一种电子式互感器的线性化光信号传输系统技术方案

一种电子式互感器的线性化光信号传输系统，属于电气工程测量技术领域。包括由传输光纤连接的高压侧和低压侧，其特征在于：所述的电光转换模块包括反馈控制模块，反馈控制模块控制传输发光二极管和反馈发光二极管内流经大小相同的驱动电流，传输发光二极管发出的光信号连接所述传输光纤位于高压侧的接口；在高压侧还设置有反馈回路，反馈发光二极管发出的光信号经过反馈回路转换为反馈电压，反馈电压连接反馈控制模块的另一个输入端。在本电子式互感器的线性化光信号传输系统中，通过设置反馈控制模块以及与反馈控制模块连接的反馈回路，实现了高压侧待测量的大小通过发光二极管的发光强度线性表示，降低了系统的复杂程度且可靠性更高。

A linear optical signal transmission system of electronic transformer

【技术实现步骤摘要】
一种电子式互感器的线性化光信号传输系统
一种电子式互感器的线性化光信号传输系统，属于电气工程测量

技术介绍
在电气测量领域，由于光纤具有绝缘性能好、频带宽、抗干扰等优点，因此将高压侧采集到的电气信息（如电压、电流）转换为光信号后并利用光纤传输至低压侧。在现在的技术应用中，光纤传输光信号主要有两种方式：数字光信号方式与模拟光信号方式。模拟光信号方式比数字光信号具有下列优势：其一是由于无需在高压侧进行A/D采样，因此能完整保留高压待测量的波形信息，其可传输信号的频带远远宽于传输数字光信号方式；其二是由于避免了高压侧的A/D环节，使高压侧电路的功耗大大降低，因此可降低高压侧电路的电源设计难度。在现有技术中，通过模拟光信号方式实现电信号的解决方案主要由以下几种：（1）申请号为201610682973.7，专利名称为“一种光电式冲击电压测试装置及方法”的中国专利文献所公开的技术方案中使用直接驱动发光二极管发光测量冲击电压，由于冲击电压频带达到几十MHz，因此其使用了直接驱动发光二极管发光的方式，其利用发光二极管发光的线性区实现了对待测信号的传输，由于该应用对测量精度的要求不高，因此该方法能够满足该应用。并且进一步由图6所示可知，该方法中采用了直接驱动发光二极管的方式，受发光二极管的发光机理限制，其存在发光死区，因此发光二极管的输入电流与输出光功率呈非线性关系，因此该方案没有实现信号的线性传输。（2）申请号为201410379248.3，专利名称为“应用于电流互感器的模拟电信号传输方法”的中国专利所公开的技术方案中同样采用直接驱动发光二极管发光的设计，并公开了将一个直流参考信号与待测信号一起传输的信号处理方法以校正衰减和外界因素对模拟光信号的影响以提高测量精度，但这些方法并未考虑解决发光二极管发光的非线性问题，因此难以达到高精度。（3）申请号为201410379248.3，专利名称为“应用于电流互感器的模拟电信号传输方法”，申请号为201510102017.2以及专利名称为“一种用于电流互感器的信号传输方法”的中国专利文件所公开的技术方法中，同样采用直接驱动发光二极管发光的设计方案，其技术方案除了没有实现信号的线性传输外还需要对每套装置都必须提前进行测量校准，工作量较大，因此其应用时很难达到高测量精度。（4）针对解决发光二极管发光的非线性问题，申请号为201620892474.6，专利名称为“一种具备功率监测功能的光器件及光功率监测系统”、申请号为201610683194.9，专利名称为“一种电子式电流互感器信号的线性传输方法”、申请号为201610678421.9，专利名称为“一种光功率监测系统”以及申请号为201610678235.5，专利名称为“一种光信号线性传输系统及有源电子式电流互感器”的专利文件中分别提出了相应的解决方案，这几个方案的共同点是：通过使用具备监测功能的发光二极管设计一个线性反馈通路或通过为直流参考信号增加一个补偿量的方式，这些方式通过间接驱动发光二极管发光实现了模拟光信号线性传输通道的建立。其共同的不足之处是需要设计一个具备监测功能的发光二极管器件导致系统成本较高，而增加直流参考信号补偿量的方式又使得系统的实现难度较高。进一步的，上述申请号为201610678421.9以及申请号为201610678235.5的专利文件中，为了解决直接驱动发光二极管发光时存在的非线性问题，通过一个光路反馈机制达到间接驱动发光二极管发光，实现了发光二极管发光与驱动信号的线性化。由于上述专利技术中所使用的光器件是需要进行特殊制备的专用器件，无法在常用器件中采购得到，且器件中的光电二级管本身的线性度十分影响该方法整体的线性度，因此在器件制备完成后，如若光器件中某一部件在使用过程中损坏或其中的光电二极管线性度不佳，无法进行单独更换，只能更换整个器件，因此增加该专利技术的应用成本与推广难度。而申请号为201610683194.9的专利文件中，虽然也解决了发光二极管发光存在非线性的问题，但是在实现时利用分光器把电/光转换模块的光信号分为监测用的光功率信号和传输至低压侧的光功率信号两路。这种方法除了增加了CPU、分光器等器材，增加了系统成本和复杂性外，更重要的是，该方案由于传输的是模拟光信号，因此光纤使用光纤内径为mm级别粗细的塑料光纤，而相应的塑料光纤分光器的工艺技术要求很高，价格昂贵（接近1000元人民币）且采购困难。因此，该方案在实施时，其硬件成本极高且原材料的采购较为困难，因此该方案在实际推广的难度较大，实用性较低。并且在该方案中，高压侧的线性发光反馈是通过一个CPU控制完成的，里面涉及到CPU要实时进行的模/数转换和数/模转换操作。这种方式有如下缺点：1）该方案需要实现比较精确的补偿控制，模/数转换和数/模转换的精度要高，因此A/D和D/A转换的位数要高，普通的8位A/D、D/A无法满足要求，这样会导致CPU或外围A/D、D/A的成本较高。2）这种方法中CPU需要进行对两路信号的同步采样，同步采样A/D芯片价格较高。3）这种方法涉及到CPU对多组采样数据点的最小二乘法拟合运算、除法运算、大小比较运算以及包含上述运算的循环运算，因此CPU运算量很大。由于电力系统对电流互感器的测量要求是每个周波都要测量，因此这种方法要求CPU在每个周波都要进行上述运算，CPU必须高速度完成上述运算，普通的单片机无法胜任，必须使用高性能单片机或者DSP处理器实现。这将导致系统的成本和功率非常高。4）该方案用于有源电子式电流互感器的设计，在有源电子式电流互感器设计中，高压侧的电源设计技术也是难以克服的技术，要求高压侧电路功耗越低越好，高压侧的功耗问题不仅关乎成本，还关乎系统的可靠性，而该方案在实现时难以满足低功耗要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过设置反馈控制模块以及与反馈控制模块连接的反馈回路，实现了高压侧待测量的大小通过发光二极管的发光强度线性表示，降低了系统的复杂程度且可靠性更高的电子式互感器的线性化光信号传输系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：该电子式互感器的线性化光信号传输系统，包括由传输光纤连接的高压侧和低压侧，高压侧设置有信号调理模块及电光转换模块，传感器输出的待测信号经过信号调理模块以及电光转换模块后转换为光信号，光信号经传输光纤由高压侧传送至低压侧，并由低压侧的光电转换模块还原为电信号，其特征在于：所述的电光转换模块包括反馈控制模块，信号调理电路的输出端连接反馈控制模块的输入端，反馈控制模块控制传输发光二极管和反馈发光二极管内流经大小相同的驱动电流，传输发光二极管发出的光信号连接所述传输光纤位于高压侧的接口；在高压侧还设置有反馈回路，反馈发光二极管发出的光信号经过反馈回路连接反馈控制模块的另一个输入端。优选的，在所述反馈控制模块的输出端设置有恒流驱动模块，反馈控制模块的输出端连接恒流驱动模块的输入端，控制恒流驱动模块向传输发光二极管和反馈发光二极管输出大小相同的驱动电流。优选的，传输发光二极管和反馈发光二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子式互感器的线性化光信号传输系统，包括由传输光纤连接的高压侧和低压侧，高压侧设置有信号调理模块及电光转换模块，传感器输出的待测信号经过信号调理模块以及电光转换模块后转换为光信号，光信号经传输光纤由高压侧传送至低压侧，并由低压侧的光电转换模块还原为电信号，其特征在于：所述的电光转换模块包括反馈控制模块，信号调理电路的输出端连接反馈控制模块的输入端，反馈控制模块控制传输发光二极管和反馈发光二极管内流经大小相同的驱动电流，传输发光二极管发出的光信号连接所述传输光纤位于高压侧的接口；在高压侧还设置有反馈回路，反馈发光二极管发出的光信号经过反馈回路连接反馈控制模块的另一个输入端。/n

【技术特征摘要】
1.一种电子式互感器的线性化光信号传输系统，包括由传输光纤连接的高压侧和低压侧，高压侧设置有信号调理模块及电光转换模块，传感器输出的待测信号经过信号调理模块以及电光转换模块后转换为光信号，光信号经传输光纤由高压侧传送至低压侧，并由低压侧的光电转换模块还原为电信号，其特征在于：所述的电光转换模块包括反馈控制模块，信号调理电路的输出端连接反馈控制模块的输入端，反馈控制模块控制传输发光二极管和反馈发光二极管内流经大小相同的驱动电流，传输发光二极管发出的光信号连接所述传输光纤位于高压侧的接口；在高压侧还设置有反馈回路，反馈发光二极管发出的光信号经过反馈回路连接反馈控制模块的另一个输入端。


2.根据权利要求1所述的电子式互感器的线性化光信号传输系统，其特征在于：在所述反馈控制模块的输出端设置有恒流驱动模块，反馈控制模块的输出端连接恒流驱动模块的输入端，控制恒流驱动模块向传输发光二极管和反馈发光二极管输出大小相同的驱动电流。


3.根据权利要求1或2所述的电子式互感器的线性化光信号传输系统，其特征在于：传输发光二极管和反馈发光二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玮，张圣鹏，孙中玉，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37