CN108574470A - 一种带校准功能的光电隔离装置及其校准方法 - Google Patents

一种带校准功能的光电隔离装置及其校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带校准功能的光电隔离装置，包括电‑光调制器，用于将输入的电压信号转换成电流，驱动激光管输出正比于输入电压的光信号；光‑电转换器，用于将输入的光信号成比例的转换成电压信号；校准信号输出模块，用于输出标准电信号；滤波模块，用于对光‑电转换器输出的电信号进行滤波处理。本发明能够改进现有技术的不足，便于对光电隔离装置进行快速校准。

Description

一种带校准功能的光电隔离装置及其校准方法
技术领域
本发明涉及高压隔离技术领域，尤其是一种带校准功能的光电隔离装置及其校准方法。
背景技术
高压电力系统中，常常面临很强的电磁干扰和很高的电磁的泄露，同时电缆连接会感应到射频电磁场以及传输信号时要进行隔离传输保证人身安全。但光电隔离装置在长时间使用后会产生输出漂移，导致信号传输误差增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种带校准功能的光电隔离装置及其校准方法，能够解决现有技术的不足，便于对光电隔离装置进行快速校准。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种带校准功能的光电隔离装置，包括，
电-光调制器，用于将输入的电压信号转换成电流，驱动激光管输出正比于输入电压的光信号；
光-电转换器，用于将输入的光信号成比例的转换成电压信号；
校准信号输出模块，用于输出标准电信号；
滤波模块，用于对光-电转换器输出的电信号进行滤波处理。
作为优选，所述校准信号输出模块产生频率0.2MHz，等效输出电压为-20V～20V的脉冲矩形波。
作为优选，所述电-光调制器和光-电转换器之间通过双芯铠装光缆连接，波长1310nm，9um芯径，两端为FC/UPC接口，消光比大于25dB。
作为优选，所述滤波模块的输入端通过串联的第一电阻和第一电容连接至第一运放的正相输入端，第一运放的反相输入端通过第二电阻接地，第一运放的反相输入端通过第三电阻连接至第一运放的输出端，第一电阻和第一电容之间通过第二电容接地，第一运放的正相输入端通过第四电阻接地，第一电阻和第一电容之间通过第五电阻连接至第一运放的输出端，第一电阻和第一电容之间通过第三电容连接至第一三极管的集电极，第一电阻和第一电容之间通过第六电阻连接至第一三极管的基极，第一三极管的发射极接地，第一运放的输出端通过第四电容连接至第二三极管的集电极，第一运放的输出端通过第七电阻连接至第二三极管的基极，第二三极管的集电极连接至第一三极管的基极，第二三极管的发射极接地；输入端通过并联的第一可调电容和第一可调电阻连接至第二运放的反相输入端，第二运放的正相输入端通过第八电阻接地，第二运放的反相输入端通过串联的第二可调电阻和第二可调电容连接至第二运放的输出端；第一运放的输出端通过第九电阻连接至第三运放的反相输入端，第二运放的输出端通过第十电阻连接至第三运放的反相输入端，第三运放的反相输入端通过第十一电阻连接至第三运放的输出端，第三运放的正相输入端通过第十二电阻接地，第三运放的输出端作为滤波模块的输出端。
一种上述的带校准功能的光电隔离装置的校准方法，包括以下步骤：
A、断开电-光调制器的外界输入，使用校准信号输出模块输出的标准电信号作为电-光调制器的输入信号；
B、光-电转换器根据电-光调制器的输出光信号进行光-电转换，电信号经过滤波模块输出；
C、根据滤波模块的输出与标准值的差值对滤波模块的PID控制参数进行修正。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过设置专门的校准信号输出模块和滤波模块，实现了对于光电转换过程的独立校准。校准过程不涉及光电转换器件，适应性强，便于对现有光电隔离装置进行低成本的升级。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的原理图。
图2是本发明一个具体实施方式中滤波模块的电路图。
具体实施方式
参照图1-2，本发明一个具体实施方式包括，
电-光调制器1，用于将输入的电压信号转换成电流，驱动激光管输出正比于输入电压的光信号；
光-电转换器2，用于将输入的光信号成比例的转换成电压信号；
校准信号输出模块3，用于输出标准电信号；
滤波模块4，用于对光-电转换器2输出的电信号进行滤波处理。
校准信号输出模块3产生频率0.2MHz，等效输出电压为-20V～20V的脉冲矩形波。
电-光调制器1和光-电转换器2之间通过双芯铠装光缆连接，波长1310nm，9um芯径，两端为FC/UPC接口，消光比大于25dB。
滤波模块4的输入端IN通过串联的第一电阻R1和第一电容C1连接至第一运放A1的正相输入端，第一运放A1的反相输入端通过第二电阻R2接地，第一运放A1的反相输入端通过第三电阻R3连接至第一运放A1的输出端，第一电阻R1和第一电容C1之间通过第二电容C2接地，第一运放A1的正相输入端通过第四电阻R4接地，第一电阻R1和第一电容C1之间通过第五电阻R5连接至第一运放A1的输出端，第一电阻R1和第一电容C1之间通过第三电容C3连接至第一三极管Q1的集电极，第一电阻R1和第一电容C1之间通过第六电阻R6连接至第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的发射极接地，第一运放A1的输出端通过第四电容C4连接至第二三极管Q2的集电极，第一运放A1的输出端通过第七电阻R7连接至第二三极管Q2的基极，第二三极管Q2的集电极连接至第一三极管Q1的基极，第二三极管Q2的发射极接地；输入端IN通过并联的第一可调电容VC1和第一可调电阻VR1连接至第二运放A2的反相输入端，第二运放A2的正相输入端通过第八电阻R8接地，第二运放A2的反相输入端通过串联的第二可调电阻VR2和第二可调电容VC2连接至第二运放A2的输出端；第一运放A1的输出端通过第九电阻R9连接至第三运放A3的反相输入端，第二运放A2的输出端通过第十电阻R10连接至第三运放A3的反相输入端，第三运放A3的反相输入端通过第十一电阻R11连接至第三运放A3的输出端，第三运放A3的正相输入端通过第十二电阻R12接地，第三运放A3的输出端作为滤波模块4的输出端OUT。
其中，第一电阻R1为5kΩ、第二电阻R2为12kΩ、第三电阻R3为10kΩ、第四电阻R4为6kΩ，第五电阻R5为6kΩ，第六电阻R6为15kΩ、第七电阻R7为3.5kΩ、第八电阻R8为5kΩ、第九电阻R9为5kΩ、第十电阻R10为1.5kΩ、第十一电阻R11为11kΩ、第十二电阻R12为4kΩ，第一可调电阻VR1和第二可调电阻VR2的调节范围是10～1kΩ。第一电容C1为300μF，第二电容C2为350μF，第三电容C3为150μF，第四电容C4为270μF，第一可调电容VC1和第二可调电容VC2的调节范围是50～500μF。
一种上述的带校准功能的光电隔离装置的校准方法，包括以下步骤：
A、断开电-光调制器1的外界输入，使用校准信号输出模块3输出的标准电信号作为电-光调制器1的输入信号；
B、光-电转换器2根据电-光调制器1的输出光信号进行光-电转换，电信号经过滤波模块4输出；
C、根据滤波模块4的输出与标准值的差值对滤波模块4的PID控制参数进行修正。
对PID参数进行修正时，首先修正微分参数，然后修正积分参数，最后修正比例参数。
根据原系统超调量修正微分参数，使得系统超调量控制在阈值内。
根据原系统的稳态误差修正积分参数，然后根据微分参数的修正量和修正后调整时间的乘积对积分参数进行同向的、成正比的修正。
根据滤波模块4的输出与标准值差值的平均值与标准值的比值，对比例参数进行成反比的修正。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种带校准功能的光电隔离装置，其特征在于：包括，
电-光调制器(1)，用于将输入的电压信号转换成电流，驱动激光管输出正比于输入电压的光信号；
光-电转换器(2)，用于将输入的光信号成比例的转换成电压信号；
校准信号输出模块(3)，用于输出标准电信号；
滤波模块(4)，用于对光-电转换器(2)输出的电信号进行滤波处理。
2.根据权利要求1所述的带校准功能的光电隔离装置，其特征在于：所述校准信号输出模块(3)产生频率0.2MHz，等效输出电压为-20V～20V的脉冲矩形波。
3.根据权利要求2所述的带校准功能的光电隔离装置，其特征在于：所述电-光调制器(1)和光-电转换器(2)之间通过双芯铠装光缆连接，波长1310nm，9um芯径，两端为FC/UPC接口，消光比大于25dB。
4.根据权利要求3所述的带校准功能的光电隔离装置，其特征在于：所述滤波模块(4)的输入端(IN)通过串联的第一电阻(R1)和第一电容(C1)连接至第一运放(A1)的正相输入端，第一运放(A1)的反相输入端通过第二电阻(R2)接地，第一运放(A1)的反相输入端通过第三电阻(R3)连接至第一运放(A1)的输出端，第一电阻(R1)和第一电容(C1)之间通过第二电容(C2)接地，第一运放(A1)的正相输入端通过第四电阻(R4)接地，第一电阻(R1)和第一电容(C1)之间通过第五电阻(R5)连接至第一运放(A1)的输出端，第一电阻(R1)和第一电容(C1)之间通过第三电容(C3)连接至第一三极管(Q1)的集电极，第一电阻(R1)和第一电容(C1)之间通过第六电阻(R6)连接至第一三极管(Q1)的基极，第一三极管(Q1)的发射极接地，第一运放(A1)的输出端通过第四电容(C4)连接至第二三极管(Q2)的集电极，第一运放(A1)的输出端通过第七电阻(R7)连接至第二三极管(Q2)的基极，第二三极管(Q2)的集电极连接至第一三极管(Q1)的基极，第二三极管(Q2)的发射极接地；输入端(IN)通过并联的第一可调电容(VC1)和第一可调电阻(VR1)连接至第二运放(A2)的反相输入端，第二运放(A2)的正相输入端通过第八电阻(R8)接地，第二运放(A2)的反相输入端通过串联的第二可调电阻(VR2)和第二可调电容(VC2)连接至第二运放(A2)的输出端；第一运放(A1)的输出端通过第九电阻(R9)连接至第三运放(A3)的反相输入端，第二运放(A2)的输出端通过第十电阻(R10)连接至第三运放(A3)的反相输入端，第三运放(A3)的反相输入端通过第十一电阻(R11)连接至第三运放(A3)的输出端，第三运放(A3)的正相输入端通过第十二电阻(R12)接地，第三运放(A3)的输出端作为滤波模块(4)的输出端(OUT)。
5.一种权利要求4所述的带校准功能的光电隔离装置的校准方法，其特征在于包括以下步骤：
A、断开电-光调制器(1)的外界输入，使用校准信号输出模块(3)输出的标准电信号作为电-光调制器(1)的输入信号；
B、光-电转换器(2)根据电-光调制器(1)的输出光信号进行光-电转换，电信号经过滤波模块(4)输出；
C、根据滤波模块(4)的输出与标准值的差值对滤波模块(4)的PID控制参数进行修正。
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