專利名稱：一種光學電流互感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中高壓線路電流測量技術領域，尤其涉及一種光學電流互感 器。
背景技術：
目前，基于法拉第磁光效應的光學電流互感器作為一種新型的電流測量裝置，以 其頻帶寬、響應速度快、絕緣相對簡單等諸多優(yōu)點，很好的滿足了電力系統(tǒng)的要求，并有取 代傳統(tǒng)電磁式電流互感器的趨勢，具有良好的發(fā)展前景。目前光學電流互感器的檢測處理 方案主要有三種 1)單探測器的信號檢測處理方案，其工作過程是光學電流互感器低壓側由發(fā)光
電路發(fā)出的直流光強信號通過光纖，進入起偏器變?yōu)榫€偏振光，通過光纖傳感頭并由檢偏
器檢偏后，耦合進光纖傳到低壓側并被光/電轉換器接收，再經(jīng)過交直流分離電路后，原來
的直流光信號變成直流電壓信號，同時，原來的被一次導線上的電流調制的信號變成交流
電壓信號，這兩路信號經(jīng)過一個高準確度的模擬除法器執(zhí)行AC/DC運算(模/數(shù)轉換)后，
得到一個與被測高壓線上的電流成正比且與直流光強無關的電壓信號，對這個信號進行放
大、濾波、移相、緩沖輸出處理后，所得到的就是光學電流互感器的模擬計量信號。
2)雙探測器的信號檢測處理方案，其工作過程是從光纖傳感頭得到的光信號與
單探測器的信號檢測處理方案相同，不同的是在其輸出光經(jīng)過渥拉斯頓棱鏡分為兩束，且
兩束光的振動方向與入射光的振動方向成±45度。當被測線路電流為零時，兩路輸出光強
相等。從渥拉斯頓棱鏡射出的兩束光，通過各自的探測器和放大器后，產(chǎn)生兩路輸出信號，
再經(jīng)過求差電路和求和電路，得到兩個信號的差與和。最后作除法及其它運算，得到待測電
流和其它數(shù)據(jù)。 3)改進的雙探測器的信號檢測處理方案，其工作過程時從光纖傳感頭得到的光 信號與雙探測器的信號檢測處理方案相同，但該方案的明顯的優(yōu)點在于對兩路檢測信號中 的每一路都先進行"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 方案的另一個明顯的優(yōu)點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量高壓線路大電流時存在的 磁飽和問題，滿足了 IEC標準的精度要求。在高壓線路電流較大時，上述三種光學電流互感 器的穩(wěn)態(tài)精度滿足了電能質量的要求、動態(tài)測量精度滿足了繼電保護和故障測距的要求， 但是，與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器一樣，上述三種光學電流互感器測量高壓線路小電流時， 由于被測信號的微弱，噪聲的偏大，存在測量準確度不能滿足要求的問題。為了加快光學電 流互感器的實用化進程，使光學電流互感器更早更快的應用在電力系統(tǒng)中，如何提高光學 電流互感器對高壓線路小電流的測量精度已成為當前必須解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光學電流互感器，不僅適于測量高壓線路大電流，進一
3步的，其測量高壓線路小電流時準確度也非常高。 —種光學電流互感器，其中包括發(fā)光單元、設置于高壓線電流磁場內(nèi)的傳感單元 以及光電轉換和處理單元，發(fā)光單元的光信號輸出端通過第一光纖連接傳感單元的光信號 輸入端，傳感單元的調制光信號輸出端通過第二光纖連接光電轉換和處理單元的光信號輸 入端；其中，傳感單元包括用于光信號通過時產(chǎn)生調制的磁光材料透鏡。 所述的光學電流互感器，其中所述的傳感單元還包括起偏器、檢偏器，其中，起偏 器的光信號輸入端連接第一光纖的光信號輸出端，起偏器的信號輸出端連接磁光材料透鏡 的光信號輸入端，磁光材料透鏡的光信號輸出端連接檢偏器的光信號輸入端，檢偏器的光 信號輸出端連接第二光纖的光信號輸入端。 所述的光學電流互感器，其中所述的光電轉換和處理單元包括光/電轉換器、隔 直放大電路、帶通濾波電路、包絡檢波電路、信號輸出電路，其中，光/電轉換器的光信號輸 入端連接第二光纖的光信號輸出端，光/電轉換器的電信號輸出端連接隔直放大電路的信 號輸入端，隔直放大電路的信號輸出端連接帶通濾波電路的信號輸入端，帶通濾波電路的 信號輸出端連接包絡檢波電路的信號輸入端，包絡檢波電路的信號輸出端連接信號輸出電 路的信號輸入端。
所述的光學電流互感器，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輸出端連接偏置電路的信號輸入端，偏置電路的 信號輸出端連接發(fā)光二極管的信號輸入端，發(fā)光二極管接設于第一光纖的光信號輸入端。
本發(fā)明采用上述技術方案將達到如下的技術效果 本發(fā)明的光學電流互感器，利用磁光材料透鏡的磁光特性通過處于電流磁場內(nèi) 的磁光材料透鏡后的光線的光強信號大小將與被測電流大小成線性關系，因此，再經(jīng)過光 電轉換和處理單元處理后，即可解調出電信號，再通過后續(xù)的數(shù)據(jù)處理器進行計算處理即 可得到被測的電流大??；此外，光電轉換和處理單元可將進行光/電轉換后的電信號進行 隔直放大、濾波、包絡檢波，可以精確地將光信號轉換成對應的電信號，精確度高，適于小電 流測量光信號的轉換和處理。如上可見，本發(fā)明的光學電流互感器，通過調制和解調，不僅 可精確測量高壓線路的大電流信號，還可將微弱的小電流信號調制成對應的光強信號，并 經(jīng)精確的解調處理后的得到準確的對應測量電信號，實現(xiàn)高壓線路小電流的精確測量。
圖1為本發(fā)明的光學電流互感器的結構框圖；
圖2為圖1所示光學電流互感器的具體結構原理圖。
具體實施例方式
—種光學電流互感器，如圖1所示，包括發(fā)光單元、設置于高壓線電流磁場內(nèi)的傳 感單元以及光電轉換和處理單元，發(fā)光單元的光信號輸出端通過第一光纖連接傳感單元的 光信號輸入端，傳感單元的調制光信號輸出端通過第二光纖連接光電轉換和處理單元的光 信號輸入端。 發(fā)光單元輸出高頻交流載波光信號，傳感單元的原理是根據(jù)法拉第電磁效應將含 有被測電流大小信息的信號調制在交流高頻光信號上，光電轉換和處理單元將含有被測電流信息的交流高頻調制光信號解調出來，從而獲得被測電流大小。 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 波振蕩電路的信號輸出端連接偏置電路的信號輸入端，偏置電路的信號輸出端連接發(fā)光二 極管的信號輸入端，發(fā)光二極管接設于第一光纖的光信號輸入端。由正弦波振蕩電路產(chǎn)生 穩(wěn)定的正弦波，通過偏置電路處理后驅動發(fā)光二極管發(fā)光；偏置電路的設計可以確定發(fā)光 單元電路的靜態(tài)工作點，對發(fā)光二極管信號進行監(jiān)視(將偏置電路的靜態(tài)工作點設置為發(fā) 光二極管線性工作區(qū)的中點左右的值)，可避免正弦波振蕩電路輸出信號失真。本技術方案 中的發(fā)光二級管，需要選用其發(fā)光強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，起偏器的光信號輸入 端連接第一光纖的光信號輸出端，起偏器的信號輸出端連接磁光材料透鏡的光信號輸入 端，磁光材料透鏡的光信號輸出端連接檢偏器的光信號輸入端，檢偏器的光信號輸出端連 接第二光纖的光信號輸入端。發(fā)光電路產(chǎn)生的高頻載波光信號通過起偏器后轉變?yōu)楦哳l載 波線偏振光，再通過處于被測電流磁場作用下的磁光材料透鏡，調制為含有被測電流信息 的高頻載波線偏振光，并通過檢偏器輸出，檢偏器輸出的光強信號的大小將與被測電流大 小呈現(xiàn)線性關系。 所述的光電轉換和處理單元包括光/電轉換器、隔直放大電路、帶通濾波電路、包 絡檢波電路、信號輸出電路，其中，光/電轉換器的光信號輸入端連接第二光纖的光信號輸 出端，光/電轉換器的電信號輸出端連接隔直放大電路的信號輸入端，隔直放大電路的信 號輸出端連接帶通濾波電路的信號輸入端，帶通濾波電路的信號輸出端連接包絡檢波電路 的信號輸入端，包絡檢波電路的信號輸出端連接信號輸出電路的信號輸入端。光/電轉換 器先將通過檢偏器輸出的高頻調制光信號轉換為高頻調制電信號，隔直放大電路對該高頻 調制電信號濾除直流和工頻電流分量，然后，由設置合適的等效品質因數(shù)的帶通濾波電路 濾波處理，即可濾掉帶通以外的噪聲，避免造成信號失真；接著由包絡檢波電路將送來的被 測信號進行解調，這里，同時應避免發(fā)光二極管死區(qū)電壓的影響；最后由信號輸出電路實現(xiàn) 信號的輸出。 此外，光/電轉換器的選擇要與發(fā)光二極管相對應，同時還應有足夠的帶寬；光電 轉換和處理單元的輸出信號通過后續(xù)電路放大處理后由數(shù)據(jù)處理器與標準電壓信號進行 比較，從而確定輸出信號的誤差及靈敏度。 本發(fā)明是為解決高光學電流互感器高壓線路小電流時的測量精度，提出將調制解
調技術應用在光學電流互感器的檢測電路中，通過將調制解調技術應用在光學電流互感器
的檢測電路中，從而實現(xiàn)光學電流互感器在小電流時的測量精度的提高。 首先分析調制解調電路的應用在光學電流互感器檢測電路中的可行性進行分析，
首先通過對光電探測器和電器元器件的性質進行分析，發(fā)現(xiàn)當頻率小于1000HZ時，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，可見采用調制技術將調制在
1000HZ以上的檢測電路中是可以降低噪聲的。 同時采用調制解調技術還具有以下優(yōu)點調制光信號可以減少自然光或者雜散光 的對檢測結果的影響；調制光信號可以消除光電探測器的暗電流對檢測結果的影響。
本發(fā)明還提出了采用單探測器的包絡檢波解調方法進行解調，其抗噪聲能力較
5強，信噪比增益為2。 采用調制技術不僅從元器件的噪聲譜特性上減小了噪聲的影B向，而且在包絡檢波 過程中，對于待測信號而言，信噪比也提高了 。 綜上可見，本發(fā)明的光學電流互感器，通過調制和解調，不僅可精確測量高壓線路 的大電流信號，還可將微弱的小電流信號調制成對應的光強信號，并經(jīng)精確的解調處理后 的得到準確的對應測量電信號，實現(xiàn)高壓線路小電流的精確測量。
權利要求
一種光學電流互感器，其特征在于包括發(fā)光單元、設置于高壓線電流磁場內(nèi)的傳感單元以及光電轉換和處理單元，發(fā)光單元的光信號輸出端通過第一光纖連接傳感單元的光信號輸入端，傳感單元的調制光信號輸出端通過第二光纖連接光電轉換和處理單元的光信號輸入端；其中，傳感單元包括用于光信號通過時產(chǎn)生調制的磁光材料透鏡。
2. 如權利要求1所述的光學電流互感器，其特征在于所述的傳感單元還包括起偏器、檢偏器，其中，起偏器的光信號輸入端連接第一光纖的光信號輸出端，起偏器的信號輸出端連接磁光材料透鏡的光信號輸入端，磁光材料透鏡的光信號輸出端連接檢偏器的光信號輸入端，檢偏器的光信號輸出端連接第二光纖的光信號輸入端。
3. 如權利要求1或2所述的光學電流互感器，其特征在于所述的光電轉換和處理單元包括光/電轉換器、隔直放大電路、帶通濾波電路、包絡檢波電路、信號輸出電路，其中，光/電轉換器的光信號輸入端連接第二光纖的光信號輸出端，光/電轉換器的電信號輸出端連接隔直放大電路的信號輸入端，隔直放大電路的信號輸出端連接帶通濾波電路的信號輸入端，帶通濾波電路的信號輸出端連接包絡檢波電路的信號輸入端，包絡檢波電路的信號輸出端連接信號輸出電路的信號輸入端。
4. 如權利要求3所述的光學電流互感器，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輸出端連接偏置電路的信號輸入端，偏置電路的信號輸出端連接發(fā)光二極管的信號輸入端，發(fā)光二極管接設于第一光纖的光信號輸入端。
全文摘要
一種光學電流互感器，其中包括發(fā)光單元、設置于高壓線電流磁場內(nèi)的傳感單元以及光電轉換和處理單元，發(fā)光單元的光信號輸出端通過第一光纖連接傳感單元的光信號輸入端，傳感單元的調制光信號輸出端通過第二光纖連接光電轉換和處理單元的光信號輸入端；其中，傳感單元包括用于光信號通過時產(chǎn)生調制的磁光材料透鏡。本發(fā)明是利用磁光材料透鏡的磁光特性，通過處于電流磁場內(nèi)的磁光材料透鏡后的光線的光強信號大小將與被測電流大小成線性關系，因此，再經(jīng)過光電轉換和處理單元處理后，即可解調出電信號；本發(fā)明技術方案不僅適于測量高壓線路大電流，測量高壓線路小電流時準確度也非常高。
文檔編號H01F38/32GK101699585SQ20091025297
公開日2010年4月28日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權日2009年12月7日
發(fā)明者宋耐超 申請人:河南省電力公司許昌供電公司