专利名称：调制型光学电流互感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力系统高压线路电流测量技术领域，尤其涉及一种调制型光学电流互感器。
背景技术：
电流互感器是电力系统计量和保护控制的重要设备，电磁式电流互感器经过长期发展，其测量稳态电流的精度可达万分之几，甚至更高；但在短路故障情况下电磁式电流互感器出现严重的磁饱和现象，导致二次输出电流波形失真，不能描述短路电流的过渡过程， 这是继电保护误动和拒动的主要原因之一。今后，电力系统的监视与控制将走向全时间过程，从局部走向全局。继电保护的误动和拒动会给电力系统带来灾难性的事故。因此，人们正在构建电力系统安全防御体系，传统的电磁式电流互感器不能反映电网动态过程，迫切需要新型的电流互感器，于是基于法拉第磁光效应的光学电流互感器受到重视，特别是块状光学电流互感器。2007年5月16日中国专利局公开了申请号为200510117694. 8名称为 “光学电流互感器及其测定电流的方法”的发明专利说明书。其技术方案是传感头为直条状磁光材料，沿直线布置的输入光纤、输入自聚焦透镜、起偏器、光学传感头、检偏器、平行输出自聚焦透镜和光纤及垂直输出自聚焦透镜和光纤构成基本光路。被测电流通过环形导体，在其腔内建立平行磁�。诖懦∧谥辽儆幸惶趸竟饴罚浯型酚氪帕ο咂叫�。多个光路时，各传感头等长且到环形导体轴线等距，每光路的输出光纤分别接低压侧的两个光电转换器，输出平行信号和垂直信号，从而算出被测电流。有多个光路时可以求平均值或进行温度修正从而提高精度。该发明传感头中的偏振光直通，克服“光绕电”式的光学电流互感器的光路缺陷，不会因反射面变性而失稳。该互感器能长期稳定运行且测量精度较高；但是该发明主要用于交流电流的测量，当用于直流电流测量时，被测电流的频带会与光学测量系统的噪声发生重叠，导致测量精度受到影响。
发明内容针对上述背景技术中提到的被测直流电流的频带与光学测量系统的噪声发生重叠的不足，本实用新型提出了一种调制型光学电流互感器。本实用新型的技术方案是，调制型光学电流互感器，其特征是该电流互感器包括智能调制光源、前置光分路器、前行光电转换器、磁光传感电路、后行光电转换器和智能光电解调器；所述智能调制光源与前置光分路器连接；前置光分路器与前行光电转换器连接； 前置光分路器通过输入光纤与磁光传感电路连接；磁光传感电路通过输出光纤与后行光电转换器连接；前行光电转换器和后行光电转换器分别与智能光电解调器连接；智能光电解调器与智能调制光源连接。所述智能调制光源包括信号CPU、光信号发生器、可控比例加法器、基准稳压器、光功率驱动器和可调光源；[0007]信号CPU分别与光信号发生器和可控比例加法器连接；光信号发生器与可控比例加法器连接；基准稳压器与可控比例加法器连接；可控比例加法器与光功率驱动器连接； 光功率驱动器与可调光源连接。所述磁光传感电路包括输入准直器、起偏器、光学传感头、检偏器、输出准直器和密封壳体；所述输入准直器、起偏器、光学传感头、检偏器和输出准直器沿直线顺次连接；起偏器、光学传感头和检偏器放置在所述密封壳体内；输入准直器和输出准直器的一部分放置于密封壳体内，另一部分放置于密封壳体外。所述输入准直器的轴线与起偏器的进光面的夹角范围为80度到100度；输出准直器的轴线与检偏器的出光面的夹角范围为80度到100度；起偏器的进光面相对检偏器的出光面的夹角范围为0度到90度。所述智能光电解调器包括后行交直流分离器、前行交直流分离器、光信号解调器、 后行模数转换器、前行模数转换器和后置CPU ；所述后行交直流分离器分别于后行模数转换器和光信号解调器连接；前行交直流分离器分别于前行模数转换器和光信号解调器连接；后行交直流分离器和前行交直流分离器分别与光信号解调器连接；后行模数转换器和前行模数转换器分别与后置CPU连接。所述光信号解调器包括交流电流光信号解调器和直流电流光信号解调器。所述交流电流光信号解调器包括前行带通滤波器、后行带通滤波器、前行峰峰值测量器、后行峰峰值测量器和解调除法器；所述前行带通滤波器与前行峰峰值测量器连接；后行带通滤波器与后行峰峰值测量器连接；前行峰峰值测量器和后行峰峰值测量器分别与解调除法器连接。所述直流电流光信号解调器包括前置带通滤波器、后置带通滤波器、前行乘法器、 后行乘法器、前行低通滤波器、后行低通滤波器、后置解调除法器和解调平方根器；所述前置带通滤波器与前行乘法器连接；前行乘法器与前行低通滤波器连接；后置带通滤波器与后行乘法器连接；后行乘法器与后行低通滤波器连接；前行低通滤波器和后行低通滤波器分别与后置解调除法器连接；后置解调除法器与解调平方根器连接。与现有技术相比较，本实用新型的优点如下1、采用光信号调制和解调的方法，通过智能调制光源将基本输入光调制到远离测量系统噪声的频带上，采用智能光电解调器将噪声滤除后再还原测量电流信号，解决了现有技术中，采用直流光源测量直流电流时，由于噪声干扰而导致测量精度不高的问题。2、采用闭环负反馈结构，消除了影响光学电流互感器测量精度的干扰(如温度、 应力等)，进一步提高了测量精度。3、磁光传感光路安装于导热性能良好的非铁磁材料金属的密封壳体中，在制造过程中和运行过程中可以防止污染，保证了光学电流互感器的自身的测量精度。4、二次系统是闭环结构，克服了现有技术开环结构的各元件误差累计的缺点，进一步提高了测量精度。
图1为调制型光学电流互感器的结构示意图。[0024]图2为光信号解调器的第一种结构示意图。图3为光信号解调器的第二种结构示意图。图4为智能调制光源的原理图。图5为智能光电解调器的原理图。图6为光信号解调器的原理图。
具体实施方式
以下结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。本实用新型提供了一种调制型光学电流互感器，消除了测量直流电流时频带噪声重叠的缺陷，进一步提高了光学直流电流互感器的测量精度。智能调制光源发出的光通过前置光分路器分成两束光，这两束光都是以远离光电噪声频带为中心频率的调制光，一路光信号进入磁光传感光路，磁光传感光路输出的光信号进入后行光电转换器，后行光电转换器输出的信号中包含有被测电流信息、温度信息和光源不稳定信息，另一路光信号直接进入前行光电转换器，前行光电转换器输出的信号中只包含光源不稳定信息和温度信息，后行光电转换器和前行光电转换器的输出的电信号输入到智能光电解调器，智能光电解调器将两路输入信号进行差分计算，就可以消除光源不稳定，智能光电解调器通过滤波器滤除光电噪声，保留被测电流信息和温度信息，再根据被测电流信息和温度信息之间的不同技术特征将被测电流信息和温度信息进行解调和信号分离，输出两路信号，一路信号是被测电流信息，它与被测电流成固定比例关系；另一路信号是温度信息，输入到智能调制光源的输入端。磁光传感光路包括输入准直器、起偏器、光学传感头、检偏器、输出准直器和密封壳体，这些光学元件依次顺序沿直线布置，输入准直器的轴线与起偏器的进光面的夹角为 80度到100度，输出准直器的轴线与检偏器的出光面的夹角为80度到100度，起偏器相对检偏器的偏振面绕传感头的轴线旋转0度到90度，上述磁光传感光学元件安装在密封壳体，密封壳体是导热性良好的非铁磁材料金属的密封壳体或者是安装在非导磁性的非金属材料的密封壳体。智能调制光源包括信号CPU、光信号发生器、可控比例加法器、基准稳压器、光功率驱动器和可调光源，信号CPU的输出端连接到光信号发生器和可控比例加法器的输入端上，光信号发生器和基准稳压器的输出端连接到可控比例加法器的输入端，可控比例加法器的输出端连接到光功率驱动器的输入端，光功率驱动器的输出端连接到可调光源的输入端，信号CPU的输入端接收智能光电解调器的输出信号。智能光电解调器包括后行交直流分离器、前行交直流分离器、光信号解调器、后行模数转换器、前行模数转换器和后置CPU，后行交直流分离器接收后行光电转换器输出的电信号后，输出后行直流信号和后行交流信号；前行交直流分离器接收前行光电转换器输出的电信号后，输出前行直流信号和前行交流信号，前行交流信号和后行交流信号输入到光信号解调器，光信号解调器输出被测电流的电信号；前行直流信号输入到前行模数转换器， 后行直流信号输入到后行模数转换器，前行模数转换器和后行模数转换器连接到后置CPU， 后置CPU输出调节信号到智能调制光源中的信号CPU。[0035]光信号解调器包括交流电流光信号解调器和直流电流光信号解调器1.交流电流光信号解调器包括前行带通滤波器、后行带通滤波器、前行峰峰值测量器、后行峰峰值测量器和解调除法器。前行交流信号和后行交流信号分别对应输入到前行带通滤波器和后行带通滤波器，前行带通滤波器和后行带通滤波器输出信号分别对应输入到前行峰峰值测量器和后行峰峰值测量器，前行峰峰值测量器和后行峰峰值测量器输出信号输入到解调除法器，解调除法器输出被测电流的电信号。2.直流电流光信号解调器包括前置带通滤波器、后置带通滤波器、前行乘法器、后行乘法器、前行低通滤波器、后行低通滤波器、后置解调除法器和解调平方根器。前行交流信号和后行交流信号分别对应输入到前置带通滤波器和后置带通滤波器，前前置带通滤波器和后置带通滤波器输出信号分别对应输入到前行乘法器和后行乘法器，前行乘法器和后行乘法器输出信号对应输入到前行低通滤波器和后行低通滤波器，前行低通滤波器和后行低通滤波器输出信号输入到后置解调除法器，后置解调除法器输出信号输入到解调平方根器，解调平方根器输出被测电流的电信号。
以下结合附图，通过具体实施对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。调制型光学电流互感器，结构如图1，图2，图3所示，调制型光学电流互感器包括智能调制光源、前置光分路器、输入光纤、磁光传感光路、输出光纤、前行光电转换器、后行光电转换器和智能光电解调器。智能调制光源发出的调制光功率信号进入前置光分路器，前置光分路器将光信号分成两束一束光信号通过输入光纤进入磁光传感光路，经输出光纤进入后行光电转换器， 转换结果为后行电信号；另一束光信号直接进入前行光电转换器，转换结果为前行电信号。 后行电信号和前行电信号进入智能光电解调器，智能光电解调器中的后行交直流分离器和前行交直流分离器分别输出交直流两种电信号，其中，交流信号进入光信号解调器，其输出即为光学电流互感器的输出信号；直流信号通过前行模数转换器和后行模数转换器转化为数字量后进入后置CPU，该直流信号携带着当温度、应力变化时光学传感头输出光强的变化信息，经后置CPU处理，将处理信息传输给智能调制光源中的信号CPU，根据处理信息来调整，并向光信号发生器和可控比例加法器发出控制信号，从而改变光功率驱动器输出的电信号，最终改变可调光源的发光强度，也就是调整了经输入光纤输入到磁光传感光路的输入光强度；根据负反馈的原理克服了温度、应力变化所造成的光学电流互感器的输出误差， 提高了光学电流互感器的测量精度。智能调制光源的原理如图4所示，由信号CPU8051F310、光信号发生器AD9833、基准稳压器AD584、可控比例运算放大器、光功率驱动器和可调光源组成，8051F310的管脚 P0. 4,P0. 5,P0. 6分别与AD9833的管脚P8、P7、P6相连，MCLK的输出管脚OUT与AD9833的管脚P5相连，AD9833的信号输出管脚PlO输出到电阻800 ；电阻R51、R52、R53、数字电位器 U51与运算放大器0P07组成可控比例运算放大器；基准稳压器AD584输出端P2连接到电阻R53 ；8051F310的管脚P0. UP0. 2,P0. 3分别与数字电位器TOl的输入端P2、P3、P4对应连接；运算放大器0P07的输出端连接到电阻肪4上，电阻R54、R55、R56、R57、二极管D51、 D52、电容C51、C52与功率放大器U52共同组成光功率驱动器，功率放大器U52的输出端连接到电阻R58上，电阻R58与光源HFBR1414共同组成可调光源，可调光源的FC或者ST光学连接口可以与前置光分路器6连接，输出调制光信号。[0042]智能光电解调器的原理如图5所示，由后行交直流分离器、前行交直流分离器、光信号解调器、后行模数转换器、前行模数转换器和后置CPU8051F310组成，电阻601、R602、 R603、R604、R605、电容C601和运算放大器U63、U65共同组成前行交直流分离器，电阻611、 R612、R613、R614、R615、电容C611和运算放大器U64、U66共同组成后行交直流分离器，前行光电转换器U61将光信号P61、P62转换为电信号后输入到电容C601，后行光电转换器U62 将光信号转换为电信号后输入到电容C611，运算放大器TO5、U66输出信号进入8051F310的模拟量输入端PI. 1、P1.2上，模数转换器集成在8051F310中，电阻R602、R612的输出端连接到光信号解调器的输入端PI、P2上，8051F310的输出端P2. 1与光信号解调器的输入端 P4连接，光信号解调器的输出端P3输出被测电流信号，8051F310的信号输出端P63、P64可以与智能调制光源中的信号CPU的输入端P11、P12连接。光信号解调器的原理如图6所示，由两个带通滤波器和解调CPUTMS320F2812组成，电阻 R701、R702、R703、R704、R705、R706、电容 C701、C702、C703、C704、C705、C706 和运算放大器U71、U72组成前行带通滤波器(前置带通滤波器)，电阻R711、R712、R713、R714、 R715、R716、电容 C711、C712、C713、C714、C715、C716 和运算放大器 U73、U74 组成后行带通滤波器(后置带通滤波器)，光信号解调器的输入信号连接到电阻R701、R711上，运算放大器U72、U74的输出端连接到解调CPU TMS320F2812的输入端Pl. 1和Pl. 2上，解调CPU TMS320F2812内置模/数转换器和数/模转换器，解调CPU TMS320F2812的输端P2. 1输出被测电流信号。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求1.调制型光学电流互感器，其特征是该电流互感器包括智能调制光源、前置光分路器、 前行光电转换器、磁光传感电路、后行光电转换器和智能光电解调器；所述智能调制光源与前置光分路器连接；前置光分路器与前行光电转换器连接；前置光分路器通过输入光纤与磁光传感电路连接；磁光传感电路通过输出光纤与后行光电转换器连接；前行光电转换器和后行光电转换器分别与智能光电解调器连接；智能光电解调器与智能调制光源连接。
2.根据权利要求1所述调制型光学电流互感器，其特征是所述智能调制光源包括信号 CPU、光信号发生器、可控比例加法器、基准稳压器、光功率驱动器和可调光源；信号CPU分别与光信号发生器和可控比例加法器连接；光信号发生器与可控比例加法器连接；基准稳压器与可控比例加法器连接；可控比例加法器与光功率驱动器连接；光功率驱动器与可调光源连接。
3.根据权利要求1所述调制型光学电流互感器，其特征是所述磁光传感电路包括输入准直器、起偏器、光学传感头、检偏器、输出准直器和密封壳体；所述输入准直器、起偏器、光学传感头、检偏器和输出准直器沿直线顺次连接；起偏器、 光学传感头和检偏器放置在所述密封壳体内；输入准直器和输出准直器的一部分放置于密封壳体内，另一部分放置于密封壳体外。
4.根据权利要求3所述调制型光学电流互感器，其特征是所述输入准直器的轴线与起偏器的进光面的夹角范围为80度到100度；输出准直器的轴线与检偏器的出光面的夹角范围为80度到100度；起偏器的进光面相对检偏器的出光面的夹角范围为0度到90度。
5.根据权利要求1所述调制型光学电流互感器，其特征是所述智能光电解调器包括后行交直流分离器、前行交直流分离器、光信号解调器、后行模数转换器、前行模数转换器和后置CPU ；所述后行交直流分离器分别于后行模数转换器和光信号解调器连接；前行交直流分离器分别于前行模数转换器和光信号解调器连接；后行交直流分离器和前行交直流分离器分别与光信号解调器连接；后行模数转换器和前行模数转换器分别与后置CPU连接。
6.根据权利要求5所述调制型光学电流互感器，其特征是所述光信号解调器包括交流电流光信号解调器和直流电流光信号解调器。
7.根据权利要求6所述调制型光学电流互感器，其特征是所述交流电流光信号解调器包括前行带通滤波器、后行带通滤波器、前行峰峰值测量器、后行峰峰值测量器和解调除法器；所述前行带通滤波器与前行峰峰值测量器连接；后行带通滤波器与后行峰峰值测量器连接；前行峰峰值测量器和后行峰峰值测量器分别与解调除法器连接。
8.根据权利要求6所述调制型光学电流互感器，其特征是所述直流电流光信号解调器包括前置带通滤波器、后置带通滤波器、前行乘法器、后行乘法器、前行低通滤波器、后行低通滤波器、后置解调除法器和解调平方根器；所述前置带通滤波器与前行乘法器连接；前行乘法器与前行低通滤波器连接；后置带通滤波器与后行乘法器连接；后行乘法器与后行低通滤波器连接；前行低通滤波器和后行低通滤波器分别与后置解调除法器连接；后置解调除法器与解调平方根器连接。
专利摘要本实用新型公开了电力系统高压线路电流测量技术领域中的一种调制型光学电流互感器。该电流互感器包括智能调制光源、前置光分路器、前行光电转换器、磁光传感电路、后行光电转换器和智能光电解调器；智能调制光源发出的光通过前置光分路器分成两束光一路通过磁光传感光路，接入后行光电转换器；另一路接入前行光电转换器，后行光电转换器和前行光电转换器的电信号输入到智能光电解调器中，智能光电解调器可以将反馈光电信号输入智能调制光源。本实用新型克服了环境温度和光源输出不稳定等因素的影响，提高了光学电流互感器的测量精度。
文档编号G01R15/24GK202033400SQ201120107778
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者刘君, 李岩松 申请人:华北电力大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
