一種光纖傳能系統(tǒng)聯(lián)鎖保護裝置及其實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖傳能系統(tǒng)聯(lián)鎖保護裝置，所述驅(qū)動電路的輸出端與激光器的輸入端相連，激光器的輸出端與第一定向耦合器的輸入端相連，第一定向耦合器的第一輸出端經(jīng)過光纖與第二定向耦合器的輸入端相連，第一定向耦合器的第二輸出端與控制電路的輸入端相連，控制電路的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連，第二定向耦合器的輸出端與光電池的輸入端相連，光電池的輸出端與檢測電路的輸入端相連，檢測電路的輸出端與第二定向耦合器的輸入端相連。本發(fā)明還公開了一種所述聯(lián)鎖保護裝置的實現(xiàn)方法。本發(fā)明在傳能光路中斷時自動切斷激光器電源，防止大功率激光泄漏導(dǎo)致的意外事故，能有效的保護發(fā)電網(wǎng)絡(luò)，達到防火、防爆，保護人身及財產(chǎn)安全的目的。
【專利說明】一種光纖傳能系統(tǒng)聯(lián)鎖保護裝置及其實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種光纖傳能系統(tǒng)聯(lián)鎖保護裝置，涉及傳輸設(shè)備保護裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導(dǎo)工具。傳輸原理是‘光的全反射’。光導(dǎo)纖維是由兩層折射率不同的玻璃組成。內(nèi)層為光內(nèi)芯，直徑在幾微米至幾十微米，外層的直徑0.1?0.2_。一般內(nèi)芯玻璃的折射率比外層玻璃大1%。根據(jù)光的折射和全反射原理，當光線射到內(nèi)芯和外層界面的角度大于產(chǎn)生全反射的臨界角時，光線透不過界面，全部反射。
[0003]前香港中文大學校長高錕和George A.Hockham首先提出光纖可以用于通訊傳輸?shù)脑O(shè)想。以光纖作為能量傳輸?shù)妮d體構(gòu)成的光纖傳能系統(tǒng)也具有光纖通信系統(tǒng)的許多優(yōu)點和廣泛應(yīng)用。在同軸電纜組成的系統(tǒng)中，最好的電纜在傳輸800MHz信號時，每公里的損耗都在40dB以上。相比之下，光導(dǎo)纖維的損耗則要小得多，傳輸1.3Ium的光，每公里損耗在0.35dB以下若傳輸1.55um的光，每公里損耗更小，可達0.2dB以下。這就比同軸電纜的功率損耗要小一億倍，使其能傳輸?shù)木嚯x要遠得多。此外，光纖傳輸損耗還有兩個特點，一是在全部有線電視頻道內(nèi)具有相同的損耗，不需要像電纜干線那樣必須引入均衡器進行均衡；二是其損耗幾乎不隨溫度而變，不用擔心因環(huán)境溫度變化而造成干線電平的波動。因為光纖非常細，單模光纖芯線直徑一般為4um?IOum,外徑也只有125um,加上防水層、加強筋、護套等，用4?48根光纖組成的光纜直徑還不到13mm，比標準同軸電纜的直徑47mm要小得多，加上光纖是玻璃纖維，比重小，使它具有直徑小、重量輕的特點，安裝十分方便。
[0004]但在一些特殊的場合(如軍火庫或者需要防磁防爆的場合等高危區(qū)域)，利用光纖傳輸能量有非常大的安全隱患。所以在光纖傳能發(fā)電系統(tǒng)中聯(lián)鎖保護系統(tǒng)是非常重要的。在系統(tǒng)傳能發(fā)電工作時，難免會遇到光纖斷裂或是各種內(nèi)部外部因素的問題，一旦事故發(fā)生，如果不能及時的進行聯(lián)鎖保護，將會導(dǎo)致火災(zāi)等嚴重后果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種光纖傳能系統(tǒng)聯(lián)鎖保護裝置，該裝置在傳能光路中斷時自動切斷激光器電源，防止大功率激光泄漏導(dǎo)致的意外事故。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種光纖傳能系統(tǒng)聯(lián)鎖保護裝置，包括控制電路、驅(qū)動電路、激光器、第一定向耦合器、第二定向耦合器、光電池和檢測電路；所述驅(qū)動電路的輸出端與激光器的輸入端相連，激光器的輸出端與第一定向I禹合器的輸入端相連，第一定向I禹合器的第一輸出端經(jīng)過光纖與第二定向I禹合器的第一輸入端相連，第一定向I禹合器的第二輸出端與控制電路的輸入端相連，控制電路的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連，第二定向I禹合器的輸出端與光電池的輸入端相連，光電池的輸出端與檢測電路的輸入端相連，檢測電路的輸出端與第二定向I禹合器的第二輸入端相連。
[0007]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述激光器為光纖激光器。
[0008]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案,所述光電池為多層光電池。
[0009]本發(fā)明還公開了一種所述的光纖傳能系統(tǒng)聯(lián)鎖保護裝置的實現(xiàn)方法，實現(xiàn)方法具體過程如下:
步驟一、第一定向耦合器將激光器發(fā)出的激光第一次分路成1:N的光路，其中N為自然
數(shù)；
步驟二、分路后的N條光路通過光纖傳輸能量；
步驟三、第一次分路產(chǎn)生的N條光路中的每一條光路經(jīng)過第二定向耦合器再次被分路成1:N的光路；
步驟四、第二次分路后的N條光路上傳輸?shù)哪芰拷?jīng)過光電池轉(zhuǎn)換為電能；
步驟五、光電池將電壓信號傳輸給檢測電路；
步驟六、檢測電路將所得的電壓信號與設(shè)定的電壓閾值進行比較，
當電壓信號小于設(shè)定的電壓閾值時，正常發(fā)送確認信號經(jīng)由同一根光纖回傳至控制電
路；
當電壓信號大于設(shè)定的電壓閾值時，停止發(fā)送確認信號；
步驟七、控制電路接在接收不到確認信號時，關(guān)斷驅(qū)動電路使激光器停止工作。
[0010]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:在光纖傳能發(fā)電系統(tǒng)中，有效的保護發(fā)電網(wǎng)絡(luò)，達到防火、防爆，保護人身及財產(chǎn)安全的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的光纖傳能系統(tǒng)聯(lián)鎖保護裝置結(jié)構(gòu)模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)模塊示意圖如圖1所示，所述驅(qū)動電路與激光器的輸入端相連，激光器的輸出端與第一定向I禹合器的輸入端相連，第一定向I禹合器的第一輸出端與第二定向I禹合器的第一輸入端通過光纖相連，第二定向I禹合器的輸出端與光電池的輸入端相連，光電池的輸出端與檢測電路的輸入端相連，檢測電路的輸出端與第二定向I禹合器的第二輸入端相連，第一定向I禹合器的第二輸出端與控制電路的輸入端相連，控制電路的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連。
[0013]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述激光器為光纖激光器。
[0014]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述光電池為多層光電池。
[0015]光纖激光器(Fiber Laser)是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，光纖激光器可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來:在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，當適當加入正反饋回路(構(gòu)成諧振腔)便可形成激光振蕩輸出。所謂光纖激光器就是用光纖作激光介質(zhì)的激光器，1964年世界上第一代玻璃激光器就是光纖激光器。由于光纖的纖芯很細，一般的泵浦源(例如氣體放電燈)很難聚焦到芯部。所以在以后的二十余年中光纖激光器沒有得到很好的發(fā)展。隨著半導(dǎo)體激光器泵浦技術(shù)的發(fā)展，以及光纖通信蓬勃發(fā)展的需要，1987年英國南安普頓大學及美國貝爾實驗室實驗證明了摻鉺光纖放大器(EDFA)的可行性。它采用半導(dǎo)體激光光泵摻鉺單模光纖對光信號實現(xiàn)放大，這種EDFA已經(jīng)成為光纖通信中不可缺少的重要器件。由于要將半導(dǎo)體激光泵浦入單模光纖的纖芯(一般直徑小于10um)，要求半導(dǎo)體激光也必須為單模的，這使得單模EDFA難以實現(xiàn)高功率，報道的最高功率也就幾百毫瓦。
[0016]為了提高功率，1988年左右有人提出光泵由包層進入。初期的設(shè)計是圓形的內(nèi)包層，但由于圓形內(nèi)包層完美的對稱性，使得泵浦吸收效率不高，直到九十年代初矩形內(nèi)包層的出現(xiàn)，使激光轉(zhuǎn)換效率提高到50%，輸出功率達到5瓦。1999年用四個45瓦的半導(dǎo)體激光器從兩端泵浦，獲得了 110瓦的單模連續(xù)激光輸出。近兩年，隨著高功率半導(dǎo)體激光器泵浦技術(shù)和雙包層光纖制作工藝的發(fā)展，光纖激光器的輸出功率逐步提高，采用單根光纖，已經(jīng)實現(xiàn)了 1000瓦的激光輸出。
[0017]定向耦合器是一種通用的微波/毫米波部件，可用于信號的隔離、分離和混合，如功率的監(jiān)測、源輸出功率穩(wěn)幅、信號源隔離、傳輸和反射的掃頻測試等。主要技術(shù)指標有方向性、駐波比、耦合度、插入損耗。
[0018]光電池也叫太陽能電池，直接把太陽光轉(zhuǎn)變成電。因此光電池的特點是能夠把地球從太陽輻射中吸收的大量光能轉(zhuǎn)化換成電能。是一種在光的照射下產(chǎn)生電動勢的半導(dǎo)體元件。光電池的種類很多，常用有硒光
電池、硅光電池和硫化鉈、硫化銀光電池等。主要用于儀表，自動化遙測和遙控方面。有的光電池可以直接把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，這種光電池又叫太陽能電池。太陽能電池作為能源廣泛應(yīng)用在人造地衛(wèi)星、燈塔、無人氣象站等處
光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體pn結(jié)(pn junction)的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池(solar cell)。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件(module)，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點是較少受地域限制，因為陽光普照大地；光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)同期短的優(yōu)點。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，當P-N結(jié)受光照時，樣品對光子的本征吸收和非本征吸收都將產(chǎn)生光生載流子。但能引起光伏效應(yīng)的只能是本征吸收所激發(fā)的少數(shù)載流子。因P區(qū)產(chǎn)生的光生空穴，N區(qū)產(chǎn)生的光生電子屬多子，都被勢壘阻擋而不能過結(jié)。只有P區(qū)的光生電子和N區(qū)的光生空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對(少子)擴散到結(jié)電場附近時能在內(nèi)建電場作用下漂移過結(jié)。光生電子被拉向N區(qū)，光生空穴被拉向P區(qū)，即電子空穴對被內(nèi)建電場分離。這導(dǎo)致在N區(qū)邊界附近有光生電子積累，在P區(qū)邊界附近有光生空穴積累。它們產(chǎn)生一個與熱平衡P-N結(jié)的內(nèi)建電場方向相反的光生電場，其方向由P區(qū)指向N區(qū)。此電場使勢壘降低，其減小量即光生電勢差，P端正，N端負。于是有結(jié)電流由P區(qū)流向N區(qū)，其方向與光電流相反。如果這時分別在P型層和N型層焊上金屬導(dǎo)線，接通負載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個個電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。
[0019]本發(fā)明所公開的光纖傳能系統(tǒng)聯(lián)鎖保護裝置，其工作實現(xiàn)過程具體如下:激光器發(fā)出的激光經(jīng)過第一定向I禹合器第一次被分路成1:N的光路(N>>1);分路后的N條光路通過光纖傳輸能量，第一次分路產(chǎn)生的N條光路中的每一條光路經(jīng)過第二定向耦合器再次被分路成1:N的光路；第二次分路后產(chǎn)生N條光路的能量經(jīng)光電池轉(zhuǎn)換為電能；光電池將電壓信號傳輸給檢測電路；檢測電路將所得的電壓信號與設(shè)定電壓閾值進行比較；根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出確認信號并通過同一根光纖回傳；控制單元根據(jù)回傳所得電信號進行驅(qū)動電路的開關(guān)動作。通過判斷是否有回傳信號，在出現(xiàn)故障時控制電路關(guān)斷驅(qū)動電路使激光器停止工作，從而將所述聯(lián)鎖保護裝置的狀態(tài)置為故障狀態(tài)。
[0020]在本發(fā)明的技術(shù)方案中，檢測電路對所述主電路進行實時監(jiān)測，并確保不會出現(xiàn)由光纖斷裂處端面高能量聚積引發(fā)的事故；通過判斷光電池輸出電壓與檢測電路設(shè)定閾值的大小關(guān)來檢查工作光路上是否存在光信號，進而確定光路是否故障；通過定向耦合器實現(xiàn)光分路并在同一根光纖傳輸能量及確認信號；若檢測電路或控制電路出現(xiàn)故障，則無確認信號，并且可以通過切斷激光器電源，保證保護裝置不會失效。
[0021]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖傳能系統(tǒng)聯(lián)鎖保護裝置，其特征在于:包括控制電路、驅(qū)動電路、激光器、第一定向I禹合器、第二定向I禹合器、光電池和檢測電路； 所述驅(qū)動電路的輸出端與激光器的輸入端相連，激光器的輸出端與第一定向I禹合器的輸入端相連，第一定向I禹合器的第一輸出端經(jīng)過光纖與第二定向I禹合器的第一輸入端相連，第一定向I禹合器的第二輸出端與控制電路的輸入端相連，控制電路的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連，第二定向I禹合器的輸出端與光電池的輸入端相連，光電池的輸出端與檢測電路的輸入端相連，檢測電路的輸出端與第二定向耦合器的第二輸入端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光纖傳能系統(tǒng)聯(lián)鎖保護裝置，其特征在于:所述激光器為光纖激光器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種光纖傳能系統(tǒng)聯(lián)鎖保護裝置，其特征在于:所述光電池為多層光電池。
4.一種如權(quán)利要求1所述的光纖傳能系統(tǒng)聯(lián)鎖保護裝置的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述實現(xiàn)方法具體過程如下: 步驟一、第一定向耦合器將激光器發(fā)出的激光第一次分路成1:N的光路，其中N為自然數(shù)； 步驟二、分路后的N條光路通過光纖傳輸能量； 步驟三、第一次分路產(chǎn)生的N條光路中的每一條光路經(jīng)過第二定向耦合器再次被分路成1:N的光路； 步驟四、第二次分路后的N條光路上傳輸?shù)哪芰拷?jīng)過光電池轉(zhuǎn)換為電能； 步驟五、光電池將電壓信號傳輸給檢測電路； 步驟六、檢測電路將所得的電壓信號與設(shè)定的電壓閾值進行比較， 當電壓信號小于設(shè)定的電壓閾值時，正常發(fā)送確認信號經(jīng)由同一根光纖回傳至控制電路； 當電壓信號大于設(shè)定的電壓閾值時，停止發(fā)送確認信號； 步驟七、控制電路接在接收不到確認信號時，關(guān)斷驅(qū)動電路使激光器停止工作。
【文檔編號】H02H7/26GK104009451SQ201410192410
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】吳俠寶, 張燕華, 王 琦, 韓文娟, 左依凡, 薛暉, 錢晨 申請人:南京郵電大學