一種具有高效濾波功能的光電耦合裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有高效濾波功能的光電耦合裝置，包括依次連接的發(fā)射源電路、接收二極管、光電轉換電路及邏輯控制電路，所述發(fā)射源電路包括第一濾波器及發(fā)光二極管，所述第一濾波器與發(fā)光二極管連接，所述光電轉換電路包括依次連接的運算放大器、遲滯比較器、施密特觸發(fā)器及第二濾波器。本發(fā)明徹底消除了電信號源的電磁騷擾對電能表檢定裝置的采樣騷擾，確保了從采樣電信號的源頭到終端干凈的實時誤差采樣數據。
【專利說明】
一種具有高效濾波功能的光電耦合裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及計量測試技術領域，具體涉及一種具有高效濾波功能的光電耦合裝置。
【背景技術】
[0002]電能表型式評價需要進行電磁兼容與環(huán)境可靠性試驗(如高低溫、交變濕熱等)試驗(下稱:環(huán)境適應性試驗)，即在環(huán)境適應性試驗下使用電能表檢定裝置對電能表進行試驗，以測量被測電能表的誤差變化量是否符合相關標準。試驗時，一方面，電能表檢定裝置向被測電能表提供電壓、電流及脈沖常數等參數，并與光電耦合裝置相連接;另一方面，電磁干擾信號發(fā)生器向被測電能表施加耦合電磁干擾信號;光電耦合裝置接收電能表發(fā)出的光脈沖信號，并轉換成TTL電脈沖信號供電能表檢定裝置進行誤差計算，以此確定被測電能表是否符合相關標準或規(guī)程。
[0003]隨著無線通信技術的飛速發(fā)展及業(yè)務需求的多樣化，電能表等產品的計量測試標準、檢定規(guī)程及規(guī)范也在不斷變化，為此，國際法制計量組織(OIML) IR46電能表國際建議:射頻電磁場輻射抗擾試驗頻段(80MHz?6000MHz)試驗，直接從目前的試驗頻段(80MHz?2000MHz)提高到試驗頻段(80MHz?6000MHz)，以確保第五代移動通信電磁環(huán)境下的電能表工作性能穩(wěn)定安全。因此，如何提升電能表計量測試設備承受高強度、寬頻段的電磁環(huán)境干擾能力，提高被測電能表抗電磁干擾能力是亟待研究的課題。
[0004]現在，電能表的計量測試主要通過光電耦合裝置來實現光電信號隔離來降低電磁干擾，并同時將電信號(數字信號)傳輸進入電能表檢定裝置，通過計算電能表的瞬時(即時)誤差ei與該表初始誤差eo之差來判斷其是否符合檢定規(guī)程《JJF 1245.1-2010安裝式電能表型式評價大綱通用要求》。其優(yōu)點為:光電隔離信號在較弱的電磁干擾環(huán)境下，準確度高，誤碼率小;其缺點為:常規(guī)的光電耦合裝置在射頻電磁場輻射抗干擾度試驗、電快速脈沖群抗擾度試驗經受不住強電磁環(huán)境干擾，經常發(fā)生報警現象，特別是在傳導騷擾抗擾度試驗，光電耦合裝置難以抗得住其加載在電能表傳輸線表面的高強度電磁騷擾(100V/m)，這些問題使得計量測試工程師不得不思考其實際應用價值。
[0005]為解決以上問題，發(fā)明專利申請?zhí)朇N201110103648.8提出:采用導光介質(如光導管)將電能表的光脈沖信號傳輸，實現光傳輸，避免電磁環(huán)境騷擾，其優(yōu)點為:能抗高強度的電磁騷擾;缺點為不便移動。或如《中國計量》2015年第6期《電能表傳導抗擾試驗檢定系統(tǒng)方案的改進研究》提出:采用全光模塊能有效避免電磁騷擾，但全光模塊的成本高，難以與現有設備集成，且都不便移動用于其它試驗。
[0006]或者，為遠離高強度射頻電磁輻射干擾，采用一定長度的屏蔽脈沖線直連到電能表檢定裝置，但對于沿脈沖線傳導的電磁場干擾絲毫沒有作用，經常遇到光電耦合裝置的發(fā)射源出現頻閃，致電能表檢定裝置無法正常采樣被測電能表的誤差數據。

【發(fā)明內容】

[0007]為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發(fā)明提供一種具有高效濾波功能的光電耦合裝置。本發(fā)明應用于電能表檢定裝置上，解決現有應用于電能表檢定裝置上的光電耦合裝置無法在強電磁干擾環(huán)境下正常工作的問題。
[0008]本發(fā)明采用如下技術方案:
[0009]—種具有高效濾波功能的光電耦合裝置，包括依次連接的發(fā)射源電路1、接收二極管2、光電轉換電路3及邏輯控制電路4，所述發(fā)射源電路I包括第一濾波器及發(fā)光二極管，所述第一濾波器與發(fā)光二極管連接，所述光電轉換電路(3)包括依次連接的運算放大器、遲滯比較器、施密特觸發(fā)器及第二濾波器。
[0010]所述第一濾波器包括兩個磁珠、第一電阻R1、兩個共模扼流線圈、第一電容C11、第二電容C12、第三電容C13、第四電容C14、第五電容C15、第六電容C16及第七電容C17;所述兩個磁珠具體為第一磁珠BI及第二磁珠B2，所述兩個共模扼流線圈具體為第一共模扼流線圈SI及第二共模扼流線圈S2，第一及第二共模扼流線圈分別具有四個接線端；
[0011]具體連接如下:
[0012]所述第一磁珠BI—端與脈沖線正端串接，其另一端分別與第一電容ClI的一端、第一共模扼流線圈的第一接線端SI I連接；
[0013]所述第二磁珠B2端與脈沖線負端串接，其另一端分別與第一電容Cll的另一端、第一共模扼流線圈的第三接線端SI 3連接；
[0014]所述第一共模扼流線圈的第二接線端S12分別與第二電容C12的一端、第一電阻Rl的一端、第三電容C13的一端及第二共模扼流線圈的第一接線端S21連接；
[0015]所述第一共模扼流線圈的第四接線端S14分別與第二電容C12的另一端、第一電阻Rl的另一端、第四電容C14的另一端及第二共模扼流線圈的第三接線端S23連接；
[0016]所述第三電容C13的另一端與第四電容C14的一端分別與地連接；
[0017]所述第二共模扼流線圈的第二接線端S22分別與第五電容C15的一端及第六電容Cl 6的一端連接；
[0018]所述第二共模扼流線圈的第四接線端S24分別與第五電容C15的另一端及第七電容Cl 7的另一端連接；
[0019]所述第六電容C16的另一端與第七電容C17的一端分別與地連接。
[0020]所述第二濾波器包括第二電阻R2、兩個共模扼流線圈、第八電容C18、第九電容C19、第十電容C20、第^^一電容C21及第十二電容C22，所述兩個共模扼流線圈具體為第三共模扼流線圈S3及第四共模扼流線圈S4，
[0021]所述第三共模扼流線圈的第一接線端S31與第八電容C18的一端及脈沖線正端連接，所述第三共模扼流線圈的第三接線端S33與第八電容C18的另一端及脈沖線負端連接；
[0022]所述第三共模扼流線圈的第二接線端S32分別與第九電容C19的一端、第二電阻R2的一端、第十電容C20的一端及第四共模扼流線圈的第一接線端S41連接；
[0023]所述第三共模扼流線圈的第四接線端S34分別與第九電容C19的另一端、第二電阻R2的另一端、第i^一電容C21的一端及第四共模扼流線圈的第三接線端S43連接；
[0024]所述第十電容C20的另一端與第十一電容C21的另一端分別與地連接；
[0025]所述第十二電容C22跨接在第四共模扼流線圈的第二接線端S42及第四接線端S44之間。
[0026]所述第一電容Cll、第二電容C12及第五電容C15為差模電容，所述第三電容C13、第四電容C14、第六電容C16及第七電容C17為共模電容。
[0027]所述第八電容C18、第九電容C19及第十二電容C22為差模電容，第十電容C20及第i^一電容C21為共模電容。
[0028]本發(fā)明的有益效果:
[0029]本發(fā)明不僅從光電耦合裝置的光電轉換電路結構采用了高效濾波技術，從物理上切斷了來自脈沖線的電磁輻射騷擾通過連接線對電能表檢定裝置的騷擾路徑，還從光電耦合裝置的發(fā)射源電路對來自電能表脈沖線的電信號進行了高效濾波技術，徹底消除了電信號源的電磁騷擾對電能表檢定裝置的采樣騷擾，確保了從采樣電信號的源頭到終端干凈的實時誤差采樣數據。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的光電耦合裝置的結構圖；
[0031]圖2是圖1中第一濾波器的電路原理圖；
[0032]圖3是圖1中第二濾波器的電路原理圖；
[0033]圖4是實施例中第一濾波器的頻率插損分布圖；
[0034]圖5是實施例中第二濾波器的頻率插損分布圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0036]實施例
[0037]如圖1所示，一種具有高效濾波功能的光電耦合裝置，包括依次連接的發(fā)射源電路
1、接收二極管2、光電轉換電路3及邏輯控制電路4，所述發(fā)射源電路與電能表脈沖端子相連，發(fā)射源電路將輸入電信號V1轉換為光信號，接收二極管接收光信號后輸出電流信號給光電轉換電路，光電轉換電路與邏輯控制電路連接，邏輯控制電路輸出耦合電壓V。。
[0038]所述發(fā)射源電路I包括第一濾波器及發(fā)光二極管，所述第一濾波器與發(fā)光二極管連接，
[0039]所述光電轉換電路3包括依次連接的運算放大器、遲滯比較器、施密特觸發(fā)器及第二濾波器。
[0040]將輸入電信號￥1進行過濾，濾除噪聲電壓信號后，將干凈的電信號輸送給發(fā)光二極管，并將輸入的電信號轉換為一定波長的光信號，經由介質傳播，光信號被接收二極管接收;接收二極管將接收到的光信號轉換為接收電流I1，傳輸給運算放大器;運算放大器對接收電流進行放大;輸出給遲滯比較器對放大信號％和閾值電壓Vth進行比較輸出遲滯信號V2給施密特觸發(fā)器;施密特觸發(fā)器對遲滯信號V2進行整形，輸出觸發(fā)信號V3給第二濾波器，第二濾波器對觸發(fā)信號V3中的噪聲進行濾除后輸出檢測信號V4給邏輯控制電路;邏輯控制電路對檢測信號V4進行驅動，輸出耦合電壓V。。
[0041 ]如圖2所示，第一濾波器兩個磁珠、第一電阻Rl、兩個共模扼流線圈、第一、第二、第三、第四、第五、第六及第七電容C11-C17;所述兩個磁珠具體為第一BI及第二B2磁珠，所述兩個共模扼流線圈具體為第一及第二共模扼流線圈S1、S2，第一及第二共模扼流線圈分別具有四個接線端311、312、513、514與521、522、523、524;
[0042]具體連接如下:
[0043]所述第一磁珠BI—端與脈沖線正端串接，其另一端分別與第一電容ClI的一端、第一共模扼流線圈的第一接線端SI I連接；
[0044]所述第二磁珠B2—端與脈沖線負端串接，其另一端分別與第一電容ClI的另一端、第一共模扼流線圈的第三接線端SI 3連接；
[0045]所述第一共模扼流線圈的第二接線端S12分別與第二電容C12的一端、第一電阻Rl的一端、第三電容C13的一端、第二共模扼流線圈S2的第一接線端S21連接；
[0046]所述第一共模扼流線圈的第四接線端S14分別與第二電容C12的另一端、第一電阻Rl的另一端、第四電容C14的另一端及第二共模扼流線圈S2的第三接線端S23連接；
[0047]所述第三電容C13的另一端與第四電容C14的一端分別與地連接；
[0048]所述第二共模扼流線圈的第二接線端S22分別與第五電容C15的一端及第六電容Cl 6的一端連接；
[0049]所述第二共模扼流線圈的第四接線端S24分別與第五電容C15的另一端及第七電容Cl 7的另一端連接；
[0050]所述第六電容C16的另一端與第七電容C17的一端分別與地連接。
[0051 ] 源信號Vi通過磁珠B1、B2后吸收一部分噪聲信號，其中，差模噪聲信號先通過第一及第二電容C11、C12進行一次衰減，再通過第五電容C15進行二次衰減;共模噪聲信號先通過共模扼流線圈SI，第三及第四電容Cl3、Cl4一次衰減;再通過共模扼流線圈S2，第六Cl6及第七電容C17進行二次衰減，以此達到源噪聲抑制功能。
[0052]混合電流信號I1通過運算放大器后，輸出混合電壓信號V1通過遲滯比較器后，輸出信號V2，經施密特觸發(fā)器后，輸出信號V3，再通過第二濾波器，其中:
[0053]如圖3所示，所述第二濾波器包括第二電阻R2、兩個共模扼流線圈、第八、第九、第十、第十一及第十二電容C18-C22，所述兩個共模扼流線圈具體為第三及第四共模扼流線圈S3、S4，
[0054]所述第三共模扼流線圈S3的第一接線端S31與第八電容C18的一端連接，所述第三共模扼流線圈S3的第三接線端S33與第八電容C18的另一端連接;所述第八電容的兩端跨接在脈沖線的正負端之間。
[0055]所述第三共模扼流線圈S3的第二接線端S32分別與第九電容C19的一端、第二電阻R2的一端、第十電容C20的一端及第四共模扼流線圈S4的第一接線端S41連接；
[0056]所述第三共模扼流線圈S3的第四接線端S34分別與第九電容C19的另一端、第二電阻R2的另一端、第^^一電容C21的一端及第四共模扼流線圈S4的第三接線端S43連接；
[0057]所述第十電容C20的另一端與第十一電容C21的另一端分別與地連接；
[0058]所述第十二電容C22跨接在第四共模扼流線圈S4的第二接線端S42及第四接線端S44之間。
[0059]差模噪聲信號先通過第八及第九電容C18、C19進行一次衰減，再通過第十二電容C22進行二次衰減;共模噪聲信號先通過第三共模扼流線圈S3，第十、第^^一電容C20、C21進行一次衰減，再通過第四共模扼流線圈S4進行衰減。
[0060]如圖4及圖5所示，本發(fā)明的濾波器，具有高插損、寬頻帶、體積小、易匹配等特點，能夠有效過濾寬頻帶、高強度的共模、差模電磁噪聲，能確保實時采杰信號順利進行。
[0061]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種具有高效濾波功能的光電耦合裝置，其特征在于，包括依次連接的發(fā)射源電路(I)、接收二極管(2)、光電轉換電路(3)及邏輯控制電路(4)，所述發(fā)射源電路(I)包括第一濾波器及發(fā)光二極管，所述第一濾波器與發(fā)光二極管連接，所述光電轉換電路(3)包括依次連接的運算放大器、遲滯比較器、施密特觸發(fā)器及第二濾波器。2.根據權利要求1所述的一種具有高效濾波功能的光電耦合裝置，其特征在于，所述第一濾波器包括兩個磁珠、第一電阻(Rl)、兩個共模扼流線圈、第一電容(ClI)、第二電容(C12)、第三電容(C13)、第四電容(C14)、第五電容(C15)、第六電容(C16)及第七電容(C17);所述兩個磁珠具體為第一磁珠(BI)及第二磁珠(B2)，所述兩個共模扼流線圈具體為第一共模扼流線圈(SI)及第二共模扼流線圈(S2)，第一及第二共模扼流線圈分別具有四個接線端； 具體連接如下: 所述第一磁珠(BI) —端與脈沖線正端串接，其另一端分別與第一電容(Cll)的一端、第一共模扼流線圈的第一接線端(SI I)連接； 所述第二磁珠(B2) —端與脈沖線負端串接，其另一端分別與第一電容(CU)的另一端、第一共模扼流線圈的第三接線端(S13)連接； 所述第一共模扼流線圈的第二接線端(S12)分別與第二電容(C12)的一端、第一電阻(Rl)的一端、第三電容(Cl 3)的一端及第二共模扼流線圈的第一接線端(S21)連接； 所述第一共模扼流線圈的第四接線端(S14)分別與第二電容(C12)的另一端、第一電阻(Rl)的另一端、第四電容(C14)的另一端及第二共模扼流線圈的第三接線端(S23)連接；所述第三電容(C13)的另一端與第四電容(C14)的一端分別與地連接； 所述第二共模扼流線圈的第二接線端(S22)分別與第五電容(C15)的一端及第六電容(C16)的一端連接； 所述第二共模扼流線圈的第四接線端(S24)分別與第五電容(C15)的另一端及第七電容(C17)的另一端連接； 所述第六電容(C16)的另一端與第七電容(C17)的一端分別與地連接。3.根據權利要求1所述的一種具有高效濾波功能的光電耦合裝置，其特征在于，所述第二濾波器包括第二電阻(R2)、兩個共模扼流線圈、第八電容(C18)、第九電容(C19)、第十電容(C20)、第^^一電容(C21)及第十二電容(C22)，所述兩個共模扼流線圈具體為第三共模扼流線圈(S3)及第四共模扼流線圈(S4); 所述第三共模扼流線圈的第一接線端(S31)與第八電容(C18)的一端及脈沖線正端連接，所述第三共模扼流線圈的第三接線端(S33)與第八電容的(C18)的另一端及脈沖線負端連接； 所述第三共模扼流線圈的第二接線端(S32)分別與第九電容(C19)的一端、第二電阻(R2)的一端、第十電容(C20)的一端及第四共模扼流線圈的第一接線端(S41)連接； 所述第三共模扼流線圈的第四接線端(S34)分別與第九電容(C19)的另一端、第二電阻(R2)的另一端、第i^一電容(C21)的一端及第四共模扼流線圈的第三接線端(S43)連接；所述第十電容(C20)的另一端與第十一電容C21)的另一端分別與地連接； 所述第十二電容(C22)跨接在第四共模扼流線圈的第二接線端(S42)及第四接線端(S44)之間。4.根據權利要求2所述的光電耦合裝置，其特征在于，所述第一電容(CU)、第二電容(C12)及第五電容(C15)為差模電容，所述第三電容(C13)、第四電容(C14)、第六電容(C16)及第七電容(C17)為共模電容。5.根據權利要求3所述的光電耦合裝置，其特征在于，所述第八電容(C18)、第九電容(C19)及第十二電容(C22)為差模電容，第十電容(C20)及第^^一電容(C21)為共模電容。
【文檔編號】G01R35/04GK106019201SQ201610293832
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】史信榮, 黃振江, 鄭培亮, 柯進
【申請人】廣東省計量科學研究院