[发明专利]一种具有大动态范围的电磁场检测前端电路

说明书

本发明提供了一种具有大动态范围的电磁场检测前端电路，属于电磁场检测领域，通过分别设计电场检测前端电路和磁场检测前端电路，在电场检测前端电路和磁场检测前端电路中引入开关矩阵和频率补充电容，通过调节第一信号开关、第二信号开关、第三信号开关和第四信号开关，实现在DC到100KHz范围内达到比较大的动态范围，同时保证了测量精度，有效的保证了在复杂电磁场环境中工作人员和仪器的安全。本发明提供的电磁场检测前端电路能够实现磁场动态范围为0.3nT至10mT，而电场动态范围可达到5mV/m到100kV/m。

技术领域

本发明涉及电磁场检测领域，具体涉及一种具有大动态范围的电磁场检测前端电路。

背景技术

电磁辐射是一种看不见、摸不着、难以感知的“隐形污染”。战场复杂电磁环境中的电磁辐射一方面威胁作战人员的人身安全，另一方面干扰危害武器装备中电子设备的正常工作。电磁场分析仪可以满足复杂电磁环境辐射强度测试和装备维护的需求，在人员及装备的电磁辐射危害防护、电磁安全区域界定、电磁兼容环境监测以及计量等方面具有明确的军事需求和良好的应用前景。目前市场上的电磁场分析仪产品较少，技术公开较少，传统的信号采集方案采集信号，通过放大，最后传输到ADC以及MCU处理。但是传统的电磁场分析仪的电路形式不同频率的同等强度的场信号响应差别比较大，无形中减小了能检测到信号的动态范围。

现有电磁场分析仪器动态范围较小，比较前沿如ARWORLD公司的仪器电场测量范围0.2-20000V/m，动态范围为100dB。对于电磁场分析仪，硬件电路的性能直接决定了整机的性能，特别是在动态范围和精度方面。典型的电磁场检测前端电路如图1所示，该方案电场和磁场采用相同的采集电路，1-1是感应线圈或者电容板、1-2到1-6组成信号滤波系统、1-7和1-8组成匹配系统、1-9低噪放采用电压跟随的形势、1-10是滤波组件、1-11是模数转换器、1-12是数字处理系统。采用此种形势的电路，在DC-100KHz范围内，对于统一场强不同频率的信号，到达ADC前端的电压信号幅度相差3000倍左右。现有方案和产品动态范围相对小，比较高端产品在100dB左右。精度较低，高端产品电场精度在0.2V/m，磁场精度在20nT左右，当精度和动态范围有更高要求，上述方案并不能满足设计要求。

发明内容

针对现有的电磁场分析仪存在的动图范围较小，测试精度低的问题，本发明提供了一种具有大动态范围的电磁场检测前端电路。

本发明采用以下的技术方案：

一种具有大动态范围的电磁场检测前端电路，包括电场检测前端电路和磁场检测前端电路，所述电场检测前端电路包括电容板，电容板上依次串联有第一电阻、第一运算放大电路、第二电阻和第一电容，第一运算放大电路包括第一运算放大器、并联在第一运算放大器上的第三电阻和并联在第三电阻上的第二电容，在第一电阻与第一运算放大电路之间还分别连接有第四电阻、第一信号开关和第二信号开关，第一信号开关连接有第五电阻，第二信号开关连接有第六电阻；所述磁场检测前端电路包括线圈和第二运算放大电路，线圈的一端连接有第一开关矩阵，线圈的另一端连接有第二开关矩阵，第一开关矩阵和第二开关矩阵均与第二运算放大电路相连，第二运算放大电路包括第二运算放大器、并联在第二运算放大器上的第七电阻和并联在第七电阻上的第三电容。

优选地，所述第一电阻与第一运算放大器的同相输入端相连，第三电阻的两端分别连接在第一运算放大器的反相输入端和输出端。

优选地，所述第一信号开关为单刀双掷开关，第一信号开关的动端与第五电阻相连，第一信号开关的一个不动端与第一运算放大器的同相输入端相连；所述第二信号开关为单刀双掷开关，第二信号开关的动端与第六电阻相连，第二信号开关的一个不动端与第一运算放大器的同相输入端相连。