CN106019201B - 一种具有高效滤波功能的光电耦合装置 - Google Patents

一种具有高效滤波功能的光电耦合装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高效滤波功能的光电耦合装置，包括依次连接的发射源电路、接收二极管、光电转换电路及逻辑控制电路，所述发射源电路包括第一滤波器及发光二极管，所述第一滤波器与发光二极管连接，所述光电转换电路包括依次连接的运算放大器、迟滞比较器、施密特触发器及第二滤波器。本发明彻底消除了电信号源的电磁骚扰对电能表检定装置的采样骚扰，确保了从采样电信号的源头到终端干净的实时误差采样数据。

Description

一种具有高效滤波功能的光电耦合装置
技术领域
本发明涉及计量测试技术领域，具体涉及一种具有高效滤波功能的光电耦合装置。
背景技术
电能表型式评价需要进行电磁兼容与环境可靠性试验(如高低温、交变湿热等)试验(下称：环境适应性试验)，即在环境适应性试验下使用电能表检定装置对电能表进行试验，以测量被测电能表的误差变化量是否符合相关标准。试验时，一方面，电能表检定装置向被测电能表提供电压、电流及脉冲常数等参数，并与光电耦合装置相连接；另一方面，电磁干扰信号发生器向被测电能表施加耦合电磁干扰信号；光电耦合装置接收电能表发出的光脉冲信号，并转换成TTL电脉冲信号供电能表检定装置进行误差计算，以此确定被测电能表是否符合相关标准或规程。
随着无线通信技术的飞速发展及业务需求的多样化，电能表等产品的计量测试标准、检定规程及规范也在不断变化，为此，国际法制计量组织(OIML)IR46电能表国际建议:射频电磁场辐射抗扰试验频段(80MHz～6000MHz)试验，直接从目前的试验频段(80MHz～2000MHz)提高到试验频段(80MHz～6000MHz)，以确保第五代移动通信电磁环境下的电能表工作性能稳定安全。因此，如何提升电能表计量测试设备承受高强度、宽频段的电磁环境干扰能力，提高被测电能表抗电磁干扰能力是亟待研究的课题。
现在，电能表的计量测试主要通过光电耦合装置来实现光电信号隔离来降低电磁干扰，并同时将电信号(数字信号)传输进入电能表检定装置，通过计算电能表的瞬时(即时)误差ei与该表初始误差e0之差来判断其是否符合检定规程《JJF 1245.1-2010安装式电能表型式评价大纲通用要求》。其优点为：光电隔离信号在较弱的电磁干扰环境下，准确度高，误码率小；其缺点为：常规的光电耦合装置在射频电磁场辐射抗干扰度试验、电快速脉冲群抗扰度试验经受不住强电磁环境干扰，经常发生报警现象，特别是在传导骚扰抗扰度试验，光电耦合装置难以抗得住其加载在电能表传输线表面的高强度电磁骚扰(100V/m)，这些问题使得计量测试工程师不得不思考其实际应用价值。
为解决以上问题，发明专利申请号CN201110103648.8提出：采用导光介质(如光导管)将电能表的光脉冲信号传输，实现光传输，避免电磁环境骚扰，其优点为：能抗高强度的电磁骚扰；缺点为不便移动。或如《中国计量》2015年第6期《电能表传导抗扰试验检定系统方案的改进研究》提出：采用全光模块能有效避免电磁骚扰，但全光模块的成本高，难以与现有设备集成，且都不便移动用于其它试验。
或者，为远离高强度射频电磁辐射干扰，采用一定长度的屏蔽脉冲线直连到电能表检定装置，但对于沿脉冲线传导的电磁场干扰丝毫没有作用，经常遇到光电耦合装置的发射源出现频闪，致电能表检定装置无法正常采样被测电能表的误差数据。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种具有高效滤波功能的光电耦合装置。本发明应用于电能表检定装置上，解决现有应用于电能表检定装置上的光电耦合装置无法在强电磁干扰环境下正常工作的问题。
本发明采用如下技术方案：
一种具有高效滤波功能的光电耦合装置，包括依次连接的发射源电路1、接收二极管2、光电转换电路3及逻辑控制电路4，所述发射源电路1包括第一滤波器及发光二极管，所述第一滤波器与发光二极管连接，所述光电转换电路(3)包括依次连接的运算放大器、迟滞比较器、施密特触发器及第二滤波器。
所述第一滤波器包括两个磁珠、第一电阻R1、两个共模扼流线圈、第一电容C11、第二电容C12、第三电容C13、第四电容C14、第五电容C15、第六电容C16及第七电容C17；所述两个磁珠具体为第一磁珠B1及第二磁珠B2，所述两个共模扼流线圈具体为第一共模扼流线圈S1及第二共模扼流线圈S2，第一及第二共模扼流线圈分别具有四个接线端；
具体连接如下：
所述第一磁珠B1一端与脉冲线正端串接，其另一端分别与第一电容C11的一端、第一共模扼流线圈的第一接线端S11连接；
所述第二磁珠B2端与脉冲线负端串接，其另一端分别与第一电容C11的另一端、第一共模扼流线圈的第三接线端S13连接；
所述第一共模扼流线圈的第二接线端S12分别与第二电容C12的一端、第一电阻R1的一端、第三电容C13的一端及第二共模扼流线圈的第一接线端S21连接；
所述第一共模扼流线圈的第四接线端S14分别与第二电容C12的另一端、第一电阻R1的另一端、第四电容C14的另一端及第二共模扼流线圈的第三接线端S23连接；
所述第三电容C13的另一端与第四电容C14的一端分别与地连接；
所述第二共模扼流线圈的第二接线端S22分别与第五电容C15的一端及第六电容C16的一端连接；
所述第二共模扼流线圈的第四接线端S24分别与第五电容C15的另一端及第七电容C17的另一端连接；
所述第六电容C16的另一端与第七电容C17的一端分别与地连接。
所述第二滤波器包括第二电阻R2、两个共模扼流线圈、第八电容C18、第九电容C19、第十电容C20、第十一电容C21及第十二电容C22，所述两个共模扼流线圈具体为第三共模扼流线圈S3及第四共模扼流线圈S4，
所述第三共模扼流线圈的第一接线端S31与第八电容C18的一端及脉冲线正端连接，所述第三共模扼流线圈的第三接线端S33与第八电容C18的另一端及脉冲线负端连接；
所述第三共模扼流线圈的第二接线端S32分别与第九电容C19的一端、第二电阻R2的一端、第十电容C20的一端及第四共模扼流线圈的第一接线端S41连接；
所述第三共模扼流线圈的第四接线端S34分别与第九电容C19的另一端、第二电阻R2的另一端、第十一电容C21的一端及第四共模扼流线圈的第三接线端S43连接；
所述第十电容C20的另一端与第十一电容C21的另一端分别与地连接；
所述第十二电容C22跨接在第四共模扼流线圈的第二接线端S42及第四接线端S44之间。
所述第一电容C11、第二电容C12及第五电容C15为差模电容，所述第三电容C13、第四电容C14、第六电容C16及第七电容C17为共模电容。
所述第八电容C18、第九电容C19及第十二电容C22为差模电容，第十电容C20及第十一电容C21为共模电容。
本发明的有益效果：
本发明不仅从光电耦合装置的光电转换电路结构采用了高效滤波技术，从物理上切断了来自脉冲线的电磁辐射骚扰通过连接线对电能表检定装置的骚扰路径，还从光电耦合装置的发射源电路对来自电能表脉冲线的电信号进行了高效滤波技术，彻底消除了电信号源的电磁骚扰对电能表检定装置的采样骚扰，确保了从采样电信号的源头到终端干净的实时误差采样数据。
附图说明
图1是本发明的光电耦合装置的结构图；
图2是图1中第一滤波器的电路原理图；
图3是图1中第二滤波器的电路原理图；
图4是实施例中第一滤波器的频率插损分布图；
图5是实施例中第二滤波器的频率插损分布图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种具有高效滤波功能的光电耦合装置，包括依次连接的发射源电路1、接收二极管2、光电转换电路3及逻辑控制电路4，所述发射源电路与电能表脉冲端子相连，发射源电路将输入电信号Vi转换为光信号，接收二极管接收光信号后输出电流信号给光电转换电路，光电转换电路与逻辑控制电路连接，逻辑控制电路输出耦合电压Vo。
所述发射源电路1包括第一滤波器及发光二极管，所述第一滤波器与发光二极管连接，
所述光电转换电路3包括依次连接的运算放大器、迟滞比较器、施密特触发器及第二滤波器。
将输入电信号Vi进行过滤，滤除噪声电压信号后，将干净的电信号输送给发光二极管，并将输入的电信号转换为一定波长的光信号，经由介质传播，光信号被接收二极管接收；接收二极管将接收到的光信号转换为接收电流Ii，传输给运算放大器；运算放大器对接收电流进行放大；输出给迟滞比较器对放大信号V1和阈值电压Vth进行比较输出迟滞信号V2给施密特触发器；施密特触发器对迟滞信号V2进行整形，输出触发信号V3给第二滤波器，第二滤波器对触发信号V3中的噪声进行滤除后输出检测信号V4给逻辑控制电路；逻辑控制电路对检测信号V4进行驱动，输出耦合电压Vo。
如图2所示，第一滤波器两个磁珠、第一电阻R1、两个共模扼流线圈、第一、第二、第三、第四、第五、第六及第七电容C11-C17；所述两个磁珠具体为第一B1及第二B2磁珠，所述两个共模扼流线圈具体为第一及第二共模扼流线圈S1、S2，第一及第二共模扼流线圈分别具有四个接线端S11、S12、S13、S14与S21、S22、S23、S24；
具体连接如下：
所述第一磁珠B1一端与脉冲线正端串接，其另一端分别与第一电容C11的一端、第一共模扼流线圈的第一接线端S11连接；
所述第二磁珠B2一端与脉冲线负端串接，其另一端分别与第一电容C11的另一端、第一共模扼流线圈的第三接线端S13连接；
所述第一共模扼流线圈的第二接线端S12分别与第二电容C12的一端、第一电阻R1的一端、第三电容C13的一端、第二共模扼流线圈S2的第一接线端S21连接；
所述第一共模扼流线圈的第四接线端S14分别与第二电容C12的另一端、第一电阻R1的另一端、第四电容C14的另一端及第二共模扼流线圈S2的第三接线端S23连接；
所述第三电容C13的另一端与第四电容C14的一端分别与地连接；
所述第二共模扼流线圈的第二接线端S22分别与第五电容C15的一端及第六电容C16的一端连接；
所述第二共模扼流线圈的第四接线端S24分别与第五电容C15的另一端及第七电容C17的另一端连接；
所述第六电容C16的另一端与第七电容C17的一端分别与地连接。
源信号Vi通过磁珠B1、B2后吸收一部分噪声信号，其中，差模噪声信号先通过第一及第二电容C11、C12进行一次衰减，再通过第五电容C15进行二次衰减；共模噪声信号先通过共模扼流线圈S1，第三及第四电容C13、C14一次衰减；再通过共模扼流线圈S2，第六C16及第七电容C17进行二次衰减，以此达到源噪声抑制功能。
混合电流信号Ii通过运算放大器后，输出混合电压信号V1通过迟滞比较器后，输出信号V2，经施密特触发器后，输出信号V3，再通过第二滤波器，其中:
如图3所示，所述第二滤波器包括第二电阻R2、两个共模扼流线圈、第八、第九、第十、第十一及第十二电容C18-C22，所述两个共模扼流线圈具体为第三及第四共模扼流线圈S3、S4，
所述第三共模扼流线圈S3的第一接线端S31与第八电容C18的一端连接，所述第三共模扼流线圈S3的第三接线端S33与第八电容C18的另一端连接；所述第八电容的两端跨接在脉冲线的正负端之间。
所述第三共模扼流线圈S3的第二接线端S32分别与第九电容C19的一端、第二电阻R2的一端、第十电容C20的一端及第四共模扼流线圈S4的第一接线端S41连接；
所述第三共模扼流线圈S3的第四接线端S34分别与第九电容C19的另一端、第二电阻R2的另一端、第十一电容C21的一端及第四共模扼流线圈S4的第三接线端S43连接；
所述第十电容C20的另一端与第十一电容C21的另一端分别与地连接；
所述第十二电容C22跨接在第四共模扼流线圈S4的第二接线端S42及第四接线端S44之间。
差模噪声信号先通过第八及第九电容C18、C19进行一次衰减，再通过第十二电容C22进行二次衰减；共模噪声信号先通过第三共模扼流线圈S3，第十、第十一电容C20、C21进行一次衰减，再通过第四共模扼流线圈S4进行衰减。
如图4及图5所示，本发明的滤波器，具有高插损、宽频带、体积小、易匹配等特点，能够有效过滤宽频带、高强度的共模、差模电磁噪声，能确保实时采杰信号顺利进行。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种具有高效滤波功能的光电耦合装置，其特征在于，包括依次连接的发射源电路(1)、接收二极管(2)、光电转换电路(3)及逻辑控制电路(4)，所述发射源电路(1)包括第一滤波器及发光二极管，所述第一滤波器与发光二极管连接，所述光电转换电路(3)包括依次连接的运算放大器、迟滞比较器、施密特触发器及第二滤波器；
所述第一滤波器包括两个磁珠、第一电阻(R1)、两个共模扼流线圈、第一电容(C11)、第二电容(C12)、第三电容(C13)、第四电容(C14)、第五电容(C15)、第六电容(C16)及第七电容(C17)；所述两个磁珠具体为第一磁珠(B1)及第二磁珠(B2)，所述两个共模扼流线圈具体为第一共模扼流线圈(S1)及第二共模扼流线圈(S2)，第一及第二共模扼流线圈分别具有四个接线端；
具体连接如下：
所述第一磁珠(B1)一端与脉冲线正端串接，其另一端分别与第一电容(C11)的一端、第一共模扼流线圈的第一接线端(S11)连接；
所述第二磁珠(B2)一端与脉冲线负端串接，其另一端分别与第一电容(C11)的另一端、第一共模扼流线圈的第三接线端(S13)连接；
所述第一共模扼流线圈的第二接线端(S12)分别与第二电容(C12)的一端、第一电阻(R1)的一端、第三电容(C13)的一端及第二共模扼流线圈的第一接线端(S21)连接；
所述第一共模扼流线圈的第四接线端(S14)分别与第二电容(C12)的另一端、第一电阻(R1)的另一端、第四电容(C14)的另一端及第二共模扼流线圈的第三接线端(S23)连接；
所述第三电容(C13)的另一端与第四电容(C14)的一端分别与地连接；
所述第二共模扼流线圈的第二接线端(S22)分别与第五电容(C15)的一端及第六电容(C16)的一端连接；
所述第二共模扼流线圈的第四接线端(S24)分别与第五电容(C15)的另一端及第七电容(C17)的另一端连接；
所述第六电容(C16)的另一端与第七电容(C17)的一端分别与地连接；
所述第二滤波器包括第二电阻(R2)、两个共模扼流线圈、第八电容(C18)、第九电容(C19)、第十电容(C20)、第十一电容(C21)及第十二电容(C22)，所述两个共模扼流线圈具体为第三共模扼流线圈(S3)及第四共模扼流线圈(S4)；
所述第三共模扼流线圈的第一接线端(S31)与第八电容(C18)的一端及脉冲线正端连接，所述第三共模扼流线圈的第三接线端(S33)与第八电容的(C18)的另一端及脉冲线负端连接；
所述第三共模扼流线圈的第二接线端(S32)分别与第九电容(C19)的一端、第二电阻(R2)的一端、第十电容(C20)的一端及第四共模扼流线圈的第一接线端(S41)连接；
所述第三共模扼流线圈的第四接线端(S34)分别与第九电容(C19)的另一端、第二电阻(R2)的另一端、第十一电容(C21)的一端及第四共模扼流线圈的第三接线端(S43)连接；
所述第十电容(C20)的另一端与第十一电容(C21)的另一端分别与地连接；
所述第十二电容(C22)跨接在第四共模扼流线圈的第二接线端(S42)及第四接线端(S44)之间；
所述第一电容(C11)、第二电容(C12)及第五电容(C15)为差模电容，所述第三电容(C13)、第四电容(C14)、第六电容(C16)及第七电容(C17)为共模电容；
所述第八电容(C18)、第九电容(C19)及第十二电容(C22)为差模电容，第十电容(C20)及第十一电容(C21)为共模电容。
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