專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光學(xué)電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)中高壓線路電流測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光學(xué)電流 互感器。
背景技術(shù)：
目前，基于法拉第磁光效應(yīng)的光學(xué)電流互感器作為一種新型的電流測(cè)量裝置，以 其頻帶寬、響應(yīng)速度快、絕緣相對(duì)簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，很好的滿(mǎn)足了電力系統(tǒng)的要求，并有取 代傳統(tǒng)電磁式電流互感器的趨勢(shì)，具有良好的發(fā)展前景。目前光學(xué)電流互感器的檢測(cè)處理 方案主要有三種1)單探測(cè)器的信號(hào)檢測(cè)處理方案，其工作過(guò)程是光學(xué)電流互感器低壓側(cè)由發(fā)光 電路發(fā)出的直流光強(qiáng)信號(hào)通過(guò)光纖，進(jìn)入起偏器變?yōu)榫€偏振光，通過(guò)光纖傳感頭并由檢偏 器檢偏后，耦合進(jìn)光纖傳到低壓側(cè)并被光/電轉(zhuǎn)換器接收，再經(jīng)過(guò)交直流分離電路后，原來(lái) 的直流光信號(hào)變成直流電壓信號(hào)，同時(shí)，原來(lái)的被一次導(dǎo)線上的電流調(diào)制的信號(hào)變成交流 電壓信號(hào)，這兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)高準(zhǔn)確度的模擬除法器執(zhí)行AC/DC運(yùn)算(模/數(shù)轉(zhuǎn)換)后， 得到一個(gè)與被測(cè)高壓線上的電流成正比且與直流光強(qiáng)無(wú)關(guān)的電壓信號(hào)，對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行放 大、濾波、移相、緩沖輸出處理后，所得到的就是光學(xué)電流互感器的模擬計(jì)量信號(hào)。2)雙探測(cè)器的信號(hào)檢測(cè)處理方案，其工作過(guò)程是從光纖傳感頭得到的光信號(hào)與 單探測(cè)器的信號(hào)檢測(cè)處理方案相同，不同的是在其輸出光經(jīng)過(guò)渥拉斯頓棱鏡分為兩束，且 兩束光的振動(dòng)方向與入射光的振動(dòng)方向成士45度。當(dāng)被測(cè)線路電流為零時(shí)，兩路輸出光強(qiáng) 相等。從渥拉斯頓棱鏡射出的兩束光，通過(guò)各自的探測(cè)器和放大器后，產(chǎn)生兩路輸出信號(hào)， 再經(jīng)過(guò)求差電路和求和電路，得到兩個(gè)信號(hào)的差與和。最后作除法及其它運(yùn)算，得到待測(cè)電 流和其它數(shù)據(jù)。3)改進(jìn)的雙探測(cè)器的信號(hào)檢測(cè)處理方案，其工作過(guò)程時(shí)從光纖傳感頭得到的光 信號(hào)與雙探測(cè)器的信號(hào)檢測(cè)處理方案相同，但該方案的明顯的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)兩路檢測(cè)信號(hào)中 的每一路都先進(jìn)行“去掉直流后再除以直流”的處理，有利于提高系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性。同時(shí) 方案的另一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)是具有抑制共模噪聲的功能。上述三種方案解決了傳統(tǒng)的電磁式電流互感器在測(cè)量高壓線路大電流時(shí)存在的 磁飽和問(wèn)題，滿(mǎn)足了 IEC標(biāo)準(zhǔn)的精度要求。在高壓線路電流較大時(shí)，上述三種光學(xué)電流互感 器的穩(wěn)態(tài)精度滿(mǎn)足了電能質(zhì)量的要求、動(dòng)態(tài)測(cè)量精度滿(mǎn)足了繼電保護(hù)和故障測(cè)距的要求， 但是，與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器一樣，上述三種光學(xué)電流互感器測(cè)量高壓線路小電流時(shí)， 由于被測(cè)信號(hào)的微弱，噪聲的偏大，存在測(cè)量準(zhǔn)確度不能滿(mǎn)足要求的問(wèn)題。為了加快光學(xué)電 流互感器的實(shí)用化進(jìn)程，使光學(xué)電流互感器更早更快的應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，如何提高光學(xué) 電流互感器對(duì)高壓線路小電流的測(cè)量精度已成為當(dāng)前必須解決的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種光學(xué)電流互感器，不僅適于測(cè)量高壓線路大電流，進(jìn)一步的，其測(cè)量高壓線路小電流時(shí)準(zhǔn)確度也非常高。一種光學(xué)電流互感器，其中包括發(fā)光單元、設(shè)置于高壓線電流磁場(chǎng)內(nèi)的傳感單元 以及光電轉(zhuǎn)換和處理單元，發(fā)光單元的光信號(hào)輸出端通過(guò)第一光纖連接傳感單元的光信號(hào) 輸入端，傳感單元的調(diào)制光信號(hào)輸出端通過(guò)第二光纖連接光電轉(zhuǎn)換和處理單元的光信號(hào)輸 入端；其中，傳感單元包括用于光信號(hào)通過(guò)時(shí)產(chǎn)生調(diào)制的磁光材料透鏡。所述的光學(xué)電流互感器，其中所述的傳感單元還包括起偏器、檢偏器，其中，起偏 器的光信號(hào)輸入端連接第一光纖的光信號(hào)輸出端，起偏器的信號(hào)輸出端連接磁光材料透鏡 的光信號(hào)輸入端，磁光材料透鏡的光信號(hào)輸出端連接檢偏器的光信號(hào)輸入端，檢偏器的光 信號(hào)輸出端連接第二光纖的光信號(hào)輸入端。所述的光學(xué)電流互感器，其中所述的光電轉(zhuǎn)換和處理單元包括光/電轉(zhuǎn)換器、隔 直放大電路、帶通濾波電路、包絡(luò)檢波電路、信號(hào)輸出電路，其中，光/電轉(zhuǎn)換器的光信號(hào)輸 入端連接第二光纖的光信號(hào)輸出端，光/電轉(zhuǎn)換器的電信號(hào)輸出端連接隔直放大電路的信 號(hào)輸入端，隔直放大電路的信號(hào)輸出端連接帶通濾波電路的信號(hào)輸入端，帶通濾波電路的 信號(hào)輸出端連接包絡(luò)檢波電路的信號(hào)輸入端，包絡(luò)檢波電路的信號(hào)輸出端連接信號(hào)輸出電 路的信號(hào)輸入端。所述的光學(xué)電流互感器，其中所述的發(fā)光單元包括正弦波振蕩電路、偏置電路、 發(fā)光二極管，其中，正弦波振蕩電路的信號(hào)輸出端連接偏置電路的信號(hào)輸入端，偏置電路的 信號(hào)輸出端連接發(fā)光二極管的信號(hào)輸入端，發(fā)光二極管接設(shè)于第一光纖的光信號(hào)輸入端。本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案將達(dá)到如下的技術(shù)效果本實(shí)用新型的光學(xué)電流互感器，利用磁光材料透鏡的磁光特性通過(guò)處于電流磁 場(chǎng)內(nèi)的磁光材料透鏡后的光線的光強(qiáng)信號(hào)大小將與被測(cè)電流大小成線性關(guān)系，因此，再經(jīng) 過(guò)光電轉(zhuǎn)換和處理單元處理后，即可解調(diào)出電信號(hào)，再通過(guò)后續(xù)的數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行計(jì)算處 理即可得到被測(cè)的電流大小；此外，光電轉(zhuǎn)換和處理單元可將進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào) 進(jìn)行隔直放大、濾波、包絡(luò)檢波，可以精確地將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，精確度高，適于 小電流測(cè)量光信號(hào)的轉(zhuǎn)換和處理。如上可見(jiàn)，本實(shí)用新型的光學(xué)電流互感器，通過(guò)調(diào)制和解 調(diào)，不僅可精確測(cè)量高壓線路的大電流信號(hào)，還可將微弱的小電流信號(hào)調(diào)制成對(duì)應(yīng)的光強(qiáng) 信號(hào)，并經(jīng)精確的解調(diào)處理后的得到準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)測(cè)量電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高壓線路小電流的精確 測(cè)量。

圖1為本實(shí)用新型的光學(xué)電流互感器的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為圖1所示光學(xué)電流互感器的具體結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
一種光學(xué)電流互感器，如圖1所示，包括發(fā)光單元、設(shè)置于高壓線電流磁場(chǎng)內(nèi)的傳 感單元以及光電轉(zhuǎn)換和處理單元，發(fā)光單元的光信號(hào)輸出端通過(guò)第一光纖連接傳感單元的 光信號(hào)輸入端，傳感單元的調(diào)制光信號(hào)輸出端通過(guò)第二光纖連接光電轉(zhuǎn)換和處理單元的光 信號(hào)輸入端。發(fā)光單元輸出高頻交流載波光信號(hào)，傳感單元的原理是根據(jù)法拉第電磁效應(yīng)將含有被測(cè)電流大小信息的信號(hào)調(diào)制在交流高頻光信號(hào)上，光電轉(zhuǎn)換和處理單元將含有被測(cè)電 流信息的交流高頻調(diào)制光信號(hào)解調(diào)出來(lái)，從而獲得被測(cè)電流大小。如圖2，所述的發(fā)光單元包括正弦波振蕩電路、偏置電路、發(fā)光二極管，其中，正弦 波振蕩電路的信號(hào)輸出端連接偏置電路的信號(hào)輸入端，偏置電路的信號(hào)輸出端連接發(fā)光二 極管的信號(hào)輸入端，發(fā)光二極管接設(shè)于第一光纖的光信號(hào)輸入端。由正弦波振蕩電路產(chǎn)生 穩(wěn)定的正弦波，通過(guò)偏置電路處理后驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光；偏置電路的設(shè)計(jì)可以確定發(fā)光 單元電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)發(fā)光二極管信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視(將偏置電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置為發(fā) 光二極管線性工作區(qū)的中點(diǎn)左右的值)，可避免正弦波振蕩電路輸出信號(hào)失真。本技術(shù)方案 中的發(fā)光二級(jí)管，需要選用其發(fā)光強(qiáng)度可隨著工作電流線性變化的發(fā)光二極管，避免出現(xiàn) 非線性失真，避免影響檢測(cè)精度。所述的傳感單元包括起偏器、磁光材料透鏡、檢偏器，其中，起偏器的光信號(hào)輸入 端連接第一光纖的光信號(hào)輸出端，起偏器的信號(hào)輸出端連接磁光材料透鏡的光信號(hào)輸入 端，磁光材料透鏡的光信號(hào)輸出端連接檢偏器的光信號(hào)輸入端，檢偏器的光信號(hào)輸出端連 接第二光纖的光信號(hào)輸入端。發(fā)光電路產(chǎn)生的高頻載波光信號(hào)通過(guò)起偏器后轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l載 波線偏振光，再通過(guò)處于被測(cè)電流磁場(chǎng)作用下的磁光材料透鏡，調(diào)制為含有被測(cè)電流信息 的高頻載波線偏振光，并通過(guò)檢偏器輸出，檢偏器輸出的光強(qiáng)信號(hào)的大小將與被測(cè)電流大 小呈現(xiàn)線性關(guān)系。所述的光電轉(zhuǎn)換和處理單元包括光/電轉(zhuǎn)換器、隔直放大電路、帶通濾波電路、包 絡(luò)檢波電路、信號(hào)輸出電路，其中，光/電轉(zhuǎn)換器的光信號(hào)輸入端連接第二光纖的光信號(hào)輸 出端，光/電轉(zhuǎn)換器的電信號(hào)輸出端連接隔直放大電路的信號(hào)輸入端，隔直放大電路的信 號(hào)輸出端連接帶通濾波電路的信號(hào)輸入端，帶通濾波電路的信號(hào)輸出端連接包絡(luò)檢波電路 的信號(hào)輸入端，包絡(luò)檢波電路的信號(hào)輸出端連接信號(hào)輸出電路的信號(hào)輸入端。光/電轉(zhuǎn)換 器先將通過(guò)檢偏器輸出的高頻調(diào)制光信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻調(diào)制電信號(hào)，隔直放大電路對(duì)該高頻 調(diào)制電信號(hào)濾除直流和工頻電流分量，然后，由設(shè)置合適的等效品質(zhì)因數(shù)的帶通濾波電路 濾波處理，即可濾掉帶通以外的噪聲，避免造成信號(hào)失真；接著由包絡(luò)檢波電路將送來(lái)的被 測(cè)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，這里，同時(shí)應(yīng)避免發(fā)光二極管死區(qū)電壓的影響；最后由信號(hào)輸出電路實(shí)現(xiàn) 信號(hào)的輸出。此外，光/電轉(zhuǎn)換器的選擇要與發(fā)光二極管相對(duì)應(yīng)，同時(shí)還應(yīng)有足夠的帶寬；光電 轉(zhuǎn)換和處理單元的輸出信號(hào)通過(guò)后續(xù)電路放大處理后由數(shù)據(jù)處理器與標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)進(jìn)行 比較，從而確定輸出信號(hào)的誤差及靈敏度。本實(shí)用新型是為解決高光學(xué)電流互感器高壓線路小電流時(shí)的測(cè)量精度，提出將調(diào) 制解調(diào)技術(shù)應(yīng)用在光學(xué)電流互感器的檢測(cè)電路中，通過(guò)將調(diào)制解調(diào)技術(shù)應(yīng)用在光學(xué)電流互 感器的檢測(cè)電路中，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)電流互感器在小電流時(shí)的測(cè)量精度的提高。首先分析調(diào)制解調(diào)電路的應(yīng)用在光學(xué)電流互感器檢測(cè)電路中的可行性進(jìn)行分析， 首先通過(guò)對(duì)光電探測(cè)器和電器元器件的性質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)頻率小于1000HZ時(shí)，噪聲功 率隨著頻率的升高而迅速降低，1000HZ后噪聲功率趨于平緩，可見(jiàn)采用調(diào)制技術(shù)將調(diào)制在 1000HZ以上的檢測(cè)電路中是可以降低噪聲的。同時(shí)采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)還具有以下優(yōu)點(diǎn)調(diào)制光信號(hào)可以減少自然光或者雜散光 的對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響；調(diào)制光信號(hào)可以消除光電探測(cè)器的暗電流對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。[0025]本實(shí)用新型還提出了采用單探測(cè)器的包絡(luò)檢波解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)，其抗噪聲能力 較強(qiáng)，信噪比增益為2。采用調(diào)制技術(shù)不僅從元器件的噪聲譜特性上減小了噪聲的影響，而且在包絡(luò)檢波 過(guò)程中，對(duì)于待測(cè)信號(hào)而言，信噪比也提高了。綜上可見(jiàn)，本實(shí)用新型的光學(xué)電流互感器，通過(guò)調(diào)制和解調(diào)，不僅可精確測(cè)量高壓 線路的大電流信號(hào)，還可將微弱的小電流信號(hào)調(diào)制成對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)信號(hào)，并經(jīng)精確的解調(diào)處 理后的得到準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)測(cè)量電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高壓線路小電流的精確測(cè)量。
權(quán)利要求一種光學(xué)電流互感器，其特征在于包括發(fā)光單元、設(shè)置于高壓線電流磁場(chǎng)內(nèi)的傳感單元以及光電轉(zhuǎn)換和處理單元，發(fā)光單元的光信號(hào)輸出端通過(guò)第一光纖連接傳感單元的光信號(hào)輸入端，傳感單元的調(diào)制光信號(hào)輸出端通過(guò)第二光纖連接光電轉(zhuǎn)換和處理單元的光信號(hào)輸入端；其中，傳感單元包括用于光信號(hào)通過(guò)時(shí)產(chǎn)生調(diào)制的磁光材料透鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)電流互感器，其特征在于所述的傳感單元還包括起偏器、 檢偏器，其中，起偏器的光信號(hào)輸入端連接第一光纖的光信號(hào)輸出端，起偏器的信號(hào)輸出端 連接磁光材料透鏡的光信號(hào)輸入端，磁光材料透鏡的光信號(hào)輸出端連接檢偏器的光信號(hào)輸 入端，檢偏器的光信號(hào)輸出端連接第二光纖的光信號(hào)輸入端。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)電流互感器，其特征在于所述的光電轉(zhuǎn)換和處理單 元包括光/電轉(zhuǎn)換器、隔直放大電路、帶通濾波電路、包絡(luò)檢波電路、信號(hào)輸出電路，其中， 光/電轉(zhuǎn)換器的光信號(hào)輸入端連接第二光纖的光信號(hào)輸出端，光/電轉(zhuǎn)換器的電信號(hào)輸出 端連接隔直放大電路的信號(hào)輸入端，隔直放大電路的信號(hào)輸出端連接帶通濾波電路的信號(hào) 輸入端，帶通濾波電路的信號(hào)輸出端連接包絡(luò)檢波電路的信號(hào)輸入端，包絡(luò)檢波電路的信 號(hào)輸出端連接信號(hào)輸出電路的信號(hào)輸入端。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)電流互感器，其特征在于所述的發(fā)光單元包括正弦波振 蕩電路、偏置電路、發(fā)光二極管，其中，正弦波振蕩電路的信號(hào)輸出端連接偏置電路的信號(hào) 輸入端，偏置電路的信號(hào)輸出端連接發(fā)光二極管的信號(hào)輸入端，發(fā)光二極管接設(shè)于第一光 纖的光信號(hào)輸入端。
專(zhuān)利摘要一種光學(xué)電流互感器，其中包括發(fā)光單元、設(shè)置于高壓線電流磁場(chǎng)內(nèi)的傳感單元以及光電轉(zhuǎn)換和處理單元，發(fā)光單元的光信號(hào)輸出端通過(guò)第一光纖連接傳感單元的光信號(hào)輸入端，傳感單元的調(diào)制光信號(hào)輸出端通過(guò)第二光纖連接光電轉(zhuǎn)換和處理單元的光信號(hào)輸入端；其中，傳感單元包括用于光信號(hào)通過(guò)時(shí)產(chǎn)生調(diào)制的磁光材料透鏡。本實(shí)用新型是利用磁光材料透鏡的磁光特性，通過(guò)處于電流磁場(chǎng)內(nèi)的磁光材料透鏡后的光線的光強(qiáng)信號(hào)大小將與被測(cè)電流大小成線性關(guān)系，因此，再經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換和處理單元處理后，即可解調(diào)出電信號(hào)；本實(shí)用新型技術(shù)方案不僅適于測(cè)量高壓線路大電流，測(cè)量高壓線路小電流時(shí)準(zhǔn)確度也非常高。
文檔編號(hào)G01R15/24GK201601016SQ20092027434
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者宋耐超 申請(qǐng)人:河南省電力公司許昌供電公司