一种基于光纤复合线芯的微波测试接地线

技术领域

本发明涉及微波测试技术领域，具体是一种基于光纤复合线芯的微波测试接地线。

背景技术

在电子技术和微波测试系统中，“地”的属性与概念极为重要，一种生动而准确的定义是“接地是为电流返回其源提供的低阻抗路径”，微波产品的性能是否达标，控制程序能否可靠实现，很大程度上取决于微波测试系统接地的可靠性与接地设计的合理性。

微波测试系统中的接地种类繁多，以常规的“四套法”接地设计为例，可以将电路接地系统分为敏感小信号电路地、不敏感大信号电路地、干扰源地和金属构件地，良好的接地系统设计不仅可以保护测试人员及仪器的安全，同时能够尽可能地减少各类电路系统之间的干扰，优化电磁屏蔽效果。

而在微波测试过程中，不同类型的微波产品通常需要使用到多种类型的测试仪器、设备来组成测试系统，例如不同电压需求的交直流电源，针对小信号、多参数测试的矢量网络分析仪，甚至为提供良好散热的高速风扇、大功率液冷系统等，这更大大增加了测试环境中接地类型的复杂程度。而常规的微波测试操作中，对于接地设计的考虑较为简单，通常将各种类型的电路系统进行串联接地，同时，用来实现接地的方式也较为随意，往往使用可靠性很低的金属导线将整个系统的地与接地柱或安全地线相连，并在连接处进行简易搭接，极易造成电源短路、接地回路过大、搭接不可靠导致脱落、强弱信号通过共同地线对系统产生干扰等问题，严重影响测试系统的安全性、可靠性，进而影响到微波产品的质量。

虽然在电力检测、微波仪器设计等领域，研究人员设计了不同种类的测试接地设备，例如已形成成熟商用产品的接地棒、接地跨接线等，采用各类机械接头与紫铜等金属导线相连的方式，提高接地线的连接可靠性，确保接地线在使用过程中不易滑脱。但此类产品在与接地柱或安全地线相连时，仅依靠机械接头的压接或跨接构成导电回路，在实际使用中接触可靠性较差，且无法有效识别接触不良或脱落造成的连接失效风险。因此，有研究人员提出了具备接地或故障指示功能的接地设备传感器，例如杭州欣美成套电器制造有限公司、武汉朗德电器有限公司等都设计有电缆电流检测传感器，利用互感器等电学敏感元件对传输、接地电缆中的电流变化进行检测，再利用光纤将检测到的电流变化信息传输到处理单元，进行数据分析与统计。

但基于电学敏感元件的电流检测传感设备由于易受干扰、电磁屏蔽效果不佳、组成复杂等原因，能够适用的场景十分有限。而利用光纤作为敏感元件的全光纤电流传感器则由于其抗干扰能力强、灵敏度高、易于集成等方式，相比传统电学检测方式具有更大的优势与应用范围。因此，设计一种基于光纤敏感元件、能够在可靠接地的同时提供实时电流检测能力的微波测试接地线，无疑能够有效提升微波产品测试环节中接地的有效性与可靠性。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于光纤复合线芯的微波测试接地线，解决现有技术存在的微波产品测试环节中接地的有效性低、可靠性低等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种基于光纤复合线芯的微波测试接地线，包括相互连接的光功能模块、光纤复合线芯，光纤复合线芯包括螺旋光纤、导电性线芯，螺旋光纤缠绕于导电性线芯外。

作为一种优选的技术方案，光纤复合线芯的一端连接有导电性挂钩。

作为一种优选的技术方案，所述导电性挂钩与光纤复合线芯相连的一端外侧与光功能模块固定连接。

作为一种优选的技术方案，导电性挂钩的形状为U形。

作为一种优选的技术方案，导电性挂钩内壁设有挂钩簧片。

作为一种优选的技术方案，挂钩簧片的材质为金属。

作为一种优选的技术方案，导电性挂钩的未与光纤复合线芯相连的一端设有外向倒角。

作为一种优选的技术方案，导电性挂钩的材质为金属。

作为一种优选的技术方案，还包括设于光纤复合线芯的远离光功能模块的一端的分线盒。

作为一种优选的技术方案，所述分线盒上设有压线夹。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

本发明基于光纤敏感元件，提供了一种基于光纤复合线芯的微波测试接地线，能够在可靠接地的同时提供实时电流检测能力，有效提升微波产品测试环节中接地的有效性与可靠性，成本低廉。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于光纤复合线芯的微波测试接地线的结构示意图；

图2为分线盒的结构示意图；

图3为图2的侧视图；

图4为分线盒及压线夹配合示意图。

附图中标记及其相应的名称：1、导电性挂钩，2、挂钩簧片，3、光功能模块，4、光纤复合线芯，5、分线盒，6、压线夹，41、螺旋光纤，42、导电性线芯。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图4所示，本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种连接可靠、成本低廉、具备实时接地监测能力的基于光纤复合线芯的微波测试接地线。

一种基于光纤复合线芯的微波测试接地线，包括导电性挂钩1(优选金属挂钩)、挂钩簧片2、光功能模块3、螺旋光纤41、导电性线芯42(优选金属线芯)、分线盒5、压线夹6，所述导电性线芯42与螺旋光纤41共同构成光纤复合线芯4。所述导电性挂钩1为U型设计，可用以同接地柱、安全地线进行挂接，同时导电性挂钩1尾部与所述导电性线芯42相连，确保以极低阻抗导通接地回路；所述挂钩簧片2由2片组成一对，每片分别以两端对称的方式固定在导电性挂钩1的U型内壁两侧，可在导电性挂钩与接地柱、安全地线挂接时进行有效限位；所述光功能模块3中封装有LED光源、起偏器、检偏探测模块，可以为所述螺旋光纤41提供一定波长的输入偏振光，并对其中产生的偏振角变化进行解调；所述导电性线芯42与螺旋光纤41共同构成光纤复合线芯4，其中螺旋光纤41以一定的匝数缠绕在导电性线芯42之上，并对两者相对位置进行固定，用以检测导电性线芯42中接地电流的大小变化；所述分线盒5上有4个孔位用以实现所述导电性线芯42同其他连接器、导线之间的转换、连接；所述压线夹6共有4只，分别位于分线盒5对应的4个孔位之上，对插入孔位中的连接器、导线进行紧固，确保可靠连接；

优选的，所述导电性挂钩1采用铝、铁等电阻率低、价格低廉的金属制成，使其以较低阻抗与接地柱、安全地线相匹配；所述导电性挂钩1与光纤复合线芯4相连的一端外侧可以与光功能模块3固定，以便光功能模块3中集成的LED光源、起偏器、检偏探测模块能够为螺旋光纤41提供输入偏振光、检测偏振角变化；所述导电性挂钩1的另一端有外向倒角，能够更方便地与接地柱、安全地线挂接；

优选的，所述挂钩簧片2的材质与导电性挂钩1相同；所述挂钩簧片2设计为弧面造型，两端固定在所述导电性挂钩1的U型内壁两侧，与接地柱、安全地线挂接过程中，弧面首先受到挤压产生形变，弧度增大，当接地柱、安全地线完成挂接，到达导电性挂钩1的U型内壁底部时，所述挂钩簧片2回弹，弧度减小，实现对接地柱、安全地线的有效限位；

优选的，所述光功能模块3内部设有空腔，用于装配固定集成化LED光源、起偏器、检偏探测模块和数模转换芯片构成的数据采集与处理元件，在使用过程中为螺旋光纤41提供输入偏振光，并对螺旋光纤41中由于导电性线芯42中电流变化引起的偏振角变化进行检测；所述光功能模块3背离导电性挂钩1的一侧设有LED显示屏，能够对检测到的电流大小进行显示，另有1只红色LED指示灯，当检测到的电流大小发生异常时进行闪烁报警；

优选的，所述光纤复合线芯4由螺旋光纤41和导电性线芯42构成，导电性线芯42的材质与导电性挂钩1相同，采用细金属丝编制结构，具有一定的柔性；所述螺旋光纤41以一定的匝数紧密缠绕在导电性线芯42外侧，并将其相对位置固定在靠近光功能模块3的一端，以便光信号的输入和输出；

优选的，所述分线盒5的一侧通过金属孔壁与导电性线芯42可靠相连，并在其内部通过金属内壁导轨分为4条支路，分别对应连接到另一侧的4个孔位，可以通过4个孔位与配备有不同连接器的其他导线相连；

优选的，所述压线夹6共有4只，分别通过下压锁紧机构安装在分线盒5对应的4个孔位之上，可以通过按压对插入孔位中的导线进行紧固，确保可靠连接；

优选的，所述分线盒5的外壳、所述压线夹6均可采用轻便耐用的绝缘材料，如ABS塑料、亚克力类材料等。

本发明具有以下技术效果：

(1)本发明中固定在导电性挂钩U型内壁两侧的挂钩簧片可以在跨接接地柱或安全地线的过程中起到良好的限位作用，保证所述接地线的可靠连接；

(2)本发明中光功能模块集成了LED光源、起偏器、检偏探测模块和数模转换芯片，能够在接地线的固定端提供光源输入、偏振角检测，而不需要外部提供额外的光电器件，简化了所述接地线的使用方法。同时光功能模块中的LED显示屏与指示灯可以实时显示接地线中电流大小并对接地不良情况进行报警，有效提高了所述接地线的使用可靠性；

(3)本发明中以螺旋光纤作为电流检测敏感元件，相比传统的互感器等电学元件，基于法拉第效应的光学检测方式具有抗干扰能力强、检测灵敏度高、构成简单、适用范围广等优势，能够以低成本方案适应更多的微波测试场景；

(4)本发明采用分线盒设计能够尽可能多地使同一类型的接地线通过一个接地回路，例如可以将同一套测试系统中的仪器外壳地通过分线盒连接到所述接地线，再使之与金属构件地可靠相连；同时，可拆卸的压线结构设计也可以提高接地线的复用性，方便在不同测试系统中灵活替换。

实施例2

如图1至图4所示，作为实施例1的进一步优化，在实施例1的基础上，本实施例还包括以下技术特征：

如图1所示，本实施例的一种基于光纤复合线芯的微波测试接地线，主要包括导电性挂钩1、挂钩簧片2、光功能模块3、螺旋光纤41、导电性线芯42、分线盒5、压线夹6，其中，螺旋光纤41与导电性线芯42共同构成光纤复合线芯4。在接地使用过程中，U型导电性挂钩1能够方便地与接地柱、安全地线进行挂接，同时依靠成对的挂钩簧片2对接地柱、安全地线进行限位，防止导电性挂钩1滑脱；在导电性挂钩1完成挂接后，安全地线-光纤复合线芯4-分线盒5-压线夹6-仪器或机壳构成低阻抗接地回路，此时电流经由该回路从微波测试系统导向安全地。而光纤复合线芯4由螺旋光纤41与导电性线芯42构成，电流在中心的导电性线芯42中导通，光功能模块3中的LED光源则为螺旋光纤41提供输入偏振光。

根据法拉第效应，变化的电流将产生磁场，而当外加磁场发生变化时，光纤中的线偏振光将产生一定的法拉第旋转角，该角度与待测电流之间的关系为：

θ＝knSNVI+δ

其中，k与δ为系统噪声因子，与光学噪声、光路噪声以及敏感元件噪声相关；n为光路结构因子，对于常规的偏振式结构与反射式干涉结构，n通常为2或4；N为光纤环圈数，V为光纤Verdet常数；I为待测电流值；S为光纤归一化灵敏度，定义为：

其中，LP为光纤未旋制时线性双折射的拍长，LT为旋光纤的节距(螺距)。

基于上述公式可知，发生导电性挂钩1脱落、接地回路发生变化等原因造成的电流突变时，可以对螺旋光纤41中的线偏振光进行检偏解调，从而实现对导电性线芯42中微弱电流变化的检测。

随后，光功能模块3中的检偏探测模块和数模转换芯片将偏振角度信息转换为电信号，并在LED显示屏上进行实时显示，当检测到的电流大小发生异常时，光功能模块3上的红色LED指示灯将进行闪烁报警。

具体地，如图2、图3所示，分线盒5外壳可选用ABS塑料、亚克力玻璃等轻便耐用的绝缘材料，内部则设有一分四的金属内部导轨，分别对应公共端的单一出口和分支端的四路出口，其中公共端的单一出口直接与导电性线芯42相连，使分支端的四路出口与导电性线芯42构成低阻回路。分支端的四路出口则可以和微波测试系统中其他同类型的地线相连，如敏感小信号电路地或金属构件地。

具体地，如图4所示，分线盒5的分支端四路出口处，分别设有对应的下压锁紧机构，当其他同类型的地线插入分支端出口后，可通过按紧压线夹6，带动锁紧机构，对插入端口中的地线进行紧固，确保可靠连接。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。