一种具备功率监测功能的光器件及光功率监测系统技术方案

一种具备功率监测功能的光器件及光功率监测系统，属于光通信技术及电力测量技术领域。其特征在于：包括一个带有内腔的外壳（4），在内腔中固定有发光组件、对发光组件的功率进行监测并生成反馈信号的功率反馈组件以及光信号传输组件，发光组件发出的光同时照射到功率反馈组件和光信号传输组件上，在外壳（4）上设置有用信号输入引脚（9）和信号输出引脚（1）。在本具备功率监测功能的光器件及光功率监测系统中，通过对发光组件的发光功率进行监测，使发光组件的发光功率与待传输的模拟电信号之间呈线性关系，从而利用模拟方式实现了模拟电信号从高压侧到低压侧的高精度光纤传输。

【技术实现步骤摘要】

一种具备功率监测功能的光器件及光功率监测系统，属于光通信技术及电力测量

技术介绍
在电力测量领域，被测量的电气量（如电压、电流）通常处于高电压环境，比如电流互感器要测量的母线电流通常处于10kV以上的电压等级环境，而雷电导致的冲击电压则达到几百kV以上。对这些量进行测量时，除了要将待测的电气量转变至仪器仪表能够接受的小的信号范围，通常还要使实际测量的仪器仪表处于低电压环境，要想实现高压侧与低压侧的真正隔离，则必须使用光纤。因此，将光器件应用于电力领域的测量是光通信领域在电力测量领域的一种具体应用。在现有技术中，将高压侧待测量的信息传输至低压测有两种方式：模拟方式和数字方式，其中数字方式的其中一种应用实例是将母线电流值在高压侧进行数字化，然后通过光纤把数字光脉冲传输到低压侧的电子式电流互感器。模拟方式的其中一种应用实例是冲击电压测量中使用的光电式分压器测量系统，其原理是将冲击电压使用分压器分压后驱动LED发光，然后把整个冲击电压的波形用光纤传输至低压侧。其中，数字方法的优点在于对光源线性度的要求不高，因此不会影响其测量精度，但数字方法必须对待测信号进行采样后进行传输，因此就带来了功耗、成本、频带等一系列技术问题，所以具体实施时，其实施方式较为复杂。模拟方法则是通过驱动发光源发光，然后利用光纤将发光源发出的光进行传输，在具体实施时，实施手段较为简单可靠。在光通信领域，使用的发光源主要有两种：LED（发光二极管）和LD（激光二极管），在现有技术中，对这类发光器件发光功率的控制是通过控制驱动电流的大小实现的。其中LD具有响应速度较快、具有较高的调制速率、光谱较窄、辐射光束的发散角较小、输出光强及效率较高的优点，但是同时具有温度特性较差、易损坏、寿命短、价格昂贵的缺点，相比较LD，LED具有温度稳定性好，成本低，寿命长的优势。在利用模拟方式将高压侧待测量的电信号传输至低压测时，一般通过调幅的方式驱动发光源直接发光，在利用调幅的方式驱动光源发光时，其关键技术是保证驱动发光源发光的电流信号与发光源之间的发光功率之间具有较高的线性度。然而无论LED还是LD，均存在各自的发光死区，导致其发光功率-驱动电流之间的曲线（P-I曲线）不是线性关系，因此直接导致模拟方法（调幅法）无法达到高测量精度，其根本原因在于目前发光源在发光时无法对其发光情况进行检测，只能通过恒流型等直接方式对发光源进行控制。综上所述，在利用光纤进行待测信号的传输时，如果能对发光源的实时功率进行检测，并使其发出的光的功率与待测信号的大小达到线性关系，则可以满足模拟方式下驱动发光源发光的电压信号与发光源之间的发光功率之间需要具有较高的线性度的需求，因此会大大提高模拟方式进行光信号传递的测量精度。在现有技术中，LD发光时有两个光输出面，除了正常的正面出光外，其背面也能够接收到一定强度的光，利用该特性，市场上出现了可以对LD进行功率进行监测的LD，由于LD的发光功率受温度影响很严重，因此该技术设计的主要应用是通过监测LD的发光变化对LD实现恒温控制，但这种LD用于调幅控制却有很大困难，这其中包括LD发光对温度敏感的原因会导致使用时精度很差，更重要的是LD用于调制时其动态范围太小，所以目前LD更适合应用在单模光纤中用数字方式实现大容量通信用的场合而非调幅控制应用。而LED的发光机理与LD不同，其发光时只能朝一个方向以一个较大的辐射角度发光，因此现有技术中还无法对LED的发光功率进行监测，所以无论直接控制还是间接控制，均无法使控制电信号与LED的发光功率间达到期望的线性关系。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可以对发光组件的功率进行监测的具备功率监测功能的光器件以及一种光功率监测系统，利用该光功率监测系统对发光组件的功率进行检测，使发光组件的发光功率与待传输的模拟电信号之间呈线性关系，从而利用模拟方式实现了模拟电信号从高压侧到低压侧的高精度光纤传输。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：该具备功率监测功能的光器件，其特征在于：包括一个带有内腔的外壳，在内腔中固定有发光组件、对发光组件的功率进行监测并生成反馈信号的功率反馈组件以及光信号传输组件，发光组件发出的光同时照射到功率反馈组件和光信号传输组件上，在外壳上设置有用于向发光组件发送驱动信号的信号输入引脚和用于将功率反馈组件生成的反馈信号输出的信号输出引脚。优选的，所述的功率反馈组件为光电二极管，光电二极管固定在发光组件的发光面上或固定在发光组件发光面的一侧，所述的信号输出引脚与光电二极管的接线端相连。优选的，所述的光信号传输组件为光纤，光纤与发光组件的发光面相对设置，光纤由设置在外壳上的光纤接口引入外壳的内腔中。优选的，所述的发光组件为发光二极管，发光二极管固定在内腔的一侧，信号输入引脚连接到发光二极管的接线端。优选的，在所述的发光组件和光信号传输组件之间设置有用于将发光组件发出的光进行汇聚的聚焦透镜。优选的，所述的外壳为金属材质或非金属材质，在金属材质的外壳的表面设置有实现外壳表面接地的接地引脚。一种光功率监测系统，其特征在于：包括：电流控制模块，其输入端连接待检测信号，其输出端连接信号输入引脚，用于生成可变的电流信号以驱动发光组件工作；具备功率监测功能的光器件，其输入端连接电流控制模块，其光信号输出端连接光信号传输组件，其电信号输出端通过信号输出引脚输出，用于实现待检测信号的光形式传输以及反馈信号的输出；功率检测模块，其输入端连接具备功率监测功能的光器件的信号输出引脚，用于将信号输出引脚输出的电流信号转换为电压信号；线性关系判定模块，其两个信号输入端分别连接功率监测模块的输出端和待检测信号，其输出端连接电流控制模块的控制信号输入端，用于判断功率监测模块输出信号和待检测信号的线性关系，并向电流控制模块输出控制信号。优选的，所述的线性关系判定模块包括微处理器和与微处理器连接的电压采集点路，电压采集电路分别采集功率监测模块的输出信号和所述的待检测信号。与现有技术相比，本技术所具有的有益效果是：1、在本具备功率监测功能的光器件中，实现了对发光器件发光功率的监测，并通过光功率监测系统，使发光组件的发光功率与待传输的模拟电信号之间呈线性关系，从而利用模式方式实现了模拟电信号从高压侧到低压侧的高精度光纤传输。2、通过本光功率监测系统，根据得到的发光组件的功率信息，判断发光组件的驱动电信号与发光源的光功率间是否已经达到线性关系，进而实现了对发光组件的间接控制，因此无需要求发光组件工作在线性区段，即可实现发光组件的驱动电信号与其发光功率之间达到期望的线性关系。3、通过该具备功率监测功能的光器件，实现对发光二极管光功率的监测。4、在本具备功率监测功能的光器件中，仅设置有发光二极管、光电二极管以及用于传输光信号的光纤，结构简单，性能可靠。5、在发光二极管和光纤之间通过设置聚焦透镜，只要照射到聚焦透镜上的光均可耦合进入光纤内，从而起到了聚焦的作用，实现了良好的耦合效果。附图说明图1为具备功率监测功能的光器件实施例1结构示意图。图2为光功率监测系统原理方框图。图3为具备功率监测功能的光器件实施例2结构示意图。其中：1、信号输出引脚2、发光二极管3、光电二极管4、外壳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备功率监测功能的光器件，其特征在于：包括一个带有内腔的外壳（4），在内腔中固定有发光组件、对发光组件的功率进行监测并生成反馈信号的功率反馈组件以及光信号传输组件，发光组件发出的光同时照射到功率反馈组件和光信号传输组件上，在外壳（4）上设置有用于向发光组件发送驱动信号的信号输入引脚（9）和用于将功率反馈组件生成的反馈信号输出的信号输出引脚（1）。

【技术特征摘要】
1.一种具备功率监测功能的光器件，其特征在于：包括一个带有内腔的外壳（4），在内腔中固定有发光组件、对发光组件的功率进行监测并生成反馈信号的功率反馈组件以及光信号传输组件，发光组件发出的光同时照射到功率反馈组件和光信号传输组件上，在外壳（4）上设置有用于向发光组件发送驱动信号的信号输入引脚（9）和用于将功率反馈组件生成的反馈信号输出的信号输出引脚（1）。2.根据权利要求1所述的具备功率监测功能的光器件，其特征在于：所述的功率反馈组件为光电二极管（3），光电二极管（3）固定在发光组件的发光面上或固定在发光组件发光面的一侧，所述的信号输出引脚（1）与光电二极管（3）的接线端相连。3.根据权利要求1所述的具备功率监测功能的光器件，其特征在于：所述的光信号传输组件为光纤（6），光纤（6）与发光组件的发光面相对设置，光纤（6）由设置在外壳（4）上的光纤接口（5）引入外壳（4）的内腔中。4.根据权利要求1~3任一项所述的具备功率监测功能的光器件，其特征在于：所述的发光组件为发光二极管（2），发光二极管（2）固定在内腔的一侧，信号输入引脚（9）连接到发光二极管（2）的接线端。5.根据权利要求1所述的具备功率监测功能的光器件，其特征在于：在所述的发光组件和光信号传输组件之间设置有用于将发光组件发出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐丙垠，王玮，王敬华，贾明娜，王俊江，
申请(专利权)人：山东理工大学，山东科汇电力自动化股份有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37