專利名稱:一種結(jié)合低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的光纖控制電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種結(jié)合低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的光纖控制電路，包括光纖傳感頭、光學(xué)相位調(diào)制器、光電轉(zhuǎn)換電路、放大濾波器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、模擬驅(qū)動(dòng)電路、D/A轉(zhuǎn)換模塊、計(jì)算機(jī)；其中光纖傳感頭、光學(xué)相位調(diào)制器、光電轉(zhuǎn)換電路、放大濾波器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、計(jì)算機(jī)依次相連，所述光學(xué)相位調(diào)制器通過(guò)依次相連的模擬驅(qū)動(dòng)電路、D/A轉(zhuǎn)換模塊與控制模塊相連；本實(shí)用新型基于單片F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)輸出以及與計(jì)算機(jī)通信等控制，完成對(duì)光纖電流互感器傳感頭輸出信號(hào)的檢測(cè)以及閉環(huán)控制；該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、閉環(huán)控制速度快、控制精度高等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種結(jié)合低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的光纖控制電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型公開了一種結(jié)合低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的光纖控制電路，涉及電路設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]電流互感器作為高壓電網(wǎng)檢測(cè)主要設(shè)備，不僅為電能的計(jì)量提供參數(shù)，而且是為繼電保護(hù)提供動(dòng)作的依據(jù)。隨著國(guó)家智能電網(wǎng)和特高壓電網(wǎng)的發(fā)展，傳統(tǒng)電磁式電流互感器逐漸暴露出其致命缺陷，例如高電壓等級(jí)時(shí)絕緣極為困難、更高電壓下易磁飽和導(dǎo)致測(cè)量精度下降等。相比之下，光纖電流互感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、絕緣可靠、測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和體積小巧等諸多優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前研宄熱點(diǎn)。作為光纖電流互感器的核心部件，其檢測(cè)和控制電路對(duì)電流檢測(cè)精度和范圍具有非常重要的影響。
[0003]目前檢測(cè)和控制電路實(shí)現(xiàn)主要有兩種方案，一種是以數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)為核心，由于DSP的速度越來(lái)越快，使得DSP成為很多數(shù)據(jù)處理和信號(hào)檢測(cè)方案的首選，但在時(shí)序控制方面是其瓶頸，由于時(shí)序控制精度和速度直接影響光纖電流互感器的檢測(cè)精度，所以該方案控制精度提高有限；另一種是以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)和DSP為核心器件，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，利用FPGA來(lái)完成系統(tǒng)時(shí)序控制，DSP實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法，雖然可以獲得非常高的控制精度，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，可靠性下降。
[0004]同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中，光電轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)普遍比較復(fù)雜，電路的功耗較大。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種結(jié)合低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的光纖控制電路，基于單片F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)輸出以及與計(jì)算機(jī)通信等控制，完成了對(duì)光纖電流互感器傳感頭輸出信號(hào)的檢測(cè)以及閉環(huán)控制；該控制電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、閉環(huán)控制速度快、控制精度高等特點(diǎn)，為研制滿足電力電網(wǎng)測(cè)試需求的全光纖電流互感器奠定了基礎(chǔ)。
[0006]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種結(jié)合低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的光纖控制電路，包括光纖傳感頭、光學(xué)相位調(diào)制器、光電轉(zhuǎn)換電路、放大濾波器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、模擬驅(qū)動(dòng)電路、D/A轉(zhuǎn)換模塊、計(jì)算機(jī)；
[0008]其中光纖傳感頭、光學(xué)相位調(diào)制器、光電轉(zhuǎn)換電路、放大濾波器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、計(jì)算機(jī)依次相連，所述光學(xué)相位調(diào)制器通過(guò)依次相連的模擬驅(qū)動(dòng)電路、D/A轉(zhuǎn)換模塊與控制模塊相連。
[0009]所述光電轉(zhuǎn)換電路包括電流源、比較器、電阻和可調(diào)電阻，所述電流源的正極分別和比較器的正輸入端、電阻的一端相連，電流源的負(fù)極分別和比較器的負(fù)輸入端、可調(diào)電阻的一端相連，電阻的另一端分別和可調(diào)電阻的另一端、比較器的輸出端相連接，作為光電轉(zhuǎn)換電路的輸出端，比較器的上拉端接5V電源，比較器的接地端接地。
[0010]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述控制模塊內(nèi)部設(shè)有A/D接口控制模塊、D/A接口控制模塊；所述A/D接口控制模塊、D/A接口控制模塊分別連接A/D轉(zhuǎn)換模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊。
[0011]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的芯片型號(hào)為AD9248。
[0012]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述放大濾波器包括放大電路和濾波電路，放大電路采用的芯片為差分運(yùn)放芯片AD8130。
[0013]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊采用的芯片型號(hào)為AD9726。
[0014]本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:本實(shí)用新型基于單片F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)輸出以及與計(jì)算機(jī)通信等控制，完成了對(duì)光纖電流互感器傳感頭輸出信號(hào)的檢測(cè)以及閉環(huán)控制；該控制電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、閉環(huán)控制速度快、控制精度高等特點(diǎn)，為研制滿足電力電網(wǎng)測(cè)試需求的全光纖電流互感器奠定了基礎(chǔ)；基于該控制電路研制的全光纖電流互感器樣機(jī)，經(jīng)測(cè)試，其額定一次電流100 A?4000 A范圍內(nèi)均實(shí)現(xiàn)了 0.2 S級(jí)測(cè)量準(zhǔn)確度，初步滿足電力電網(wǎng)對(duì)電流互感器測(cè)量準(zhǔn)確度的要求。

【附圖說(shuō)明】

[0015]圖1是本實(shí)用新型的模塊連接示意圖。
[0016]圖2是本實(shí)用新型中低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的電路圖，
[0017]其中:1s為電流源，U為比較器，R為電阻，Rf為可調(diào)電阻。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0019]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，本實(shí)用新型中涉及到的相關(guān)模塊及其實(shí)現(xiàn)的功能是在改進(jìn)后的硬件及其構(gòu)成的裝置、器件或系統(tǒng)上搭載現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的計(jì)算機(jī)軟件程序或有關(guān)協(xié)議就可實(shí)現(xiàn)，并非是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的計(jì)算機(jī)軟件程序或有關(guān)協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)。例如，改進(jìn)后的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)依然可以通過(guò)裝載現(xiàn)有的軟件操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)該硬件系統(tǒng)的特定功能。因此，可以理解的是，本實(shí)用新型的創(chuàng)新之處在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中硬件模塊的改進(jìn)及其連接組合關(guān)系，而非僅僅是對(duì)硬件模塊中為實(shí)現(xiàn)有關(guān)功能而搭載的軟件或協(xié)議的改進(jìn)。
[0020]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，本實(shí)用新型中提到的相關(guān)模塊是用于執(zhí)行本申請(qǐng)中所述操作、方法、流程中的步驟、措施、方案中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的硬件設(shè)備。所述硬件設(shè)備可以為所需的目的而專門設(shè)計(jì)和制造，或者也可以采用通用計(jì)算機(jī)中的已知設(shè)備或已知的其他硬件設(shè)備。所述通用計(jì)算機(jī)有存儲(chǔ)在其內(nèi)的程序選擇性地激活或重構(gòu)。
[0021]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本實(shí)用新型的說(shuō)明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無(wú)線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。
[0022]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
[0024]本實(shí)用新型的模塊連接示意圖如圖1所示，一種結(jié)合低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的光纖控制電路，包括光纖傳感頭、光學(xué)相位調(diào)制器、光電轉(zhuǎn)換電路、放大濾波器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、模擬驅(qū)動(dòng)電路、D/A轉(zhuǎn)換模塊、計(jì)算機(jī)；
[0025]其中光纖傳感頭、光學(xué)相位調(diào)制器、光電轉(zhuǎn)換電路、放大濾波器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、計(jì)算機(jī)依次相連，所述光學(xué)相位調(diào)制器通過(guò)依次相連的模擬驅(qū)動(dòng)電路、D/A轉(zhuǎn)換模塊與控制模塊相連。
[0026]本實(shí)用新型中低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的電路圖如圖2所示，所述光電轉(zhuǎn)換電路包括電流源、比較器、電阻和可調(diào)電阻，所述電流源的正極分別和比較器的正輸入端、電阻的一端相連，電流源的負(fù)極分別和比較器的負(fù)輸入端、可調(diào)電阻的一端相連，電阻的另一端分別和可調(diào)電阻的另一端、比較器的輸出端相連接，作為光電轉(zhuǎn)換電路的輸出端，比較器的上拉端接5V電源，比較器的接地端接地。
[0027]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的芯片型號(hào)為AD9248。
[0028]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述放大濾波器包括放大電路和濾波電路，放大電路采用的芯片為差分運(yùn)放芯片AD8130。
[0029]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊采用的芯片型號(hào)為AD9726。
[0030]由于光纖傳感頭輸出信號(hào)比較弱，而且含有較高頻率的噪聲信息，需要對(duì)其進(jìn)行放大和濾波處理后才能進(jìn)行后續(xù)的A/D轉(zhuǎn)換量化為數(shù)字信號(hào)。因此放大濾波器對(duì)有用信號(hào)的放大和對(duì)噪聲抑制能力會(huì)影響后續(xù)測(cè)量精度。放大電路采用差分運(yùn)放AD8130，該芯片具有非常高的共模抑制比，特別適用于微弱信號(hào)放大中需要低噪聲、低諧波失真和高共模抑制比的應(yīng)用中。光纖傳感頭輸出的交流有效方波信號(hào)頻率為200 kHz左右，為保證該方波信號(hào)無(wú)失真通過(guò)后端濾波電路，濾波電路的高頻截止頻率必須以不損失20倍的方波基頻信號(hào)的諧波設(shè)計(jì)，同時(shí)為避免高頻噪聲進(jìn)入后端采樣量化模塊，高頻截止帶寬不能太寬，本實(shí)用新型中采用4 MHz帶寬的型濾波器實(shí)現(xiàn)前端濾波。
[0031]為保證0.2S級(jí)測(cè)量準(zhǔn)確度，A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)需要達(dá)到10位以上。此外，為保證對(duì)200 kHz方波信號(hào)每個(gè)周期高低電平采樣次數(shù)，從而可以通過(guò)累加求平均來(lái)提高采樣精度，需要在每個(gè)周期內(nèi)方波高低電平分別進(jìn)行20次以上采樣后求平均，這就要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣率大于8 MS/s。設(shè)計(jì)中保留一定余量采用量化位數(shù)14位、采樣率20 MS/s的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9248。
[0032]D/A轉(zhuǎn)換模塊把200 kHz的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)光學(xué)相位調(diào)制器和模擬驅(qū)動(dòng)電路，從而在光纖傳感環(huán)中產(chǎn)生一個(gè)附加的反饋相移，抵消掉本次閉環(huán)控制周期內(nèi)檢測(cè)到的相位差。D/A轉(zhuǎn)換模塊的增益誤差和輸出線性度決定了輸出模擬信號(hào)的誤差和線性度，而模擬信號(hào)的誤差和線性度施加在相位調(diào)制器上后或直接影響反饋相位的控制誤差，因此需選擇增益誤差和輸出線性度小的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換模塊的分辨率直接決定相位控制的最小分辨精度，其分辨率最好大于A/D轉(zhuǎn)換模塊的分辨率。設(shè)計(jì)中采用16位的高速D/A芯片AD9726實(shí)現(xiàn)該模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。
[0033]本實(shí)用新型基于單片F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)輸出以及與計(jì)算機(jī)通信等控制，完成了對(duì)光纖電流互感器傳感頭輸出信號(hào)的檢測(cè)以及閉環(huán)控制；該控制電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、閉環(huán)控制速度快、控制精度高等特點(diǎn)，為研制滿足電力電網(wǎng)測(cè)試需求的全光纖電流互感器奠定了基礎(chǔ)；基于該控制電路研制的全光纖電流互感器樣機(jī)，經(jīng)測(cè)試，其額定一次電流100 A?4000 A范圍內(nèi)均實(shí)現(xiàn)了 0.2 S級(jí)測(cè)量準(zhǔn)確度，初步滿足電力電網(wǎng)對(duì)電流互感器測(cè)量準(zhǔn)確度的要求。
[0034]上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下做出各種變化。以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)，在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單的修改、等同替換與改進(jìn)等，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種結(jié)合低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的光纖控制電路，其特征在于:包括光纖傳感頭、光學(xué)相位調(diào)制器、光電轉(zhuǎn)換電路、放大濾波器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、模擬驅(qū)動(dòng)電路、D/A轉(zhuǎn)換模塊、計(jì)算機(jī)； 其中，光纖傳感頭、光學(xué)相位調(diào)制器、光電轉(zhuǎn)換電路、放大濾波器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、計(jì)算機(jī)依次相連，所述光學(xué)相位調(diào)制器通過(guò)依次相連的模擬驅(qū)動(dòng)電路、D/A轉(zhuǎn)換模塊與控制模塊相連； 其中，所述光電轉(zhuǎn)換電路包括電流源、比較器、電阻和可調(diào)電阻，所述電流源的正極分別和比較器的正輸入端、電阻的一端相連，電流源的負(fù)極分別和比較器的負(fù)輸入端、可調(diào)電阻的一端相連，電阻的另一端分別和可調(diào)電阻的另一端、比較器的輸出端相連接，作為光電轉(zhuǎn)換電路的輸出端，比較器的上拉端接5V電源，比較器的接地端接地。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的光纖控制電路，其特征在于:所述控制模塊內(nèi)部設(shè)有A/D接口控制模塊、D/A接口控制模塊；所述A/D接口控制模塊、D/A接口控制模塊分別連接A/D轉(zhuǎn)換模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的光纖控制電路，其特征在于:所述A/D轉(zhuǎn)換電路的芯片型號(hào)為AD9248。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的光纖控制電路，其特征在于:所述放大濾波器包括放大電路和濾波電路，放大電路采用的芯片為差分運(yùn)放芯片AD8130。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合低功耗光電轉(zhuǎn)換電路的光纖控制電路，其特征在于:所述D/A轉(zhuǎn)換模塊采用的芯片型號(hào)為AD9726。
【文檔編號(hào)】G01R15-24GK204287286SQ201420651825
【發(fā)明者】湯燁, 邵彥婷 [申請(qǐng)人]金陵科技學(xué)院