مزایا و معایب فناوری اندازه گیری نوری ایزوله چیست؟

فناوری اندازه‌گیری ایزوله نوری با بهره‌گیری از قابلیت‌های استثنایی جداسازی الکتریکی و ایمنی تداخل، مزایای قابل‌توجهی را در محیط‌های پیچیده-ولتاژ و فرکانس بالا- نشان می‌دهد. با این حال، با محدودیت هایی مانند هزینه بالا و اندازه فیزیکی بزرگ نیز مواجه است.

I. مزایای فنی اصلی

1. نسبت رد حالت رایج فوق العاده (CMRR)

پروب های ایزوله نوری می توانند به CMRR 160 دسی بل در محدوده فرکانس پایین- دست یابند و همچنان سطح بالای 100 دسی بل را در فرکانس بالای 1 گیگاهرتز بسیار بیشتر از پروب های دیفرانسیل سنتی (که معمولاً در 100 مگاهرتز فقط 26 دسی بل می رسد) حفظ کنند.

آنها می‌توانند سیگنال‌های دیفرانسیل سطح{0} میلی‌ولت را در محیط‌هایی که دارای ولتاژ حالت مشترک ± 6 کیلو ولت هستند، به‌طور دقیق ضبط کنند، و به‌ویژه برای اندازه‌گیری گذرای سوئیچینگ در نیمه‌رساناهای نسل سوم (مانند SiC و GaN) مناسب-می‌شوند.

2. ولتاژ جداسازی بالا برای ایمنی افزایش یافته

بر اساس اصل جداسازی الکتریکی از طریق فیبر نوری، این فناوری می تواند به ولتاژهای جداسازی بیش از 60 کیلو ولت دست یابد و در نتیجه اتصال الکتریکی بین مدار مورد آزمایش و تجهیزات اندازه گیری را به طور کامل قطع کند.

این کار به طور مؤثری از خرابی{0} ولتاژ بالا اسیلوسکوپ جلوگیری می‌کند و از پرسنل عملیاتی محافظت می‌کند، و آن را برای سناریوهای تست خطر بالا شامل کنترل‌کننده‌های موتور خودرو انرژی جدید، اینورترهای فتوولتائیک و سیستم‌های مشابه ایده‌آل می‌کند.

3. یکپارچگی سیگنال بالا و اثرات بارگذاری حداقل

با امپدانس ورودی تا 10 MΩ || 1 pF، اثر بارگذاری در مدار مورد آزمایش زیر 0.1٪ باقی می‌ماند، در نتیجه از اعوجاج سیگنال که معمولاً توسط اندوکتانس سرب موجود در پروب‌های سنتی ایجاد می‌شود، جلوگیری می‌کند.

زمان افزایش می‌تواند تا 700 ps باشد و امکان بازتولید دقیق نرخ‌های کاهش ولتاژ (dV/dt) تا 100 V/ns در دستگاه‌های GaN را فراهم می‌کند و شکل موج‌های قابل اعتمادی را برای محاسبه تلفات سوئیچینگ ارائه می‌دهد.

4. مصونیت قوی در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI)

مسیر انتقال فیبر نوری عاری از کوپلینگ الکترومغناطیسی است. در نتیجه، محیط‌های الکترومغناطیسی قوی (مانند محیط‌هایی که در نزدیکی ایستگاه‌های ارتباطی یا ماشین‌ابزارهای CNC یافت می‌شوند) تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد، در نتیجه خلوص سیگنال را تضمین می‌کند.

این باعث می‌شود که این فناوری به ویژه برای اندازه‌گیری‌های مربوط به مدارهای زمین شناور-و چندین نقطه بالقوه مناسب باشد و نیاز به اتصال زمین مشترک را از بین ببرد.

II. محدودیت های کاربردی اولیه

1. پهنای باند و سرعت پاسخ محدود

با توجه به نرخ مدولاسیون دیودهای لیزر و زمان پاسخگویی دیودهای نوری، پهنای باند مدل‌های جریان اصلی معمولاً به 1 گیگاهرتز محدود می‌شود-محدوده‌ای کمتر از پروب‌های غیرفعال{2} ردیف بالا (که می‌تواند به 6 گیگاهرتز برسد). در اندازه‌گیری‌های سیگنال با فرکانس فوق‌العاده-- (مثلاً تقویت‌کننده‌های توان RF 5G)، ممکن است کاهش پاسخ فرکانس رخ دهد که منجر به اعوجاج سیگنال شود.

2. مصرف برق بالا و اندازه فیزیکی بزرگ

ماژول جلویی-به یک منبع تغذیه مستقل (با باتری یا لیزر-) نیاز دارد. با توجه به طراحی مدیریت حرارتی، حجم فیزیکی آن 3 تا 5 برابر بزرگتر از پروب های سنتی است و وزن آن بیش از 500 گرم است.

هنگام آزمایش PCB های پرجمعیت، عملیات محدود می شود. استفاده طولانی مدت از دست باعث خستگی می شود و استفاده از پایه نگهدارنده را ضروری می کند.

3. هزینه بالا و تعمیر و نگهداری پیچیده

متشکل از یک درایور لیزر، یک ماژول تبدیل نوری الکترونیکی با دقت بالا-و یک سیستم کنترل دما، هزینه ساخت 3 تا 5 برابر پروب های دیفرانسیل قابل مقایسه است.

مدل‌های سطح ورودی{0}}بیش از 10000 یوان قیمت دارند، در حالی که مدل‌های{3}بالا به صدها هزار یوان می‌رسند. علاوه بر این، کالیبراسیون دوره‌ای بهره و خطی بودن مورد نیاز است که منجر به هزینه‌های عملیاتی طولانی‌مدت- می‌شود.

4. استفاده دقیق و الزامات نگهداری

شعاع خمش فیبر نوری باید از 30 میلی‌متر تجاوز کند (برخی مدل‌ها به بزرگ‌تر یا مساوی 10 سانتی‌متر نیاز دارند). خمش بیش از حد منجر به تضعیف سیگنال نوری می شود.

قبل از اندازه گیری، محدوده ولتاژ باید تخمین زده شود و یک تضعیف کننده مناسب انتخاب شود. اگر دمای محیط بیش از 5 درجه نوسان داشته باشد، کالیبراسیون مجدد مورد نیاز است.

III. خلاصه سناریوهای قابل اجرا

چشم انداز روند: پهنای باند نسل جدید کاوشگرهای ایزوله نوری اکنون از 2 گیگاهرتز فراتر رفته است. با ادغام پردازش سیگنال مبتنی بر هوش مصنوعی-و محاسبات لبه، این کاوشگرها به سمت سطوح بالاتری از یکپارچگی و هوش در حال تکامل هستند.