CN102759369A - 用于光学电流互感器的一次电流信号模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于基于法拉第磁光效应的光学电流互感器的一次电流信号模拟器，所述光学电流互感器包含光源、起偏器、磁光材料的偏转器、检偏器以及光电转换模块、电信号放大和处理模块、模拟/数字转换模块、MCU运算和处理模块，所述光源是调制光源，替代所述法拉第磁光效应的光学电流互感器中的恒定功率光源，使得在所述磁光材料的偏转器没有处于磁场中的时候，所述检偏器输出的光功率变化和所述磁光材料的偏转器处于磁场中的时候输出的光功率变化相同。
Description
技术领域
本发明涉及智能电网，特别涉及一种用于智能电网中的基于法拉第磁光效应的光学电流互感器以及用于该光学电流互感器的一次电流信号模拟器。
背景技术
近年来，资源环境问题已经成为世界各国共同关注的焦点，智能电网在这种形势下逐渐成为现代电网发展的新趋势和新潮流。而在智能电网中，电流互感器和电压互感器担负着将电网电流和电压状态转换成其他电力智能化设备能够处理的信号的任务，是测量和保护及其他智能装置的基础，在新型电流互感器的研制中，基于法拉第磁光效应的光学电流互感器是其中一个重要的方向。
如图1所示，法拉第磁光效应是指：一束线偏振光在磁场作用下通过磁光材料时它的偏振面将发生旋转，旋转角θ正比于磁场沿着偏振光通过材料路径的线积分。
在现有技术中，基于法拉第磁光效应的光学电流互感器的基本原理如图2所示，包含光源、起偏器、磁光材料的偏转器，检偏器以及光电转换、电信号放大和处理、A/D转换、MCU运算和处理这些模块。光源产生恒定功率的光，光经过起偏器以后，变成了线偏振光，线偏振光经过置于磁场中的磁光材料以后，偏振角度将发生偏转，在固定的机械结构和安装条件下，偏转的角度和所处的磁场的磁场强度成正比，也即和所要测量的电流成正比。经过偏转的偏振光经过检偏器以后，光的强度将发生变化，光的强度和所测的一次电流有可以计算的关系，经过光电转换以后，变成了电信号；电信号经过放大和处理、A/D转换、MCU的运算和处理，最终得到了一次电流的电流值。
在现有技术中，基于该原理的光学电流互感器，直接测量一次电流，但是在一般电力系统中，一次电流都比较大，从几百安到上万安，这给光学电流互感器研发过程造成了极大的困难。
由于电力系统的一次电流很大，因此在光学电流互感器硬件开发的时候，需要一种能够替代一次电流发生装置的方法和装置，该方法和装置对光学电流互感器的硬件开发能够带来极大的便利性，具有很大的意义。
发明内容
本发明是鉴于上述课题提出的，其目的在于提供一种用于基于法拉第磁光效应的光学电流互感器的一次电流信号模拟器，其能够对一次电流对光信号的影响予以模拟。
本发明的另一目的在于提供一种调制光源系统，用于基于法拉第磁光效应的光学电流互感器的模拟设计。
本发明的又一目的在于提供一种通过使用上述本发明的一次电流信号模拟器而模拟设计制造的用于智能电网中的基于法拉第磁光效应的光学电流互感器。
根据本发明的一种用于光学电流互感器的一次电流信号模拟器，所述光学电流互感器是基于法拉第磁光效应的光学电流互感器，其包含光源、起偏器、磁光材料的偏转器、检偏器以及光电转换模块、电信号放大和处理模块、模拟/数字转换模块、MCU运算和处理模块，特征在于，所述光源是调制光源，替代所述法拉第磁光效应的光学电流互感器中的恒定功率光源，使得在所述磁光材料的偏转器没有处于磁场中的时候，所述检偏器输出的光功率变化和所述磁光材料的偏转器处于磁场中的时候输出的光功率变化相同。
根据本发明的一次电流信号模拟器，优选地，所述调制光源是调制光源系统，所述调制光源系统包括：电源，用于供给所述调制光源系统各个部分需要的工作电源；键盘，用于设置对基于法拉第磁光效应的光学电流互感器进行设计时所需要的各种工作参数，所述各种工作参数包括光源调制交流分量大小、直流分量大小、不同输出通道之间的相位关系；显示器，用于显示目前系统的工作参数；光源调制部，具有光源，输出光功率被调制的光；以及微控制单元，用于根据所述键盘所设置的各种工作参数和键盘命令，对所述光源调制部的光源的光功率进行调制。
根据本发明的一次电流信号模拟器，优选地，所述光源调制部还具有：数字/模拟转换器，其将来自所述微控制单元的控制信号由数字信号转为模拟信号；调制信号合成电路，其将被转换为模拟信号的控制信号的交流部分和直流部分进行合成，得到调制控制信号；以及电光转换部，其根据所述调制控制信号，输出光强度经过调制的光信号，并且光信号输出设定为3个通道，用于模拟电力系统常用的三相电源。
根据本发明的一种用于智能电网中的基于法拉第磁光效应的光学电流互感器，其特征在于，所述光学电流互感器是通过使用上述本发明的一次电流信号模拟器而模拟设计制造的。
根据本发明的一种调制光源系统，用于基于法拉第磁光效应的光学电流互感器的设计，其特征在于，包括：电源，用于供给所述调制光源系统各个部分需要的工作电源；键盘，用于设置对基于法拉第磁光效应的光学电流互感器进行模拟设计时所需要的各种工作参数，所述各种工作参数包括光源调制交流分量大小、直流分量大小、不同输出通道之间的相位关系；显示器，用于显示目前系统的工作参数；光源调制部，具有光源，输出光功率被调制的光；以及微控制单元，用于根据所述键盘所设置的各种工作参数和键盘命令，对所述光源调制部的光源的光功率进行调制。
根据本发明的调制光源系统，，优选地，所述光源调制部还包括：数字/模拟转换器，其将来自所述微控制单元的控制信号由数字信号转为模拟信号；调制信号合成电路，其将被转换为模拟信号的控制信号的交流部分和直流部分进行合成，得到调制控制信号；以及电光转换部，其根据所述调制控制信号，输出光强度经过调制的光信号，并且光信号输出设定为3个通道，用于模拟电力系统常用的三相电源。
发明效果
根据本发明，能够克服现有技术中基于法拉第磁光效应的光学电流互感器直接测量从几百安到上万安的比较大的一次电流而给光学电流互感器研发过程造成极大困难的问题，从而在光学电流互感器硬件开发的时候，能够替代和不用一次电流发生装置，对光学电流互感器的硬件开发带来极大的便利性。
附图说明
图1是法拉第磁光效应的原理图。
图2是现有技术的基于法拉第磁光效应的光学电流互感器的基本原理图。
图3是应用本发明构思的基于法拉第磁光效应的光学电流互感器的一次电流信号模拟器的示意图。
图4是本发明的用于实现图3所示调制光源的调制光源系统的结构方框图。
图5是本发明图4所示的光源调制部的结构方框图。
具体实施方式
下面，参考附图，说明本发明的实施方式。
图2是现有技术的基于法拉第磁光效应的光学电流互感器的基本原理图。图3是应用本发明构思的基于法拉第磁光效应的光学电流互感器的一次电流信号模拟器的示意图。
在现有技术的图2中，光源产生恒定功率的光，光经过起偏器以后，变成了线偏振光，线偏振光经过置于磁场中的磁光材料以后，偏振角度发生偏转，偏转的角度和所处的磁场的磁场强度成正比，也即和所要测量的电流成正比。经过偏转的偏振光经过检偏器以后，光的强度将发生变化，光的强度和所测的一次电流有可以计算的关系，经过光电转换以后，变成了电信号；电信号经过放大和处理、A/D转换、MCU的运算和处理，最终得到一次电流的电流值。可见，根据图2的结构，对于线偏振光，需要在磁光材料处于磁场中的时候，偏振角度才发生偏转，偏转的角度和所处的磁场的磁场强度成正比，即和所要测量的一次电流成正比。但是，由于在一般电力系统中，一次电流是从几百安到上万安的电流，因此在光学电流互感器研发过程中，需要产生如此大电流的一次电流发生装置，这给研发工作造成了极大的困难和不便。
与图2所示的现有技术的基于法拉第磁光效应的光学电流互感器进行比较可知，在应用了本发明的图3中，采用了调制光源替代了法拉第磁光效应的光学电流互感器中的恒定功率光源，从而在没有磁场存在的时候，检偏器输出的光功率变化和互感器在磁场中的时候输出的光功率变化相同。因此根据本发明，通过调制光源，使得在在磁光材料不处于磁场中的时候，检偏器输出的光强度变化和该光学电流互感器放置于磁场中的强度变化相同。因此根据本发明，在光学电流互感器硬件开发的时候，能够不需要具备产生大电流的一次电流发生装置，从而对光学电流互感器的硬件开发带来极大的便利性，这在实际中具有很大的意义。
图4是本发明的用于实现图3所示调制光源的调制光源系统的结构方框图。本发明的用于实现图3所示调制光源的调制光源系统包括：MCU(微控制单元)、键盘、显示器、电源和光源调制部。电源用于供给调制光源系统各个部分需要的工作电源。键盘用于设置对基于法拉第磁光效应的光学电流互感器进行模拟设计时所需要的各种工作参数，主要有光源调制交流分量大小，直流分量大小，不同输出通道之间的相位关系等。显示器用于显示目前系统的工作参数。MCU根据工作参数和键盘命令，对光源进行调制输出。光源调制部为本发明的核心。图5示出了本发明的光源调制部的结构方框图。
如图5所示，光源调制部还包括数字/模拟(A/D)转换器、调制信号合成部和光电转换部。MCU通过D/A转换器，将控制信号由数字转为模拟，控制信号的交流部分和直流部分通过调制信号合成电路，合成期望的调制控制信号，经过电光转换，得到光强度经过调制的光信号输出。光信号输出设定为3个通道，用于模拟电力系统常用的三相电源。由该光源调制部产生的光强度经过调制的光可以用于替代法拉第磁光效应的光学电流互感器中的恒定功率光源的光。
本发明的上述实施方式仅仅是示例性的，本发明不局限于上述实施方式。在不脱离本发明宗旨和思想的情况下，本发明能够进行各种变更。例如，本发明的另一种实施方式还应当包括使用上述实施方式的一次电流信号模拟器或者/和调制光源系统而模拟设计制造的用于智能电网的基于法拉第磁光效应的光学电流互感器和光学电压互感器等。对于本领域技术人员来说，根据和应用本发明公开的构思，能够容易地对本发明方案进行各种变形和改变，应当注意的是，所有这些变形和改变都应当属于本发明的范围。
Claims (6)
1.一种用于光学电流互感器的一次电流信号模拟器，所述光学电流互感器是基于法拉第磁光效应的光学电流互感器，其包含光源、起偏器、磁光材料的偏转器、检偏器以及光电转换模块、电信号放大和处理模块、模拟/数字转换模块、MCU运算和处理模块，特征在于，
所述光源是调制光源，替代所述法拉第磁光效应的光学电流互感器中的恒定功率光源，使得在所述磁光材料的偏转器没有处于磁场中的时候，所述检偏器输出的光功率变化和所述磁光材料的偏转器处于磁场中的时候输出的光功率变化相同。
2.根据权利要求1所述的一次电流信号模拟器，其特征在于，所述调制光源是调制光源系统，所述调制光源系统包括：
电源，用于供给所述调制光源系统各个部分需要的工作电源；
键盘，用于设置对基于法拉第磁光效应的光学电流互感器进行设计时所需要的各种工作参数，所述各种工作参数包括光源调制交流分量大小、直流分量大小、不同输出通道之间的相位关系；
显示器，用于显示目前系统的工作参数；
光源调制部，具有光源，输出光功率被调制的光；以及
微控制单元，用于根据所述键盘所设置的各种工作参数和键盘命令，对所述光源调制部的光源的光功率进行调制。
3.根据权利要求2所述的一次电流信号模拟器，其特征在于，所述光源调制部还具有：
数字/模拟转换器，其将来自所述微控制单元的控制信号由数字信号转为模拟信号；
调制信号合成电路，其将被转换为模拟信号的控制信号的交流部分和直流部分进行合成，得到调制控制信号；以及
电光转换部，其根据所述调制控制信号，输出光强度经过调制的光信号，并且光信号输出设定为3个通道，用于模拟电力系统常用的三相电源。
4.一种调制光源系统，用于基于法拉第磁光效应的光学电流互感器的模拟设计，其特征在于，包括：
电源，用于供给所述调制光源系统各个部分需要的工作电源；
键盘，用于设置对基于法拉第磁光效应的光学电流互感器进行设计时所需要的各种工作参数，所述各种工作参数包括光源调制交流分量大小、直流分量大小、不同输出通道之间的相位关系；
显示器，用于显示目前系统的工作参数；
光源调制部，具有光源，输出光功率被调制的光；以及
微控制单元，用于根据所述键盘所设置的各种工作参数和键盘命令，对所述光源调制部的光源的光功率进行调制。
5.根据权利要求4所述的调制光源系统，其特征在于，所述光源调制部还包括：
数字/模拟转换器，其将来自所述微控制单元的控制信号由数字信号转为模拟信号；
调制信号合成电路，其将被转换为模拟信号的控制信号的交流部分和直流部分进行合成，得到调制控制信号；以及
电光转换部，其根据所述调制控制信号，输出光强度经过调制的光信号，并且光信号输出设定为3个通道，用于模拟电力系统常用的三相电源。
6.一种用于智能电网中的基于法拉第磁光效应的光学电流互感器，其特征在于，所述光学电流互感器是通过使用权利要求1～3任何一项的一次电流信号模拟器而模拟设计制造的。
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