激光功率計探頭器的組成

 

    按功率傳感器技術類型，可把功率計分為3類：熱敏電阻型功率計，熱電偶型功率計和晶體檢波式功率計。

 

    激光功率計探頭使用熱敏電阻做功率傳感元件。熱敏電阻值的溫度系數較大，被測信號的功率被熱敏電阻吸收后產生熱量，使其自身溫度升高，電阻值發生顯著變化，利用電阻電橋測量電阻值的變化，顯示功率值。

 

    激光功率計探頭則是利用熱電偶型功率計中的熱偶結直接吸收高頻信號功率，結點溫度升高，產生溫差電勢，電勢的大小正比于吸收的高頻功率值，進行功率測量。

 

    晶體檢波式功率計使用晶體二極管檢波器將高頻信號變換為低頻或直流電信號。適當選擇工作點，使檢波器輸出信號的幅度正比于高頻信號的功率。

 

    1、熱敏電阻功率傳感器和功率計

 

    熱敏電阻是一種由金屬氧化物的化合物制成的電阻器，隨溫度呈現大的電阻變化。若將熱敏電阻用于形成功率傳感器的終端，則它的電阻將隨外加功率引起的溫升而變。

 

    說明了熱敏電阻功率計的基本原理。的電路表明對于射頻輸入端上出現的信號，兩個熱敏電阻如何被布置成并聯以及如何與功率計相串聯。功率計的連接跨接在射頻旁路電容器兩端，以避免熱敏電阻那邊的射頻泄露。

 

    激光功率計探頭利用稱為自動平衡電橋的電路，該電路提供將熱敏電阻阻值RT維持恒定在R值上的直流偏置功率。若熱敏電阻上的射頻功率增加，則電橋使偏置功率減小一個相類似的量。射頻功率降低則引起電橋增加偏置功率，使熱敏電阻維持恒定的電阻。功率計內的輔助電路對直流功率的這個變化進行處理，以獲得功率讀數。

 

    熱敏電阻的阻值隨環境溫度以及射頻和直流功率而變，所以溫度的任何變化都會引起功率讀數變化。現代熱敏電阻功率傳感器通過利用與射頻檢測熱敏電阻有熱聯系但電氣上相隔離的第二組熱敏電阻來克服這一問題。出了溫度補償式熱敏電阻傳感器的電路。這類傳感器要求包含兩個自動平衡電橋以及依據加到檢測熱敏電阻和補償熱敏電阻上的偏置信號來獲得功率讀數的電路的功率計。給出了這類功率計的詳細框圖。

 

    激光功率計探頭工作原理

 

    將加到射頻電橋上的偏置功率相對于加到補償電橋上的功率進行比較，射頻功率由下式給出：Prf=（Vc^2-Vrf^2）/4R

 

    式中，Prf為射頻功率；Vc為加到補償電橋上的電壓；Vrf為加到射頻電橋上的電壓；R為熱敏電阻傳感器在平衡時的電阻。

 

    功率計包含一個在通Vc與Vrf之和成正比的時期內閉合的電子開關，從而在儀表測量部件M中形成電流流動，其大小通Vc與Vrf之差成正比。通過儀表的電流的平均值計算式，不加射頻功率時，Vc=Vrf，這個條件在使用者啟動自動調零電路時便能得到。現代熱敏電阻功率計提供10mW---1uW輸入功率范圍的測量能力（40dB），并可提供能工作在100KHZ---1000GHZ頻率范圍內不同波段的傳感器。

 

    熱敏電阻傳感器曾經廣泛用于一般用途的功率測量，但它們已被能提供更佳性能的其他功率檢測方法取代。現在的主要用途是功率計和傳感器的校準。

 

    激光功率計探頭具有寬動態范圍、低漂移和小駐波比，且一臺儀器能夠容納寬的頻率范圍。利用熱電偶的功率傳感器便能滿足這些要求。

 

    兩種相異導體的連接形成一對熱電偶結，這些結兩端存在的任何溫度梯度將產生電壓。功率傳感器的熱電偶結構被設計成包括一個耗散大部分外加功率的電阻器。電阻器的的溫度升高，在附件的熱電偶結兩端便形成溫度梯度，從而產生與功率成正比的電壓。兩組這類結構實際上可以這樣取向，使由電阻器耗散的功率產生的溫升引起兩個熱電偶結構產生相加的溫差電壓，而由環境溫度變化產生的溫度梯度則引起相抵消的溫差電壓，因而將零讀數的漂移減至小。該電阻器的阻值被設計成為傳輸線提供良好匹配的終端。

 

    激光功率計探頭中使用的熱電偶元件可能由金、（n）型硅和氮化鉭電阻材料構成，而薄膜結構則提供工作在超過40GHz頻率上所需的小尺寸和精密幾何形狀。利用這些技術的熱電偶傳感器的示意圖。