CN100573164C - 光电式电功率测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光电式电功率测量装置，其包括依次连接的电光转换装置，耦合器以及光电转换装置，所述的电光转换装置接收被测的电压信号与电流信号，所述的电光转换装置将电功率信号转换为光功率信号，并通过耦合器传递给光电转换装置，所述的光电转换装置，将接收的光功率信号转换为电压信号，得到被测电压信号对应的电功率值。本发明的光电式电功率测量装置克服了现有技术中只能测量交流电的电功率，可以对交流和直流电进行测量功率，而且通过电信号与光信号的转换，实现了弱电和强电的隔离，使得测量更为安全，同时避免了传统的复杂的运算，整个测量电路更为简洁高效，通过选用光纤等的光电器件，使光信号能远程传输，实现电功率的远程监测。

Description

光电式电功率测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种电功率测量装置，特别是一种光电式电功率测量装置及方法。
背景技术
传统的电功率测量仪表，如电磁感应式电度表，将电功率转化为机械转速，通过齿轮码盘累计电能量，其结构复杂，体积大，精度低，功耗高。近年来，人们开始将微电子技术的用于电功率的检测。现有技术大多通过电流检测模块、电压检测模块和乘法器模块实现电功率的计算和测量。其中乘法器分模拟乘法器与数字乘法器两类，如发明专利申请号92113287.5和97103508.3的采用模拟乘法器，还有发明专利申请号200410100321.5，200610071041.5所采用的是数字方法实现乘法器功能。根据乘法器计算电功率的原理，要得到准确的测量值，电流检测量和电压检测量之间的相位关系不得失真严重。由于这两个检测量来自独立的两套信号调理电路通道，要保持其相位移动为零几乎不可能。所以，为保证电功率的测量精度，在模拟乘法器方案中，需要相位修正电路；而对数字乘法器方案，则需要软件相位修正和带采样保持功能的高速模数转换A/D器件。以上技术都要求具备两套独立的信号取样、信号放大、滤波处理及相位修正等电路分别实现电流和电压的同步检测。因此，现有的电功率测量技术存在着系统复杂，技术难度高，对器件要求高，成本偏高的缺点。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种光电式电功率测量方法。
本发明为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种应用上述方法的光电式电功率测量装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光电式电功率测量方法，其包括以下步骤：
步骤1：采集被测的电压信号和电流信号并进行信号处理；
步骤2：将处理后的信号输入电光转换装置，将被测的电功率信号转换为光功率信号；
步骤3：将光功率信号输入至光电转换装置，将光功率信号转换为电压信号；
步骤4：通过A/D转换器将电压信号转换为对应的电功率值并通过功率显示单元进行显示。
本发明解决进一步技术问题的方案是：步骤1中所述的信号处理包括对电压信号进行分压和整流，对电流信号进行分流和整流。
本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的电光转换装置与光电转换装置之间包括一耦合器。
本发明解决进一步技术问题的方案是：提供一种光电式电功率测量装置，其包括依次连接的电光转换装置，耦合器以及光电转换装置，所述的电光转换装置接收被测的电压信号与电流信号，所述的电光转换装置将电功率信号转换为光功率信号，并通过耦合器传递给光电转换装置，所述的光电转换装置将接收的光功率信号转换为电压信号，得到被测电压信号对应的电功率值。
本发明解决进一步技术问题的方案是：其包括分压电路，整流电路，分流电路，整流电路，A/D转换电路以及功率显示单元，所述的A/D转换电路分别与光电转换装置及功率显示单元相连。
本发明解决进一步技术问题的方案是：该分压电路用于接收被测的电压信号，该分压电路与整流电路相连，该整流电路连接至电光转换装置，分流电路用于接收被测的电流信号，该分流电路与整流电路相连，该整流电路连接至电光转换装置，该分压电路可以由分压电阻或变压器实现，该分流电路可以由分流电阻器或互感器实现。
本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的电光转换装置包括驱动模块和发光元件，该驱动模块包括一NPN型三极管，该三极管的基极接收整流后的电流信号，三极管的集电极连接发光元件，其集电极工作电压由整流后的电压信号提供，该三极管在电流信号和电压信号的共同驱动作用下，发光元件产生光功率信号，并通过耦合器传递给光电转换装置。
本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的光电转换装置包括依次连接的光检测单元PD，I/V转换单元以及放大滤波器，所述的光检测单元PD用于接收光功率信号并转换成电流信号，该I/V转换单元将电流信号转换为电压信号，该电压信号经过放大滤波器处理后传输至A/D转换电路。
本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的耦合器、发光元件和光检测单元PD分别由光纤、带尾纤的激光二极管LD和带尾纤的光检测单元PD实现，在此情形下，LD的光功率信号通过尾纤和光纤远程传递给PD，实现电功率的远程监测。
本发明解决进一步技术问题的方案是：提供一种光电式电功率测量装置，其包括依次连接的电光转换装置以及光电转换装置，所述的电光转换装置接收被测的电压信号与电流信号，所述的电光转换装置将电功率信号转换为光功率信号，所述的光电转换装置将接收的光功率信号转换为电压信号，该电光转换装置包括依次连接的驱动模块及发光元件，该光电转换装置包括光检测单元PD，所述的发光元件和光检测单元PD由一内部带PD的激光二极管LD实现，在此情形下，LD与PD集成在一个器件内。
相较于现有技术，本发明的光电式电功率测量装置以及方法克服了现有技术中只能测量交流电的电功率，可以对交流和直流电进行测量功率，而且通过电信号与光功率信号的转换，实现了弱电和强电的隔离，使得测量更为安全，同时避免了传统的复杂的运算，整个电路更为简洁高效，还可以通过选用光纤等适当的光电器件，使光功率信号能远程传输，从而，实现电功率的远程监测，以满足更多应用场合的需要。
附图说明
图1是本发明的光电式电功率测量装置的结构示意图。
图2是本发明的光电式电功率测量装置的电光转换装置的结构示意图。
图3是本发明的光电式电功率测量装置的光电转换装置的结构示意图。
图4是本发明的光电式电功率测量装置的电路示意图。
具体实施方式
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
本发明提供一种光电式电功率测量方法，其包括以下步骤：
步骤1：采集被测的电压信号和电流信号并进行信号处理；
步骤2：将处理后的信号输入电光转换装置，将被测的电功率信号转换为光功率信号；
步骤3：将光功率信号输入至光电转换装置，将光功率信号转换为电压信号；
步骤4：通过A/D转换器将电压信号转换为对应的电功率值并通过功率显示单元进行显示。
其中步骤1中所述的信号处理包括对电压信号进行分压和整流，对电流信号进行分流和整流。
所述的电光转换装置与光电转换装置之间包括一耦合器。
请参阅图1，本发明的光电式电功率测量装置包括分压电路11，整压电路12，分流电路21，整流电路22，电光转换装置31，耦合器32，光电转换装置33，A/D转换电路34以及功率显示单元35。所述的分压电路11用于接收被测的电压信号，分流电路21用于接收被测的电流信号。该分压电路11与整压电路12相连，该整压电路12连接至电光转换装置31。该分流电路21与整流电路22相连，该整流电路22连接至电光转换装置31。
上述的分压电路11可以由分压电阻或变压器实现；上述的分流电路21可以由分流电阻器或互感器实现，可以满足交流电和直流电功率测量的需要。
所述的电光转换装置31通过耦合器32与光电转换装置33相连。所述的光电转换装置33的信号经过A/D转换电路34处理后在功率显示单元35上显示出相应的电功率值。所述的电光转换装置31将电信号转换为光功率信号，光电转换装置33将光功率信号转换为电信号。
请参阅图2，所述的电光转换装置包括驱动模块311和发光元件312，该驱动模决由一NPN型三极管实现。该三极管的基极接收整流后的电流信号，三极管的集电极连接发光元件312，其集电极工作电压由整流后的电压信号提供，该三极管在电流信号和电压信号的共同驱动作用下，发光元件312产生光功率信号，并通过耦合器32传递给光电转换装置33。该发光元件312可以由普通发光二极管或激光二极管LD实现。
请参阅图3，所述的光电转换装置33包括依次连接的光检测单元(PD)331，I/V转换单元332以及放大滤波器333。所述的光检测单元(PD)331用于接收光功率信号并转换成电流信号，该I/V转换单元332将电流信号转换为电压信号，该电压信号经过放大滤波器333处理后传输至A/D转换电路34。
其中所述的发光元件312和光检测单元(PD)331可以由一内部带PD的激光二极管LD实现。在此情形下，(LD)312与(PD)331集成在一个器件内，因此，所述的耦合器32可以免去，这种实现方式可以使得体积更小，生产也方便。
当然，上述的发光元件312与光检测单元(PD)331也可以用互相独立的器件实现，即发光元件312与(PD)331分开设置，这种实现方式可以使装置器件成本更低廉。
上述的耦合器32、发光元件312和光检测单元331还可以分别由光纤、带尾纤的激光二极管LD和带尾纤的光检测单元PD实现，在此情形下，LD的光功率信号通过尾纤和光纤远程传递给PD，从而实现电功率的远程监测。
本发明的光电式电功率测量装置的电路示意图如图4所示。
本发明的光电式电功率测量装置以及方法克服了现有技术中只能测量交流电的电功率，可以对交流和直流电进行测量功率，而且通过电信号与光功率信号的转换，实现了弱电和强电的隔离，使得测量更为安全，同时避免了传统的复杂的运算，整个电路更为简洁高效，还可以通过选用光纤等适当的光电器件，使光功率信号能远程传输，从而，实现电功率的远程监测，以满足更多应用场合的需要。

Claims (7)

1.一种光电式电功率测量方法，其包括以下步骤：
步骤1：采集被测的电压信号和电流信号并进行信号处理；
步骤2：将处理后的信号输入电光转换装置，将被测的电功率信号转换为光功率信号，所述的电光转换装置包括驱动模块和发光元件，该驱动模块包括一NPN型三极管，该三极管的基极接收整流后的电流信号，三极管的集电极连接发光元件，其集电极工作电压由整流后的电压信号提供，该三极管在电流信号和电压信号的共同驱动作用下，发光元件产生光功率信号，并通过耦合器传递给光电转换装置；
步骤3：将光功率信号输入至光电转换装置，将光功率信号转换为电压信号，所述的光电转换装置包括依次连接的光检测单元PD，I/V转换单元以及放大滤波器，所述的光检测单元PD用于接收光功率信号并转换成电流信号，该I/V转换单元将电流信号转换为电压信号，该电压信号经过放大滤波器处理后传输至A/D转换电路；
步骤4：通过A/D转换器将电压信号转换为对应的电功率值并通过功率显示单元进行显示。
2.根据权利要求1所述的光电式电功率测量方法，其特征在于：步骤1中所述的信号处理包括对电压信号进行分压和整流，对电流信号进行分流和整流。
3.根据权利要求1所述的光电式电功率测量方法，其特征在于：所述的电光转换装置与光电转换装置之间包括一耦合器。
4.一种光电式电功率测量装置，其特征在于：其包括依次连接的电光转换装置，耦合器以及光电转换装置，所述的电光转换装置接收被测的电压信号与电流信号，所述的电光转换装置将电功率信号转换为光功率信号，并通过耦合器传递给光电转换装置，所述的光电转换装置将接收的光功率信号转换为电压信号，得到被测电压信号对应的电功率值，所述的光电转换装置包括依次连接的光检测单元PD，I/V转换单元以及放大滤波器，所述的光检测单元PD用于接收光功率信号并转换成电流信号，该I/V转换单元将电流信号转换为电压信号，该电压信号经过放大滤波器处理后传输至A/D转换电路，所述的电光转换装置包括驱动模块和发光元件，该驱动模块包括一NPN型三极管，该三极管的基极接收整流后的电流信号，三极管的集电极连接发光元件，其集电极工作电压由整流后的电压信号提供，该三极管在电流信号和电压信号的共同驱动作用下，发光元件产生光功率信号，并通过耦合器传递给光电转换装置。
5.根据权利要求4所述的光电式电功率测量装置，其特征在于：其包括分压电路，整流电路，分流电路，整流电路，A/D转换电路以及功率显示单元，所述的A/D转换电路分别与光电转换装置及功率显示单元相连。
6.根据权利要求5所述的光电式电功率测量装置，其特征在于：该分压电路用于接收被测的电压信号，该分压电路与整流电路相连，该整流电路连接至电光转换装置，分流电路用于接收被测的电流信号，该分流电路与整流电路相连，该整流电路连接至电光转换装置，该分压电路可以由分压电阻或变压器实现，该分流电路可以由分流电阻器或互感器实现。
7.根据权利要求4所述的光电式电功率测量装置，其特征在于：所述的耦合器、发光元件和光检测单元PD分别由光纤、带尾纤的激光二极管LD和带尾纤的光检测单元PD实现，在此情形下，LD的光功率信号通过尾纤和光纤远程传递给PD，实现电功率的远程监测。
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