光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的技術(shù)方案涉及測(cè)量磁變量和電變量的系統(tǒng)，具體地說(shuō)是光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀。
【背景技術(shù)】
[0002]電路板的電磁兼容是電子技術(shù)發(fā)展到高速時(shí)代后不可忽視的環(huán)節(jié)，工作中的電路板產(chǎn)生的各種電磁輻射會(huì)對(duì)其周圍電子元件和電路產(chǎn)生一定程度的影響，在元器件選擇和電路板設(shè)計(jì)過(guò)程中，電磁兼容設(shè)計(jì)是非常重要的步驟，而電路板電磁輻射的測(cè)試與評(píng)估，需要有專業(yè)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試設(shè)備來(lái)完成。目前國(guó)際上比較成熟的技術(shù)是利用微型天線制作的探針或者微型天線陣列組成的探測(cè)板來(lái)探測(cè)電場(chǎng)，將微型天線捕捉到的微弱型號(hào)進(jìn)行調(diào)理放大，得到相應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度值；另一種方法是利用霍爾原理，采用對(duì)磁場(chǎng)敏感的特殊材料制作探頭來(lái)采集磁場(chǎng)強(qiáng)度，以上方式都需要在探頭上施加外部電壓或電流，本身就引入了空間電磁干擾，而不同工作條件下的電磁輻射又需要不同參數(shù)的探頭來(lái)完成測(cè)量，觀察記錄和數(shù)據(jù)分析都較為復(fù)雜。
[0003]CN104635063A公開了一種三維電磁場(chǎng)平移掃描光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)及電磁場(chǎng)測(cè)定方法，CN204422737U報(bào)道了一種三維光學(xué)通道電磁場(chǎng)移動(dòng)掃描測(cè)量系統(tǒng)，兩者內(nèi)容差不多，都存在的如下缺陷:①光學(xué)傳感器安裝于移動(dòng)臂上，移動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)光纖中光信號(hào)采集有致命的影響；②測(cè)量控制中控制方式不夠靈活；③測(cè)量精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀，是一種采用安裝有上下兩個(gè)光纖晶體探頭的三維光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描裝置，克服了現(xiàn)有技術(shù)的電場(chǎng)探測(cè)系統(tǒng)本身就引入空間電磁干擾、觀察記錄和數(shù)據(jù)分析都很復(fù)雜、移動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)、控制方式不夠靈活和測(cè)量精度不高的缺陷。
[0005]本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀，是一種采用安裝有上下兩個(gè)光纖晶體探頭的三維光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描裝置，由電場(chǎng)近場(chǎng)掃描裝置、電源、控制器、驅(qū)動(dòng)模塊、三個(gè)步進(jìn)電機(jī)、三路位置傳感器、信號(hào)處理電路、485總線通信模塊、上位機(jī)、半導(dǎo)體激光器和光學(xué)回路構(gòu)成；上述部件的連接方式是:電源的輸入電壓為交流220伏，電源的輸出設(shè)置有直流24V3A、直流正5V2A和直流負(fù)5V2A三路，其中電源輸出直流24V3A給驅(qū)動(dòng)模塊和三個(gè)步進(jìn)電機(jī)供電，直流正5V2A和直流負(fù)5V2A共同給運(yùn)放uA741提供電源，電源輸出直流正5V2A給控制器、三路位置傳感器、半導(dǎo)體激光器和信號(hào)處理電路供電，三個(gè)步進(jìn)電機(jī)連接含有三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)模塊，控制器控制該驅(qū)動(dòng)模塊，并且連接到三路位置傳感器，半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的905nm波長(zhǎng)激光束經(jīng)光學(xué)回路傳輸?shù)诫妶?chǎng)近場(chǎng)掃描裝置中的光纖晶體探頭，該光纖晶體探頭反射回光學(xué)回路的激光強(qiáng)度經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路傳送到控制器，控制器將此信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換并經(jīng)過(guò)485總線通信模塊發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)將控制器傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行換算顯示到圖形窗口生成三維圖形，由此完成光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀整體功能；上述電場(chǎng)近場(chǎng)掃描裝置是由兩個(gè)光纖晶體探頭、帶有標(biāo)尺的上下探頭調(diào)整臂、待測(cè)電路板、待測(cè)電路板固定架、X軸導(dǎo)軌、Y軸導(dǎo)軌、Z軸導(dǎo)軌、探頭減震固定底座和三軸機(jī)械固定底座構(gòu)成，該裝置中上述零部件的連接方式是:一個(gè)上方的光纖晶體探頭安裝在帶標(biāo)尺的上下探頭調(diào)整臂水平臂的前端，另一個(gè)下方的光纖晶體探頭安裝在探頭減震固定底座的前端，兩個(gè)光纖晶體探頭上下對(duì)齊，待測(cè)電路板被夾緊在待測(cè)電路板固定架上，待測(cè)電路板固定架被固定在水平的X軸導(dǎo)軌上，X軸導(dǎo)軌嵌在垂直的左右兩個(gè)Y軸導(dǎo)軌的導(dǎo)軌槽內(nèi)可以上下移動(dòng)，左右兩個(gè)Y軸導(dǎo)軌則被分別嵌在位于水平面的左右兩個(gè)Z軸導(dǎo)軌的導(dǎo)軌槽中可前后移動(dòng)，X軸導(dǎo)軌、兩個(gè)Y軸導(dǎo)軌和兩個(gè)Z軸導(dǎo)軌一起被凹形的三軸機(jī)械固定底座固定為一個(gè)構(gòu)架整體，探頭減震固定底座和三軸機(jī)械固定底座置于同一水平面，但之間無(wú)任何硬性連接，且探頭減震固定底座接地處做了減震處理；上述光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀中的下述部件在電場(chǎng)近場(chǎng)掃描裝置中的具體安裝位置是:三個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別固定在X軸導(dǎo)軌的一端、Y軸導(dǎo)軌的一端和Z軸導(dǎo)軌的一端，驅(qū)動(dòng)模塊、控制器和485總線通信模塊順序安裝于三軸機(jī)械固定底座內(nèi)部，三路位置傳感器分別安置在三個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別與X軸導(dǎo)軌、Y軸導(dǎo)軌和Z軸導(dǎo)軌的連接處，信號(hào)處理電路、半導(dǎo)體激光器和光學(xué)回路安置在探頭減震固定底座上。
[0006]上述光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀，所述光纖晶體探頭是由光纖和砷化鎵立方晶體按照固定晶向粘接在一起構(gòu)成的。
[0007]上述光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀，所述信號(hào)處理電路是采用光電倍增管Jl及Ul芯片UA741運(yùn)放搭建電路，其構(gòu)成是，Jl為光電倍增管，0.0luF電容Cl與100K電阻R2并聯(lián)后的一端接UA741運(yùn)放的負(fù)極端2和Jl的2端，電容Cl與電阻R2并聯(lián)后的另一端連接uA741運(yùn)放的輸出端6和2K電阻R5 —端，電阻R5另一端連接1K電阻R6 —端，電阻R6另一端接地，1K電阻Rl —端接UA741運(yùn)放的正極端3和Jl的I端，Rl另一端接地，Netl為uA741運(yùn)放負(fù)電壓7腳的負(fù)電源接入點(diǎn)，10歐姆電阻R3 —端接uA741運(yùn)放正電壓4腳，R3另一端接電源正極+VI，10歐姆電阻R4 —端接電源負(fù)極-VI，R4另一端與220uF電容C2正極和0.0luF電容C3 —端并聯(lián)一起接至Net I，C2負(fù)極、C3另一端、220uF電容C4負(fù)極和0.0luF電容C5 —端一起接地，C4正極和C5另一端一起接UA741運(yùn)放正電壓4腳。
[0008]上述光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀，所述兩個(gè)光纖晶體探頭上下對(duì)齊，且兩個(gè)光纖晶體探頭之間的距離可調(diào)，可調(diào)范圍為I?50厘米。
[0009]上述光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀，所述帶有標(biāo)尺的上下探頭調(diào)整臂的可調(diào)范圍為I?50cm,待測(cè)電路板固定架可固定I?50cm寬度的待測(cè)電路板，X軸導(dǎo)軌、Y軸導(dǎo)軌和Z軸導(dǎo)的軌移動(dòng)范圍為I?60cm，探頭減震固定底座尺寸為40cmX 40cmX 1cm，三軸機(jī)械固定底座的尺寸為 10cmX80cmX 10cm。
[0010]上述光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀，所述信號(hào)處理電路采用的光電倍增管Jl的型號(hào)為電工牌⑶B-2。
[0011]上述光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀，所述電源采用銘瑋24V和正負(fù)5V多路輸出開關(guān)電源，控制器采用STM32F103ZET6，驅(qū)動(dòng)模塊采用ZD-6717-V3直流無(wú)刷驅(qū)動(dòng)器，三個(gè)步進(jìn)電機(jī)采用57HS09兩相步進(jìn)電機(jī)，三路位置傳感器采用NJK-5001C霍爾接近開關(guān)，485總線通信模塊采用MAX1487芯片，上位機(jī)采用可流暢運(yùn)行Windows XP系統(tǒng)的微型臺(tái)式計(jì)算機(jī)，半導(dǎo)體激光器采用LSR-905nm和500mW的半導(dǎo)體激光器，光學(xué)回路包含準(zhǔn)直透鏡、聚光鏡、分光鏡、四分之一波片和反光鏡，這些零部件均通過(guò)公知途徑獲得。
[0012]上述光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀，所述電場(chǎng)近場(chǎng)掃描裝置中的帶有標(biāo)尺的上下探頭調(diào)整臂、待測(cè)電路板、待測(cè)電路板固定架、X軸導(dǎo)軌、Y軸導(dǎo)軌、Z軸導(dǎo)軌、探頭減震固定底座和三軸機(jī)械固定底座均是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠加工制作的。
[0013]上述光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀，所有零部件的安裝和連接方式是本領(lǐng)域技術(shù)人員所能掌握的。
[0014]上述光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀，其運(yùn)行的方法是:裝置上電后，電場(chǎng)近場(chǎng)掃描裝置處于起始位置，用戶根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整帶標(biāo)尺的上下探頭調(diào)整臂，調(diào)整上下光纖晶體探頭的位置和距離，并在上位機(jī)中設(shè)定掃描起始位置、掃描范圍和掃描精度，設(shè)定值中的Z軸導(dǎo)軌掃描范圍應(yīng)小于兩個(gè)光纖晶體探頭的空間距離，上位機(jī)通過(guò)485總線通信模塊將用戶數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器，控制器依據(jù)這些數(shù)據(jù)控制驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，將待測(cè)電路板移動(dòng)到相應(yīng)位置并開始掃描程序，當(dāng)掃描到設(shè)定的邊界范圍后，控制器控制驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，將待測(cè)電路板固定架和待測(cè)電路板恢復(fù)到起始位置等待下一次掃描命令。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)是:本發(fā)明采用雙光纖晶體探頭的三維電場(chǎng)近場(chǎng)掃描裝置，以三軸步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，安裝有上下兩個(gè)光纖晶體探頭，可同時(shí)掃描待測(cè)電路板正反兩面電場(chǎng)近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)。光纖晶體探頭掃描到的數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)處理后經(jīng)由485總線上傳到上位機(jī)，這些數(shù)據(jù)在上位機(jī)中進(jìn)行處理、顯示和存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)采集、電機(jī)控制和上位機(jī)組成一主多從的485結(jié)構(gòu)，用戶通過(guò)上位機(jī)設(shè)定起始位置、掃描范圍和掃描精度這些參數(shù)，設(shè)定完成后將各種參數(shù)發(fā)送給控制器，控制器收到后根據(jù)設(shè)定值來(lái)控制驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)待測(cè)電路板到相應(yīng)位置，并確定掃描范圍、步進(jìn)距離和精度。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著進(jìn)步如下:
[0017](I)本發(fā)明光電式電場(chǎng)近場(chǎng)掃描儀采用雙光纖晶體探頭可有效避免掃描裝置對(duì)原電場(chǎng)的破壞，采集到的電路板正反面數(shù)據(jù)在上位機(jī)同時(shí)顯示，三維場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)更加形象生動(dòng)，正反面近場(chǎng)同時(shí)掃描和可變分辨率縮短了掃描時(shí)間，而起始位置和范圍設(shè)置使掃描更加靈活便捷，歷史數(shù)據(jù)查看的功能更方便用戶使用。
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