專利名稱：一種具有光纖溫度采集和溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖電流互感器，更特別地說(shuō)，是指一種具有雙溫度源補(bǔ)償模
式的光纖電流互感器。
背景技術(shù)：
光纖電流互感器是基于Ampere定律和Faraday磁光效應(yīng)原理的，該光纖電流互 感器通過(guò)測(cè)量在傳感光纖內(nèi)傳輸?shù)哪Ｊ秸坏膬墒窆忾g由于敏感導(dǎo)線內(nèi)電流量而產(chǎn) 生的相位差來(lái)間接地測(cè)量出電流值。 在傳感光纖中，由于Faraday磁光效應(yīng)作用，兩束圓偏振光傳輸速度不同，從而 產(chǎn)生Faraday相差。當(dāng)兩束圓偏振光傳輸?shù)絺鞲泄饫w末端時(shí)，產(chǎn)生鏡面反射，兩束光在模 式互換(左旋變右旋，右旋變左旋)后沿原光路返回，F(xiàn)araday效應(yīng)加倍增強(qiáng)，并且在入/4 光纖波片處再次轉(zhuǎn)換成兩束模式正交的線偏振光，在起偏器處發(fā)生干涉。
應(yīng)用在電網(wǎng)中的光纖電流互感器，由于環(huán)境溫度對(duì)輸出電流的非線性影響，其 影響的因素有 1.磁光效應(yīng)系數(shù)隨溫度變化而改變；
2. A /4光纖波片的延遲性隨溫度變化而改變；
3.傳感光纖隨溫度變化會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；
4.相位調(diào)制器的V Ji隨溫度變化而改變；
5.模擬電路器件溫度特性的非線性。 因此采用常規(guī)光纖電流互感器測(cè)量獲得的輸出電流的精度不高，影響了電網(wǎng)中 電流的準(zhǔn)確計(jì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠使電流測(cè)量精確達(dá)到0.1%的、且具有光纖溫度采
集和溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w電流互感器。 本發(fā)明是一種光纖電流互感器，其包括有寬譜光源、消偏器、分光器、溫度獲 取單元、電流獲取單元、調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元、數(shù)據(jù)處理單元和計(jì)算補(bǔ)償單元；寬譜光源 與分光器之間連接有消偏器，分光器與計(jì)算補(bǔ)償單元之間連接有溫度獲取單元，分光器 與數(shù)據(jù)處理單元之間連接有電流獲取單元，數(shù)據(jù)處理單元連接在計(jì)算補(bǔ)償單元上，計(jì)算 補(bǔ)償單元與電流獲取單元之間連接有調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元；所述的溫度獲取單元輸出第一 溫度L、第二溫度T2給計(jì)算補(bǔ)償單元；所述的電流獲取單元輸出數(shù)字電流信息DL給數(shù) 據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元對(duì)數(shù)字電流信息DIm進(jìn)行電流提取得到檢測(cè)電流Im后輸出給 計(jì)算補(bǔ)償單元；所述的計(jì)算補(bǔ)償單元用于實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖電流傳感器的溫度補(bǔ)償。計(jì)算補(bǔ)償 單元中設(shè)有溫度補(bǔ)償模塊，該溫度補(bǔ)償模塊由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、環(huán)境溫度拾取單元和補(bǔ)償 電流輸出單元組成；補(bǔ)償電流輸出單元中存儲(chǔ)有溫度-電流曲線關(guān)系數(shù)據(jù)；計(jì)算補(bǔ)償單 元第一方面對(duì)接收到的第一溫度^和第二溫度T2分別在模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行處理獲得第一
4數(shù)字溫度和第二數(shù)字溫度DT2輸出給環(huán)境溫度拾取單元；計(jì)算補(bǔ)償單元第二方面應(yīng) 用環(huán)境溫度拾取單元對(duì)接收到的第一放大溫度和第二放大溫度DT2進(jìn)行求取工作環(huán)
境溫度AT計(jì)算，<formula>formula see original document page 5</formula>工作環(huán)境溫度AT的范圍為-45t: +6(rC ;計(jì)算
補(bǔ)償單元第三方面應(yīng)用補(bǔ)償電流輸出單元對(duì)接收到的工作環(huán)境溫度AT根據(jù)溫度-電流曲 線進(jìn)行電流溫度補(bǔ)償因子cf求取，得到測(cè)量電流T。ut二cfXI"計(jì)算補(bǔ)償單元第四方面輸 出電壓調(diào)整信號(hào)給調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元；調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元根據(jù)電壓調(diào)整信號(hào)產(chǎn)生調(diào)制電 壓信號(hào)V作用到電流獲取單元中的相位調(diào)制器上。 所述的一種光纖電流互感器，溫度獲取單元和電流獲取單元能夠分別設(shè)置三 相；即結(jié)構(gòu)相同的第一溫度獲取單元、第二溫度獲取單元和第三溫度獲取單元；即結(jié)構(gòu) 相同的第一電流獲取單元、第二電流獲取單元和第三電流獲取單元；即結(jié)構(gòu)相同的第一 調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元、第二調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元和第三調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元。
本發(fā)明具有光纖溫度采集和溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w電流互感器具有的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)采用計(jì)算補(bǔ)償單元和數(shù)據(jù)處理單元的雙模式，并對(duì)溫度和電流進(jìn)行不同處理 器的劃分；在計(jì)算補(bǔ)償單元中對(duì)溫度和電流進(jìn)行同步處理，提高了本發(fā)明光纖電流互感 器實(shí)時(shí)檢測(cè)及電流輸出的準(zhǔn)確性。 (2)采用模塊化的劃分多個(gè)部件，使得各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的功能權(quán)責(zé)分明，易于出現(xiàn) 故障時(shí)進(jìn)行單模塊的檢測(cè)，方便了維護(hù)。 (3)電流傳感信號(hào)的傳輸和溫度傳感信號(hào)的傳輸均采用光纖，很容易解決高壓絕 緣問(wèn)題，完全適合高電壓、大電流的電網(wǎng)中使用。 (4)本發(fā)明光纖電流互感器采用兩個(gè)處理器對(duì)多個(gè)部件進(jìn)行軟件化的模塊劃分， 更加利于單相光纖電流互感器的組成和三相光纖電流互感器的組成。 本發(fā)明的采用雙溫度源對(duì)該光纖電流互感器進(jìn)行的溫度補(bǔ)償能夠?qū)崿F(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)在 于 (A)光纖溫度傳感器能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地測(cè)量出光纖電流傳感器所在位置的溫度， 并且利用DSP內(nèi)嵌A/D采樣，這樣提高了本發(fā)明的光纖電流互感器整體的實(shí)時(shí)性和可靠 性，降低了生產(chǎn)成本。 (B)雙溫度獲取單元通過(guò)第一傳輸光纖實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)低成本解決
了光纖電流傳感器所在位置的溫度測(cè)量問(wèn)題，以及高電壓下的絕緣問(wèn)題。 (C)電流獲取單元通過(guò)第二傳輸光纖實(shí)現(xiàn)高電壓大電流的變電站環(huán)境中導(dǎo)線中
電流的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)低成本解決了本發(fā)明設(shè)計(jì)的光纖電流互感器在高電壓下的絕緣問(wèn)題。 (D)發(fā)明人采用多個(gè)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到的溫度-電流曲線，在計(jì)算補(bǔ) 償單元中應(yīng)用溫度-電流曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)電流補(bǔ)償，提高了光纖電流互感器輸出電流的精 度。 (E)在三相的光纖電流互感器的補(bǔ)償過(guò)程中，對(duì)輸入的三相溫度和三相電流，計(jì) 算補(bǔ)償單元以簡(jiǎn)單的先入先出方式進(jìn)行處理，提高了系統(tǒng)對(duì)輸出電流的響應(yīng)時(shí)間。
(F)經(jīng)溫度-電流曲線取得溫度補(bǔ)償因子進(jìn)行溫度補(bǔ)償后，本發(fā)明的光纖電流互 感器的輸出電流精度達(dá)到了 ±0.1%。3〃頁(yè)


圖1是本發(fā)明的單相光纖電流互感器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明的三相光纖電流互感器的結(jié)構(gòu)框圖。 圖3是本發(fā)明光纖電流互感器中的溫度獲取單元的結(jié)構(gòu)圖。 圖3A是本發(fā)明光纖電流互感器中的溫度獲取單元的另一結(jié)構(gòu)圖。 圖4是本發(fā)明光纖電流互感器中的電流獲取單元的結(jié)構(gòu)圖。 圖4A是本發(fā)明光纖電流互感器中的電流獲取單元的另一結(jié)構(gòu)圖。 圖5是本發(fā)明光纖電流互感器中計(jì)算補(bǔ)償單元對(duì)雙溫度(Tp T2)與檢測(cè)電流(Im)
的處理流程圖。 圖5A是本發(fā)明光纖電流互感器中計(jì)算補(bǔ)償單元中保存的溫度-電流曲線。
圖6是本發(fā)明調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。 參見(jiàn)圖l所示，本發(fā)明的一種具有光纖溫度采集和溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w電流互感 器，其包括有寬譜光源4、消偏器5、分光器6、溫度獲取單元7、電流獲取單元8、調(diào)制 信號(hào)發(fā)生單元3、數(shù)據(jù)處理單元2和計(jì)算補(bǔ)償單元1。所述的計(jì)算補(bǔ)償單元1由芯片硬件 和編寫(xiě)在芯片硬件上雙溫度源補(bǔ)償模塊構(gòu)成，該芯片硬件可以是DSP處理器芯片、單片 機(jī)或微處理器等，雙溫度源補(bǔ)償模塊可以采用C語(yǔ)言編寫(xiě)而成。所述的數(shù)據(jù)處理單元為 FPGA處理器等。 寬譜光源4與分光器6的N端之間連接有消偏器5 ;
分光器6的A端與計(jì)算補(bǔ)償單元1之間連接有溫度獲取單元7 ;
分光器6的B端與數(shù)據(jù)處理單元2之間連接有電流獲取單元8 ;
數(shù)據(jù)處理單元2連接在計(jì)算補(bǔ)償單元1上； 計(jì)算補(bǔ)償單元1與電流獲取單元8之間連接有調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3。
所述的溫度獲取單元7輸出第一溫度1、第二溫度T2給計(jì)算補(bǔ)償單元1 ;
所述的電流獲取單元8輸出數(shù)字電流信息DIm給數(shù)據(jù)處理單元2，數(shù)據(jù)處理單元 2對(duì)數(shù)字電流信息DIm進(jìn)行電流提取得到檢測(cè)電流L輸出給計(jì)算補(bǔ)償單元l ;該數(shù)字電流 信息DL為正弦波，在本發(fā)明中，通過(guò)數(shù)據(jù)處理單元2記錄下脈沖周期便可提取出當(dāng)前檢 測(cè)到的電流； 所述的計(jì)算補(bǔ)償單元1用于實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖電流互感器的溫度補(bǔ)償。
參見(jiàn)圖5、圖5A所示，本發(fā)明為了精確解析出工作環(huán)境溫度對(duì)光纖電流互感器 輸出的測(cè)量電流I。ut造成的影響，發(fā)明人通過(guò)在計(jì)算補(bǔ)償單元1中采用C語(yǔ)言編寫(xiě)有雙溫 度源補(bǔ)償模塊。該雙溫度源補(bǔ)償模塊由片上模數(shù)轉(zhuǎn)換單元102、環(huán)境溫度拾取單元103和 補(bǔ)償電流輸出單元101組成。補(bǔ)償電流輸出單元101中存儲(chǔ)有溫度-電流曲線關(guān)系數(shù)據(jù)。
計(jì)算補(bǔ)償單元1第一方面對(duì)接收到的第一溫度^和第二溫度T2分別在模數(shù)轉(zhuǎn)換 單元102進(jìn)行處理獲得第一數(shù)字溫度和第二數(shù)字溫度DT2輸出給溫度拾取單元103 ;
計(jì)算補(bǔ)償單元1第二方面應(yīng)用環(huán)境溫度拾取單元103對(duì)接收到的第一放大溫度和第二放大溫度DT2進(jìn)行求取工作環(huán)境溫度A T計(jì)算，= ' 工作環(huán)境 溫度AT的范圍為-45°C +60°C。 計(jì)算補(bǔ)償單元1第三方面應(yīng)用補(bǔ)償電流輸出單元101對(duì)接收到的工作環(huán)境溫度 AT根據(jù)溫度-電流曲線進(jìn)行電流溫度補(bǔ)償因子cf求取，然后用求取的電流溫度補(bǔ)償因子 cf乘以檢測(cè)電流L，即得到本發(fā)明光纖電流互感器實(shí)時(shí)輸出的高精度的測(cè)量電流U， I。ut =cfXIm。 在本發(fā)明中，電流溫度補(bǔ)償因子cf的求取采用了如圖5A所示的工作環(huán)境溫度 AT與檢測(cè)電流L的溫度-電流曲線關(guān)系獲得，這是經(jīng)發(fā)明人采用多個(gè)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù) (檢測(cè)電流)進(jìn)行擬合得到的溫度-電流曲線，在計(jì)算補(bǔ)償單元中應(yīng)用溫度-電流曲線進(jìn)行 實(shí)時(shí)電流補(bǔ)償，提高了光纖電流互感器輸出電流的精度。采集了 300個(gè)溫度點(diǎn)和標(biāo)定電 流對(duì)應(yīng)的點(diǎn)值(該對(duì)應(yīng)的點(diǎn)值經(jīng)過(guò)運(yùn)算則得到電流溫度補(bǔ)償因子cf)，并利用Mathcad 2001 Professional軟件擬合得到的溫度-電流曲線關(guān)系數(shù)據(jù)。將該溫度-電流曲線關(guān)系數(shù)據(jù)保 存在計(jì)算補(bǔ)償單元1中，通過(guò)每一次本發(fā)明光纖電流互感器中的溫度獲取單元得到的工 作溫度AT都會(huì)通過(guò)運(yùn)算得到相對(duì)應(yīng)的電流溫度補(bǔ)償因子cf。 計(jì)算補(bǔ)償單元1第四方面輸出電壓調(diào)整信號(hào)給調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3。調(diào)制信號(hào) 發(fā)生單元3根據(jù)電壓調(diào)整信號(hào)產(chǎn)生調(diào)制電壓信號(hào)V作用到電流獲取單元8中的相位調(diào)制器 83上。 參見(jiàn)圖3所示，溫度獲取單元7由第一環(huán)路器71、分束器72、光纖溫度傳感 器、第一傳輸光纖75、第一光電轉(zhuǎn)換器711、第二光電轉(zhuǎn)換器721、第一濾波放大器712 和第二濾波放大器722組成；該光纖溫度傳感器用于測(cè)量工作環(huán)境溫度AT，該工作環(huán)境 溫度AT是指光纖電流傳感器所在工作環(huán)境中的溫度，S卩-45t: +6(rC。
溫度獲取單元7中各部件的連接關(guān)系為第一環(huán)路器71的A端與分路器6的A 端連接，第一環(huán)路器71的B端與分束器72的A端連接，第一環(huán)路器71的C端與第一光 電轉(zhuǎn)換器711的輸入端連接； 第一光電轉(zhuǎn)換器711的輸出與第一濾波放大器712的輸入端連接，第一濾波放大 器712輸出第一溫度L給計(jì)算補(bǔ)償單元1 ; 分束器72的B端通過(guò)第一傳輸光纖75與光纖溫度傳感器的連接端連接，光纖溫 度傳感器的敏感端與被測(cè)物接觸，用于測(cè)量被測(cè)物的溫度，分束器72的C端與B光電轉(zhuǎn) 換器721的輸入端連接； 第二光電轉(zhuǎn)換器721的輸出端與第二濾波放大器722的輸入端連接，第二濾波放 大器722輸出第二溫度T2給計(jì)算補(bǔ)償單元1。 參見(jiàn)圖3A所示，光纖溫度傳感器由第一波片73和第一反射鏡74構(gòu)成，第一波 片73的另一端與第一反射鏡74連接，第一波片73的一端與第一傳輸光纖75的另一端連 接，第一傳輸光纖75的一端連接在分束器72的B端上。圖3A所示的溫度獲取單元7的 結(jié)構(gòu)，除光纖溫度傳感器的結(jié)構(gòu)與圖3所示的溫度獲取單元7不同以外，其余結(jié)構(gòu)相同。
參見(jiàn)圖4所示，電流獲取單元8由第二環(huán)路器81、起偏器82、相位調(diào)制器83、 第二傳輸光纖86、光纖電流傳感器、第三光電轉(zhuǎn)換器811、濾波放大器812和A/D轉(zhuǎn)換 器813組成；該光纖電流傳感器用于測(cè)量如高電壓大電流的變電站環(huán)境中導(dǎo)線中通過(guò)的
7電流(在本發(fā)明中，也稱為檢測(cè)電流)。 電流獲取單元8中各部件的連接關(guān)系為第二環(huán)路器81的A端與分路器6的B 端連接，第二環(huán)路器81的B端與相位調(diào)制器83的A端之間連接有起偏器82，第二環(huán)路 器81的C端與第三光電轉(zhuǎn)換器811的輸入端連接； 相位調(diào)制器83的B端通過(guò)第二傳輸光纖86與光纖電流傳感器連接，相位調(diào)制器 83的C端接收調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3輸出的調(diào)制電壓信號(hào)V ; 第三光電轉(zhuǎn)換器811的輸出端與濾波放大器812的輸入端連接，濾波放大器812 的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器813的輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換器813輸出數(shù)字電流信息DIm給數(shù) 據(jù)處理單元2。 參見(jiàn)圖4A所示，光纖電流傳感器由第二入/4波片84、第二反射鏡85和傳感光 纖87構(gòu)成，第二入/4波片84的另一端與第二反射鏡85之間連接有傳感光纖87，第二 入/4波片84的一端與第二傳輸光纖86的另一端連接，第二傳輸光纖86的一端與相位調(diào) 制器83的B端連接。圖4A所示的電流獲取單元8的結(jié)構(gòu)，除光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)與 圖4所示的電流獲取單元8不同以外，其余結(jié)構(gòu)相同。 在本發(fā)明中，第一反射鏡74是在光纖的端頭垂直切割后，鍍上反射膜形成。第 二反射鏡85是在光纖的端頭垂直切割后，鍍上反射膜形成。第一反射鏡74與第二反射 鏡85的結(jié)構(gòu)相同。 在本發(fā)明中，第一傳輸光纖75的長(zhǎng)度為20m 200m，該第一傳輸光纖75可以 是保偏光纖，中心波長(zhǎng)為1310nm。第二傳輸光纖86的長(zhǎng)度為20m 200m，該第二傳 輸光纖86是保偏光纖，中心波長(zhǎng)為1310nm。 在本發(fā)明中，第一環(huán)路器71的中心波長(zhǎng)為1310nm。第二環(huán)路器81的中心波長(zhǎng)
為1310nm。第一環(huán)路器71與第二環(huán)路器81的結(jié)構(gòu)相同。 在本發(fā)明中，第一波片73與第二 A/4波片84的結(jié)構(gòu)相同。 在本發(fā)明中，第一光電轉(zhuǎn)換器711、第二光電轉(zhuǎn)換器721和第三光電轉(zhuǎn)換器811 的結(jié)構(gòu)相同。 第一濾波放大器812采用高速、高精度互阻抗放大器OPA380芯片。 在本發(fā)明中，第一濾波放大器712和第二濾波放大器722的結(jié)構(gòu)相同。采用AD
公司生產(chǎn)的AD8031芯片。 在本發(fā)明中，相位調(diào)制器83為鈮酸鋰光相位調(diào)制器，其帶寬為10GHz 40GHz，輸入波段可以選擇。 發(fā)明人在本專利申請(qǐng)中還采用了三相溫度獲取單元、三相電流獲取單元和三相 調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元的多相布局設(shè)計(jì)，則有如圖2所示的一種具有溫度補(bǔ)償?shù)娜喙饫w電 流互感器。該三相光纖電流互感器包括有寬譜光源4、消偏器5、分光器6、第一溫度獲 取單元7A、第二溫度獲取單元7B、第三溫度獲取單元7C、第一電流獲取單元8A、第二 電流獲取單元8B、第三電流獲取單元8C、第一調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3A、第二調(diào)制信號(hào)發(fā) 生單元3B、第三調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3C、數(shù)據(jù)處理單元2和計(jì)算補(bǔ)償單元1。其中，第一 溫度獲取單元7A、第二溫度獲取單元7B和第三溫度獲取單元7C的結(jié)構(gòu)相同。第一電 流獲取單元8A、第二電流獲取單元8B和第三電流獲取單元8C的結(jié)構(gòu)相同。第一調(diào)制 信號(hào)發(fā)生單元3A、第二調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3B和第三調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3C的結(jié)構(gòu)相同
8
對(duì)比圖1與圖2，三相光纖電流互感器的連接關(guān)系與單相光纖電流互感器的連接 關(guān)系的不同之處在于 分光器6的A端與第一溫度獲取單元7A中的環(huán)路器的A端連接，第一溫度獲取
單元7A輸出A相的第一溫度T/ 、 A相的第二溫度T^給計(jì)算補(bǔ)償單元l; 分光器6的C端與第二溫度獲取單元7B中的環(huán)路器的A端連接，第二溫度獲取
單元7B輸出B相的第三溫度T3、 B相的第四溫度T4給計(jì)算補(bǔ)償單元1 ; 分光器6的E端與第三溫度獲取單元7C中的環(huán)路器的A端連接，第三溫度獲取
單元7C輸出C相的第五溫度T5、 C相的第六溫度T6給計(jì)算補(bǔ)償單元1 ; 分光器6的B端與第一電流獲取單元8A中的環(huán)路器的A端光纖連接，第一電流
獲取單元8A輸出A相數(shù)字電流信息DIm—A給數(shù)據(jù)處理單元2， A相數(shù)字電流信息DIm—A經(jīng)
數(shù)據(jù)處理單元2的電流提取處理后獲得A相檢測(cè)電流L-A輸出給計(jì)算補(bǔ)償單元1 ; 分光器6的D端與第二電流獲取單元8B中的環(huán)路器的A端光纖連接，第二電流
獲取單元8B輸出B相脈沖電流信息DIm—B給數(shù)據(jù)處理單元2， B相數(shù)字電流信息DIm—B經(jīng)
數(shù)據(jù)處理單元2的電流提取處理后獲得B相檢測(cè)電流Im—B輸出給計(jì)算補(bǔ)償單元1 ; 分光器6的F端與第三電流獲取單元8C中的環(huán)路器的A端光纖連接，第三電流
獲取單元8C輸出C相數(shù)字電流信息DIm-C給數(shù)據(jù)處理單元2， C相脈沖電流信息DIm-C經(jīng)
數(shù)據(jù)處理單元2的電流提取處理后獲得C相檢測(cè)電流Im-C輸出給計(jì)算補(bǔ)償單元1 ; 數(shù)據(jù)處理單元2將接收的A相檢測(cè)電流Im—A、 B相檢測(cè)電流Im—B和C相檢測(cè)電流
Lc按照先進(jìn)先出順序輸出給計(jì)算補(bǔ)償單元1 ; 若數(shù)據(jù)處理單元2輸出的A相檢測(cè)電流Im—A、 B相檢測(cè)電流Im—B和C相檢測(cè)電流 Lc是順次的，則計(jì)算補(bǔ)償單元1首先對(duì)接收到的A相的第一溫度T/和第二溫度l'進(jìn) 行處理，然后是B相的第三溫度T3和第四溫度L，最后是C相的第五溫度Ts和第六溫 度Te。 六路溫度在計(jì)算補(bǔ)償單元1中的模數(shù)轉(zhuǎn)換是相同的，而工作溫度的求取分別 為A相工作溫度為 ~^-V、 B相工作溫度為^-l和C相工作溫度為
<formula>formula see original document page 9</formula> 根據(jù)圖5A所示的溫度-電流曲線關(guān)系查找A相工作溫度~^-^
作溫度^^+P^和c相工作溫度d^ + 下各自的電流溫度補(bǔ)償因子，最后用分
別A相檢測(cè)電流Im—A、 B相檢測(cè)電流Im—B和C相檢測(cè)電流Im-C乘以各自的電流溫度補(bǔ)償因 子從而得到三相光纖電流互感器輸出的測(cè)量電流。 計(jì)算補(bǔ)償單元1最后根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元2給出的先后順序分別輸出調(diào)整信號(hào)給第 一調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3A、第二調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3B和第三調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3C，而第 一調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3A、第二調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3B和第三調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3C則分別產(chǎn)生第一調(diào)制電壓信號(hào)VA、第二調(diào)制電壓信號(hào)VB和第三調(diào)制電壓信號(hào)Vc作用到第一電 流獲取單元8A、第二電流獲取單元8B和第三電流獲取單元8C上進(jìn)行相位調(diào)制。
在本發(fā)明中，對(duì)于三相光纖電流互感器中的第一雙溫度獲取單元7A、第二雙溫 度獲取單元7B和第三雙溫度獲取單元7C，以及第一電流獲取單元8A、第二電流獲取單 元8B和C電流獲取單元8C的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系可以參見(jiàn)圖3、圖3A、圖4和圖4A所示 的光纖電流互感器中直接推導(dǎo)得到，故不詳細(xì)說(shuō)明。 在本發(fā)明中，調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3、第一調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3A、第二調(diào)制信號(hào) 發(fā)生單元3B和第三調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3C由數(shù)字頻率合成器、D/A轉(zhuǎn)換器、乘法器和 帶通濾波器組成；數(shù)字頻率合成器對(duì)接收到的計(jì)算補(bǔ)償單元1輸出的電壓調(diào)整信號(hào)進(jìn)行 500kHz的調(diào)整，從而輸出具有500kHz的電壓信號(hào)給乘法器；D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)接收到的計(jì) 算補(bǔ)償單元1輸出的電壓調(diào)整信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)輸出給乘法器；乘法器對(duì)接收的 具有500kHz的電壓信號(hào)和模擬電壓信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)乘形成正弦波信號(hào)，該正弦波信號(hào)經(jīng) 帶通濾波器進(jìn)行濾波、放大后輸出調(diào)制電壓信號(hào)V作用到電流獲取單元。數(shù)字頻率合成 器所需的正弦信號(hào)由AD9850產(chǎn)生，采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)，全數(shù)字結(jié)構(gòu)， 具有精確的頻率分辨率、快速的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間以及可靈活產(chǎn)生多種信號(hào)等特點(diǎn)。D/A轉(zhuǎn) 換器采用TI公司生產(chǎn)的TLC5618芯片，為12位、3線串行總線的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，本設(shè)計(jì)采 用SPI總線。乘法器采用AD835，是美國(guó)ADI公司推出的寬頻帶、四象限、高性能乘法 器。帶通濾波器為有源濾波器，采用LINEAR公司生產(chǎn)的LT1568芯片。A調(diào)制信號(hào)發(fā) 生單元3A、 B調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3B和C調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元3C的結(jié)構(gòu)與調(diào)制信號(hào)發(fā)生單 元3相同。 本發(fā)明設(shè)計(jì)的光纖電流互感器中數(shù)字控制和處理采用DSP+FPGA的結(jié)構(gòu)，DSP 采用TI公司的TMS320F2818。 F28x系列芯片具有低成本、低功耗和高性能的處理能力， 適用于大量數(shù)據(jù)處理的測(cè)控場(chǎng)合。FPGA采用XILINX公司Spantan3系列的XC3S400，
充分利用了其內(nèi)部資源。 寬譜光源采用INP公司IPSDD1301型號(hào)光源。 以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明 的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種光纖電流互感器，其特征在于該光纖電流互感器包括有寬譜光源(4)、消偏器(5)、分光器(6)、溫度獲取單元(7)、電流獲取單元(8)、調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元(3)、數(shù)據(jù)處理單元(2)和計(jì)算補(bǔ)償單元(1)；寬譜光源(4)與分光器(6)之間連接有消偏器(5)，分光器(6)與計(jì)算補(bǔ)償單元(1)之間連接有溫度獲取單元(7)，分光器(6)與數(shù)據(jù)處理單元(2)之間連接有電流獲取單元(8)，數(shù)據(jù)處理單元(2)連接在計(jì)算補(bǔ)償單元(1)上，計(jì)算補(bǔ)償單元(1)與電流獲取單元(8)之間連接有調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元(3)；所述的溫度獲取單元(7)輸出第一溫度T1、第二溫度T2給計(jì)算補(bǔ)償單元(1)；所述的電流獲取單元(8)輸出數(shù)字電流信息DIin給數(shù)據(jù)處理單元(2)，數(shù)據(jù)處理單元(2)對(duì)數(shù)字電流信息DIin進(jìn)行電流提取得到檢測(cè)電流Iin后輸出給計(jì)算補(bǔ)償單元(1)；所述的計(jì)算補(bǔ)償單元(1)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖電流互感器的溫度補(bǔ)償。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖電流互感器，其特征在于溫度獲取單元和電流 獲取單元能夠分別設(shè)置三相；即結(jié)構(gòu)相同的第一溫度獲取單元(7A)、第二溫度獲取單元 (7B)和第三溫度獲取單元(7C);即結(jié)構(gòu)相同的第一電流獲取單元(8A)、第二電流獲取單 元(8B)和第三電流獲取單元(8C);即結(jié)構(gòu)相同的第一調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元(3A)、第二調(diào)制 信號(hào)發(fā)生單元(3B)和第三調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元(3C)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光纖電流互感器，其特征在于計(jì)算補(bǔ)償單元(1) 中設(shè)有溫度補(bǔ)償模塊，該溫度補(bǔ)償模塊由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(102)、環(huán)境溫度拾取單元(103)和 補(bǔ)償電流輸出單元(101)組成；補(bǔ)償電流輸出單元(101)中存儲(chǔ)有溫度-電流曲線關(guān)系數(shù) 據(jù)；計(jì)算補(bǔ)償單元(1)第一方面對(duì)接收到的第一溫度L和第二溫度T2分別在模數(shù)轉(zhuǎn)換單 元(102)進(jìn)行處理獲得第一數(shù)字溫度和第二數(shù)字溫度DT2輸出給環(huán)境溫度拾取單元 (103);計(jì)算補(bǔ)償單元(1)第二方面應(yīng)用環(huán)境溫度拾取單元(103)對(duì)接收到的第一放大溫度dt; 一 ot，和第二放大溫度DT2進(jìn)行求取工作環(huán)境溫度AT計(jì)算，AT = ^5工作環(huán)境溫度AT的范圍為-45。C +60。C ;計(jì)算補(bǔ)償單元(1)第三方面應(yīng)用補(bǔ)償電流輸出單元(101)對(duì)接收到的工作環(huán)境溫度AT 根據(jù)溫度-電流曲線進(jìn)行電流溫度補(bǔ)償因子cf求取，得到測(cè)量電流I。ut = cfXIm ;計(jì)算補(bǔ)償單元(1)第四方面輸出電壓調(diào)整信號(hào)給調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元(3);調(diào)制信號(hào)發(fā) 生單元(3)根據(jù)電壓調(diào)整信號(hào)產(chǎn)生調(diào)制電壓信號(hào)V作用到電流獲取單元(8)中的相位調(diào)制 器(83)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光纖電流互感器，其特征在于溫度獲取單元7 由第一環(huán)路器(71)、分束器(72)、光纖溫度傳感器、第一傳輸光纖(75)、第一光電轉(zhuǎn)換器(711) 、第二光電轉(zhuǎn)換器(721)、第一濾波放大器(712)和第二濾波放大器(722)組成；其中 各部件的連接關(guān)系為第一環(huán)路器(71)與分束器(72)連接，第一環(huán)路器(71)與第一光電 轉(zhuǎn)換器(711)連接，第一光電轉(zhuǎn)換器(711)與第一濾波放大器(712)連接，第一濾波放大器(712) 輸出第一溫度L給計(jì)算補(bǔ)償單元(1);分束器(72)與光纖溫度傳感器之間連接有第 一傳輸光纖(75);分束器(72)與第二光電轉(zhuǎn)換器(721)連接，第二光電轉(zhuǎn)換器(721)與第二濾波放大器(722)連接，第二濾波放大器(722)輸出第二溫度T2給計(jì)算補(bǔ)償單元(1)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光纖電流互感器，其特征在于電流獲取單元(8)由光纖電流傳感器、第二環(huán)路器(81)、起偏器(82)、相位調(diào)制器(83)、第二傳輸光纖 (86)、第三光電轉(zhuǎn)換器(811)、濾波放大器(812)和A/D轉(zhuǎn)換器(813)組成；其中各部件的 連接關(guān)系為第二環(huán)路器(81)與起偏器(82)連接，起偏器(82)與相位調(diào)制器(83)連接， 相位調(diào)制器(83)與光纖電流傳感器之間連接有第二傳輸光纖(86);相位調(diào)制器(83)的C 端接收調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元(3)輸出的調(diào)制電壓信號(hào)V ;第二環(huán)路器(81)與第三光電轉(zhuǎn)換器 (811)連接，第三光電轉(zhuǎn)換器(811)與濾波放大器(812)連接，濾波放大器812與A/D轉(zhuǎn)換 器(813)連接，A/D轉(zhuǎn)換器(813)輸出給數(shù)據(jù)處理單元(2)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光纖電流互感器，其特征在于所述的調(diào)制信號(hào)發(fā) 生單元由數(shù)字頻率合成器、D/A轉(zhuǎn)換器、乘法器和帶通濾波器組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光纖電流互感器，其特征在于所述的光纖溫度傳 感器由第一波片(73)和第一反射鏡(74)構(gòu)成，第一波片(73)的另一端與第一反射鏡(74) 連接，第一波片(73)的一端與第一傳輸光纖(75)的另一端連接，第一傳輸光纖(75)的一 端連接在分束器(72)上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光纖電流互感器，其特征在于所述的光纖電流傳 感器由第二 A/4波片(84)、第二反射鏡(85)和傳感光纖(87)構(gòu)成，第二 A/4波片(84)的 另一端與第二反射鏡(85)之間連接有傳感光纖(87)，第二 A /4波片(84)的一端與第二傳 輸光纖(86)的另一端連接，第二傳輸光纖(86)的一端與相位調(diào)制器(83)連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光纖電流互感器，其特征在于所述的計(jì)算補(bǔ)償單 元選取DSP處理器芯片。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光纖電流互感器，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理 單元選取FPGA處理器芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w電流互感器，該光纖電流互感器的寬譜光源(4)與分光器(6)之間連接有消偏器(5)，分光器(6)與計(jì)算補(bǔ)償單元(1)之間連接有溫度獲取單元(7)，分光器(6)與數(shù)據(jù)處理單元(2)之間連接有電流獲取單元(8)，數(shù)據(jù)處理單元(2)連接在計(jì)算補(bǔ)償單元(1)上，計(jì)算補(bǔ)償單元(1)與電流獲取單元(8)之間連接有調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元(3)。本發(fā)明的光纖電流互感器利用計(jì)算補(bǔ)償單元中的溫度-電流曲線關(guān)系，在計(jì)算補(bǔ)償單元中對(duì)溫度和電流進(jìn)行同步處理，提高了本發(fā)明光纖電流互感器實(shí)時(shí)檢測(cè)及電流輸出的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)H01F38/32GK101692401SQ20091009218
公開(kāi)日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
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