转换器131与数字信号处理控制芯片132电连接，数字信号处理控制芯片132与数字滤波器133电连接，数字滤波器133与计算机14电连接，数字信号处理控制芯片132与D/A转换器231电连接，D/A转换器231与波长控制器232电连接，波长控制器232与可调谐激振器111电连接，时序控制器134分别与A/D转换器131、数字信号处理控制芯片132以及D/A转换器231电连接。
具体地，数据采集卡117采集到四路传感电信号和温度信息后，通过A/D转换器131转换成数字信号发送给数字信号处理控制芯片132对四路信号进行处理分析，处理分析方法与实施例一相同，将得到的电磁脉冲数字信号进行数字滤波后输出到计算机14显示及存储；数字信号处理控制芯片132对温度信息进行处理分析，得出可调谐激光器111的波长改变量，将波长改变量的信号传输到D/A转换器231转换成模拟信号发送给波长控制器232，波长控制器232控制可调谐激光器111的波长以改变所发射激光的波长，实时补偿因温度变化引起的信号不稳定，以提高系统稳定性和环境适应性；时序控制器134控制数字信号处理控制芯片132、A/D转换器131、D/A转换器231同步工作，从而使系统能够正常运行。
本实施例采用的三个反射式光学电磁脉冲传感探头与实施例一相同，不再赘述。
当外界温度发生变化时，电光晶体1213的折射率会发生变化，使电光晶体1213传输的光波相位发生变化，同时，会引起波片1214的厚度和材料双折射率发生变化，引起相位延迟，导致探头的器件工作点发生变化。因此，外界温度的变化会对电光晶体1213和波片1214造成影响，从而改变探头器件中光波的固有相位差。波长波动引起的相位延迟改变量远大于由温度波动引起的相位延迟改变量，可通过调节光源波长改变探头中光波的固有相位差，从而抵消由温度改变引起的器件工作点漂移。仅从理论角度难以确定由温度改变引起的固有相位差的变化量，本实施例结合实际测量及标定来确定，最终得到温度变化量-实际固有相位差变化量-可调谐激光器波长改变量的关系。
具体地，光纤温度传感探头221测量到当前外界温度信号An+1与上一时刻的外界温度信号An，数字信号处理控制芯片132对温度信号分析，若An+1＝An，则继续测量下一时刻温度；若An+1≠An，根据温度变化量-实际固有相位差变化量-可调谐激光器波长改变量的关系，得到可调谐激光器111波长改变量，控制可调谐激光器111波长调谐到对应波长；检测当前参考路信号工作点是否修改为反射式光学电磁脉冲传感探头的最佳工作点，若不是，则继续调节可调谐激光器111波长，若是，则结束此次反馈。
具体地，本实施例工作流程如图8所示，可调谐激光器111发射出特定波长的激光，激光经由分束器112作用后分为四路光强一致的四束激光，四束激光分别从第一环形器1131、第二环形器1132、第三环形器1133、第四环形器1134的第一端口进入，再分别从各环形器第二端口入射到第一探头121、第二探头122、第三探头123、第四探头115中，第一探头121、第二探头122、第三探头123中的电光晶体1213以相位差形式载入电磁脉冲，返回时准直透镜1211将带有电磁脉冲信号的光强信号耦合回光纤中。第一探头121、第二探头122、第三探头123两两相互垂直，其中，第一探头121测量X方向的电磁脉冲，第二探头122测量Y方向的电磁脉冲，第三探头123测量Z方向的电磁脉冲，第四探头115作为参考路放在第二系统集成模块21内，不参与电磁脉冲测量。光信号从各探头反射回第一环形器1131、第二环形器1132、第三环形器1133、第四环形器1134的激光再通过各所在环形器的第三端口入射到第一光电探测器1141、第二光电探测器1142、第三光电探测器1143、第四光电探测器1144，各光电探测器将光强信号转化为电流信号后再传输到第一滤波放大器1161、第二滤波放大器1162、第三滤波放大器1163、第四滤波放大器1164，将电流信号进行滤波、放大并转化为电压信号传输到数据采集卡117，数据采集卡117将采集到的电压信号传输到第二信号处理分析模块23进行处理，以获得信号的测量信息，并将信息数据输出到计算机14显示及存储。同时，光纤温度传感探头221实时测量外界温度，数据采集卡117采集温度数据信息，并传输到第二信号处理分析模块23进行分析，第二信号处理分析模块23根据温度-波长关系判断标准得到当前温度对应的波长是否与第四探头115中的当前波长相等，若不相等，则将第二信号处理分析模块23分析处理后得到的反馈控制信号传输到可调谐激光器111以改变所发射激光的波长，若相等，则将本次测量的信号数据信息作为测量结果。
如图10所示，本实施例第二传感器模块外壳25在实施例一的第一传感器模块外壳15基础上增加了一个光纤温度法兰盘251；光纤温度法兰盘251与光纤温度传感探头221电连接。
如图11所示，本实施例第二集成模块外壳26在实施例一的第一集成模块外壳16基础上增加了一个温度信号采集光纤法兰盘261、一个测量指示灯和一个反馈控制端口262；温度信号采集光纤法兰盘261与光纤温度法兰盘251通过光纤跳线连接；反馈控制端口262与第二信号处理分析模块23通过光纤跳线连接。
具体地，本实施例第二传感器模块外壳25为采用聚四氟乙烯材料制作而成的长方体外壳，可保护内部的器件不受环境中水汽、灰尘等污染，其正面安装有三个传感器光纤法兰盘(分别为151、152、153)和一个光纤温度法兰盘251；第二系统集成模块外壳26正面安装有温度信号采集光纤法兰盘261、信号输出端口165、反馈控制端口262、电源插座166、开关167、三个集成箱光纤法兰盘(分别为161、162、163)、四个测量信号灯164。三个集成箱光纤法兰盘与三个测量指示灯一对一对应安装，温度信号采集光纤法兰盘261与测量信号灯164对应安装，测量指示灯164用于提示对应集成箱光纤法兰盘的工作状态；信号输出端口165通过光纤跳线与第二信号处理分析模块23相连，将采集到的信号传输到第二信号处理分析模块23；反馈控制端口262通过光纤跳线与第二信号处理分析模块23相连，将反馈控制信号反馈给可调谐激光器111以实时调控激光的波长；电源插座166可对第二系统集成模块21供电；开关可控制第二系统集成模块21内电源的开关，保护各光学元件。第二传感器模块外壳25上的X、Y、Z三个传感器光纤法兰盘分别与X、Y、Z三方向的传感探头对应电连接，同时第二传感器模块外壳25上的X、Y、Z三个传感器光纤法兰盘通过光纤跳线分别与第二系统集成模块外壳26上的X、Z、Y三个集成箱光纤法兰盘连接，第二集成模块外壳26上的X、Z、Y三个集成箱光纤法兰盘分别与第一环形器231、第二环形器232、第三环形器233的第二端口电连接；光纤温度法兰盘251电连接第二传感器模块22内的光纤温度传感探头221，同时通过光纤跳线连接第二系统集成模块外壳26上的温度信号采集光纤法兰盘261。光纤传输方式和非金属设计保证了第二传感器模块22的强抗电磁干扰能力。
如图12所示，本实施例还提供一种三维全向电磁脉冲传感组网，包括：计算机14、第二信号处理分析模块23、四个第二传感器模块22和四个第二系统集成模块21，第二传感器模块22分别与第二系统集成模块21一对一对应电连接，四个第二系统集成模块21分别与第二信号处理分析模块23电连接，第二信号处理分析模块23与计算机14电连接。
如图13所示，本实施例还提供一种三维全向电磁脉冲车载测量平台，包括：第二信号处理分析模块23、屏蔽车厢18、计算机14和接地装置17、四个第二传感器模块22和四个第二系统集成模块21，屏蔽车厢18顶部的四个顶点分别安装四个第二传感器模块22，第二传感器模块22与第二系统集成模块21一对一电连接，四个第二系统集成模块21与第二信号处理分析模块23电连接，四个第二系统集成模块21、第二信号处理分析模块23和计算机14安装于屏蔽车厢18内，可从平台上各个点的三维电磁脉冲测量结果推算电磁脉冲的空间分布。将计算机25放在驾驶舱可便于测试人员监控电磁脉冲信号，屏蔽车厢18可保护车厢内部器件不受强电磁脉冲影响，接地装置17可保护车厢内的设备和被测人员的安全。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。