CN110082582A - 一种基于光纤传输系统的电流传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于光纤传输系统的电流传感器，包括：高压接收装置、光纤传输系统和电流信号处理装置；高压接收装置、光纤传输系统和电流信号处理装置电路连接；高压接收装置，用于采集高压电信号并将高压电信号传输至光纤传输系统；光传输系统，用于将接收到的模拟电信号转换为数字光信号，通过光纤进行传输，然后再转换为模拟电信号；电流信号处理装置，用于接收和解调所述光传输系统转换后的模拟电信号本发明通过将光传输系统连接至电流传感器，解决了电信号由高压端传输到低压端易受电磁干扰的问题，提高了信号传输的准确性。

Description

一种基于光纤传输系统的电流传感器
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于光纤传输系统的电流传感器。
背景技术
光纤传输是以光导纤维为介质进行的数据和信号传输。光导纤维，不仅可用来传输模拟信号和数字信号，而且可以满足视频传输的需求。光纤传输一般使用光缆进行，单根光导纤维的数据传输速率能达几Gbps，在不使用中继器的情况下，传输距离能达几十公里。光纤传输由于具有高带宽、抗电磁干扰、传输距离远、损耗小等诸多优点，利用光纤传输系统来完成电流传感器信号的传输，可以有效克服动车电磁环境的干扰，消除噪声，提高信号传输的质量，由于现有技术中利用电流传感器进行电信号由高压端传输到低压端易受电磁干扰的影响。
因此，亟需一种可以解决电信号由高压端传输到低压端易受电磁干扰问题的电流传感器。
发明内容
本发明提供了一种基于光纤传输系统的电流传感器，以解决电信号由高压端传输到低压端易受电磁干扰的问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
本发明提供了一种基于光纤传输系统的电流传感器，包括：高压接收装置、光纤传输系统和电流信号处理装置。
高压接收装置、光纤传输系统和电流信号处理装置电路连接。
高压接收装置，用于采集高压电信号并将高压电信号传输至光纤传输系统；
光传输系统，用于将接收到的模拟电信号转换为数字光信号，通过光纤进行传输，然后再转换为模拟电信号；
电流信号处理装置，用于接收和解调所述光传输系统转换后的模拟电信号。
优选地，光纤传输系统包括：电-光转换装置、第一FC/PC接头、单模光纤、第二FC/PC接头和光-电转换装置；
电-光转换装置、第一FC/PC接头、单模光纤、第二FC/PC接头和光-电转换装置顺序光纤连接；
电-光转换装置，用于将模拟电信号转换为数字光信号后，通过所述第一FC/PC接头输入到所述单模光纤；
光-电转换装置，用于通过所述第二FC/PC接头接收数字光信号，并将所述数值光信号恢复为模拟电信号，传输至电流信号处理装置。
优选地，电-光转换装置，包括第一滤波电路、A/D转换电路、第一CPLD模块、并/串转换电路和第一光模块；
第一滤波电路，用于对模拟电信号进行滤波放大处理；
A/D转换电路，用于将所述滤波放大处理的模拟电信号转换为数字电信号；
第一CPLD模块，用于对所述的数字电信号进行编码打包，然后将编码后的数字电信号通过所述并/串转换电路进行并/串转换并发送到所述的第一光模块；
第一光模块，用于将所述的数字电信号转换为数字光信号发送至所述单模光纤上。
优选地，光-电转换装置包括第二光模块、串/并转换电路、第二CPLD模块、D/A转换电路、第二滤波电路；
第二光模块，用于将单模光纤的数字光信号转换为数字电信号；
串/并转换电路，用于将串行信号转换为并行信号；
第二CPLD模块，用于对所述的低速数字电信号进行解码并发送到所述的D/A转换电路；
D/A转换电路，用于将解码后的数字电信号转换为模拟电信号，并发送至所述的第二滤波电路；
第二滤波电路，用于对所述的模拟电信号进行滤波放大处理并输出。
优选地，第一滤波电路包括SGM9119芯片，所述的A/D转换电路中包括SC9085芯片，所述的第一CPLD模块包括EPM240T主控芯片，所述的并/串转换电路包括OCD87FK芯片。
优选地，第二滤波电路包括SGM9119芯片，所述的D/A转换电路中包括SC9558芯片，所述的第二CPLD模块包括EPM240T主控芯片，所述的串/并转换电路包括LV1224芯片。
优选地，高压接收装置为变压器，所述的电流信号处理装置为调制器。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明的基于光纤传输系统的电流传感器，通过将光传输系统连接至电流传感器，解决了电信号由高压端传输到低压端易受电磁干扰的问题，提高了信号传输的准确性，并且经验证，该电流传感器在实际环境中具有可行性。经过光传输系统传输后的电压有效值约是电流钳测试的电压有效值的2倍，且同频同相，满足应用要求。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例的基于光纤传输系统的电流传感器示意图；
图2为实施例的光纤传输系统示意图；
图3为电-光转换装置的工作原理示意图；
图4为光-电转换装置的工作原理示意图；
图5为实施例的电流传感器测试结果显示示意图；
图6为实施例的电流传感器测试结果显示示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合，这里使用的“/”为“或”的意思。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且并不构成对本发明实施例的限定。
实施例
图1为本实施例的基于光纤传输系统的电流传感器示意图，参照图1，该装置包括：高压接收装置、光纤传输系统和电流信号处理装置。
高压接收装置、光纤传输系统和电流信号处理装置电路连接；高压接收装置，用于采集高压电信号并将高压电信号传输至光纤传输系统；光传输系统，用于将接收到的模拟电信号转换为数字光信号，通过光纤进行传输，然后再转换为模拟电信号；电流信号处理装置，用于接收和解调所述光传输系统转换后的模拟电信号。
图2为本实施例的光纤传输系统示意图，参照图2，该系统包括：电-光转换装置(光纤传输系统发送端)、第一FC/PC接头、单模光纤、第二FC/PC接头和光-电转换装置(光纤传输系统接收端)，电-光转换装置、第一FC/PC接头、单模光纤、第二FC/PC接头和光-电转换装置顺序光纤连接。
电-光转换装置，用于将模拟电信号转换为数字光信号，通过所述第一FC/PC接头输入到所述单模光纤；光-电转换装置，用于通过所述第二FC/PC接头接收数字光信号，并将所述数值光信号恢复为模拟电信号，传输至电流信号处理装置。
电-光转换装置还包括调制激光器，用于发射不同频率的激光，提高系统的工作效率。
电流传感器采集的模拟电信号通过同轴电缆接到电-光转换装置，电-光转换装置将模拟电信号转换为数字光信号后调制激光器，通过第一FC/PC接头输入到单模光纤，光-电转换装置通过第二FC/PC接头接收数字光信号，并将其恢复为模拟电信号，利用同轴电缆接到电流信号处理装置解调出电流值。
进一步地，电-光转换装置包括第一滤波电路、模拟数字转换器(analog todigital converter，A/D)转换电路、第一复杂可编程逻辑器件(Complex ProgrammableLogic Device，CPLD)模块、并/串转换电路和第一光模块。
第一滤波电路，用于对模拟电信号进行滤波放大处理；
A/D转换电路，用于将所述滤波放大处理的模拟电信号转换为数字电信号；
第一CPLD模块，用于对所述的数字电信号进行编码打包，然后将编码后的数字电信号通过所述并/串转换电路进行并/串转换并发送到所述的第一光模块；
第一光模块，用于将所述的数字电信号转换为数字光信号发送至所述单模光纤上。
图3为电-光转换装置的工作原理示意图，参照图3，电-光转换装置的工作原理是：电流传感器采集的模拟电信号利用同轴电缆接到电-光转换装置，首先经过滤波放大处理，然后模拟电信号通过A/D转换电路转换为数字电信号，再将数字电信号在第一CPLD模块中按照一定的方式编码打包，然后将编码后的数字电信号进行并/串转换并发送到第一光模块，最后由第一光模块经过电/光转换为数字光信号发送到光纤上，以光信号的形式输入到单模光纤。
其中，第一滤波电路包括SGM9119芯片，SGM9119芯片具有滤波和放大功能，对模拟电信号进行6dB放大。与无源LC滤波电路对比能够提供较好的性能。SGM9119芯片能同时对三路的输入信号进行处理，光端机的可扩展性好。
A/D转换电路中包括SC9085芯片，可以满足电流传感器信号实时采集的要求。A/D转换电路将单路的模拟电信号以20Mbps的抽样速率转为8bit并行的数据流，输入到第一CPLD模块。
第一CPLD模块包括EPM240T主控芯片，主要完成对高速、实时数字信号的编码处理。
并/串转换电路包括OCD87FK芯片，以完成高速串/并或并/串转换。
光-电转换装置包括第二光模块、串/并转换电路、第二CPLD模块、D/A转换电路、第二滤波电路。
第二光模块，用于将单模光纤的光信号转换为数字电信号；
串/并转换电路，用于将串行信号转换为并行信号，即高速数字电信号到低速数字电信号；
第二CPLD模块，用于对所述的低速数字电信号进行解码并发送到所述的D/A转换电路；
D/A转换电路，用于将解码后的数字电信号转换为模拟电信号，并发送至所述的第二滤波电路；
第二滤波电路，用于对所述的模拟电信号进行滤波放大处理并输出。
图4为光-电转换装置工作原理示意图，参照图4，光-电转换装置的工作原理是：光-电转换装置首先利用第二光模块将来自单模光纤的数字光信号转换为数字电信号，再由串/并转换电路将高速串行数字电信号换为低速并行数字电信号送到第二CPLD模块中，第二CPLD模块根据相应的格式对此数字电信号进行解码后传输到D/A转换电路，然后由D/A转换电路将数字电信号转换为模拟电信号，最后通过第二滤波电路处理后输出。
第二滤波电路包括SGM9119芯片，SGM9119芯片具有滤波和放大功能，对模拟电信号进行6dB放大。与无源LC滤波电路对比能够提供较好的性能。SGM9119芯片能同时对三路的输入信号进行处理，光端机的可扩展性好。
D/A转换电路中包括SC9558芯片，可以满足恢复电流传感器信号的要求。D/A转换电路将8bit并行数字信号以高达25Mbps的速率转为模拟的电流输出。
第二CPLD模块包括EPM240T主控芯片，主要完成对高速、实时数字信号的解码处理。
所述的串/并转换电路包括LV1224芯片，以完成高速串/并转换。
第一光模块和第二光模块均为155Mb/s单模单纤光收发一体模块，具有双波长复用功能(发送1310nm、接收1550nm)。光模块的发射和接收独立工作，功耗低，性能优异。光接口为单模FC接口。第一和第二光模块性能参数相同，参照下表1。
表1光模块性能参数
速率 输出光功率P<sub>0</sub>(dBm) 灵敏度Sen(dBm) 传输距离
155Mb/s ≥－12 ≤-35 20km
优选地，高压接收装置为变压器，电流信号处理装置为调制器。
采用本发明实施例的电流传感器将，通过变压器将信号源转换50Hz的电流信号，电流传感器将采集的电流信号用同轴电缆传到光传输系统的电-光转换装置，电-光转换装置完成模拟电信号的电光转换，以光的形式发送到光纤，传输到光纤传输系统的光-电转换装置，光-电转换装置将数字光信号还原为模拟电信号，数据采集卡以200KHz的采样速率采集到计算机上显示波形。
通过调节信号发生器的频率，可以观测到光传输系统还原后的信号。在测试平台中，光传输系统发送端将信号发生器输出的模拟电信号转换为数字光信号发射到单模光纤，经过光纤传输到光传输系统接收端，将数字光信号还原为模拟电信号输出。测试频率分别为30Hz、50Hz、100Hz、500Hz、1kHz、5KHz、50KHz、100KHz和500KHz，峰峰值为1.0V。图5和图6为本实施例的电流传感器测试结果显示示意图，参照图5，所得性能测试结果显示，两波形分别为：a：信号发生器输出的模拟电信号(即系统的输入信号)b：经系统还原的模拟电信号(即系统的输入信号)两信号对比，波形还原度高，同频同幅度。光传输系统在100HZ-500KHz频率范围内具有很好的性能。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于光纤传输系统的电流传感器，其特征在于，包括：高压接收装置、光纤传输系统和电流信号处理装置；
所述的高压接收装置、光纤传输系统和电流信号处理装置电路连接；
所述的高压接收装置，用于采集高压电信号并将高压电信号传输至光纤传输系统；
所述的光传输系统，用于将接收到的模拟电信号转换为数字光信号，通过光纤进行传输，然后再转换为模拟电信号；
所述的电流信号处理装置，用于接收和解调所述光传输系统转换后的模拟电信号。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述的光纤传输系统包括：电-光转换装置、第一FC/PC接头、单模光纤、第二FC/PC接头和光-电转换装置；
所述的电-光转换装置、第一FC/PC接头、单模光纤、第二FC/PC接头和光-电转换装置顺序光纤连接；
所述的电-光转换装置，用于将模拟电信号转换为数字光信号后，通过所述第一FC/PC接头输入到所述单模光纤；
所述的光-电转换装置，用于通过所述第二FC/PC接头接收数字光信号，并将所述数值光信号恢复为模拟电信号，传输至电流信号处理装置。
3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述的电-光转换装置，包括第一滤波电路、A/D转换电路、第一CPLD模块、并/串转换电路和第一光模块；
所述的第一滤波电路，用于对模拟电信号进行滤波放大处理；
所述的A/D转换电路，用于将所述滤波放大处理的模拟电信号转换为数字电信号；
所述的第一CPLD模块，用于对所述的数字电信号进行编码打包，然后将编码后的数字电信号通过所述并/串转换电路进行并/串转换并发送到所述的第一光模块；
所述的第一光模块，用于将所述的数字电信号转换为数字光信号发送至所述单模光纤上。
4.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述的光-电转换装置包括第二光模块、串/并转换电路、第二CPLD模块、D/A转换电路、第二滤波电路；
所述的第二光模块，用于将单模光纤的数字光信号转换为数字电信号；
所述的串/并转换电路，用于将串行信号转换为并行信号；
所述的第二CPLD模块，用于对所述的低速数字电信号进行解码并发送到所述的D/A转换电路；
所述的D/A转换电路，用于将解码后的数字电信号转换为模拟电信号，并发送至所述的第二滤波电路；
所述的第二滤波电路，用于对所述的模拟电信号进行滤波放大处理并输出。
5.根据权利要求3所述的电流传感器，其特征在于，所述的第一滤波电路包括SGM9119芯片，所述的A/D转换电路中包括SC9085芯片，所述的第一CPLD模块包括EPM240T主控芯片，所述的并/串转换电路包括OCD87FK芯片。
6.根据权利要求4所述的电流传感器，其特征在于，所述的第二滤波电路包括SGM9119芯片，所述的D/A转换电路中包括SC9558芯片，所述的第二CPLD模块包括EPM240T主控芯片，所述的串/并转换电路包括LV1224芯片。
7.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述的高压接收装置为变压器，所述的电流信号处理装置为调制器。
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