CN110542789A - 一种光纤电流传感器和采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤电流传感器和采集装置，其中，光纤电流传感器包括：信号输入端口、信号处理器、第一光纤信号输出端口、第二光纤信号输出端口和光纤信号输入端口；其中：信号输入端口与信号处理器相连，用于获取输入信号；信号处理器分别与第一光纤信号输出端口和第二光纤信号输出端口相连，用于对输入信号进行信号处理后，通过第一光纤信号输出端口和第二光纤信号输出端口输出光纤信号；光纤信号输入端口与信号处理器相连，用于获取输入的光纤信号，信号处理器还用于对输入的光纤信号进行信号处理。本发明提供的光纤电流传感器，在配电网中，能够满足一二次融合的小型化、一体化、数字化和精确化的要求。

Description

一种光纤电流传感器和采集装置

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种光纤电流传感器和采集装置。

背景技术

随着国家电网公司坚强智能电网计划的实施，变电站将向智能变电站发展，一次设备要升级为智能电力设备，二次设备则成为智能控制单元，国家电网发布了智能变电站的整体技术规划，要求对于变电器、传感器等产品，应该加入代表智能化的自检、保护功能。另一方面，为适应国家电网线损精细化管理的要求，实现配电网分线线损计量，需要对一次设备电流传感器提出新的计量精度要求。

在现有技术中，配电网中主要采用的电流传感器为电磁式电流传感器。传统的电磁式电流传感器存在磁饱和现象，在运行中系统发生短路时，传感器铁芯将保留剩磁，铁芯饱和严重，使传感器暂态性能恶化，不能正确反映一次电流，造成保护拒动和误动作；体积大，重量较重，自身损耗大；与一二次融合计算机系统需要二次转换，存在匹配问题。

可见，随着有关技术标准要求的改变，现有的电磁式电流传感器在体积、尺寸以及应用上已不适用于一二次融合的小型化、一体化、数字化、精确化的要求。因此，在配电网中，如何设计电流传感器以满足一二次融合的小型化、一体化、数字化和精确化的要求，是一项亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，提出了一种光纤电流传感器和采集装置，在配电网中，能够满足一二次融合的小型化、一体化、数字化和精确化的要求。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种光纤电流传感器，包括：信号输入端口、信号处理器、第一光纤信号输出端口、第二光纤信号输出端口和光纤信号输入端口；其中：

所述信号输入端口与所述信号处理器相连，用于获取输入信号；

所述信号处理器分别与所述第一光纤信号输出端口和所述第二光纤信号输出端口相连，用于对所述输入信号进行信号处理后，通过所述第一光纤信号输出端口和所述第二光纤信号输出端口输出光纤信号；

所述光纤信号输入端口与所述信号处理器相连，用于获取输入的光纤信号，所述信号处理器还用于对所述输入的光纤信号进行信号处理。

优选地，所述信号输入端口包括：电流信号输入端子和电压信号输入端子；或者，所述信号输入端口为航空插头端子，其中，所述航空插头端子包括：电压信号正输入端子、电压信号负输入端子、电流信号正输入端子、电流信号负输入端子和模拟地端子。

优选地，所述信号处理器包括信号积分单元和信号隔离单元，其中：

所述信号积分单元，用于对所述电流信号输入端子获取到的电流信号进行积分处理；

所述信号隔离单元，用于对所述电压信号输入端子获取到的电压信号进行隔离处理。

优选地，所述光纤电流传感器还包括：

设置端口，所述设置端口与所述信号处理器连接，用于接收设置所述光纤电流传感器的参数。

优选地，所述设置端口为USB接口。

优选地，所述光纤电流传感器还包括：电源，用于为所述光纤电流传感器提供工作电源。

优选地，所述光纤电流传感器还包括：光纤电流传感器控制开关，用于对光纤电路器的工作状态进行控制。

优选地，所述控制开关为继电器，控制开关输出采用继电器接点输出，触点断开时，光纤电流传感器无电，触点闭合时，光纤电流传感器有电，处于工作状态。

优选地，所述第一光纤信号输出端口和所述第二光纤信号输出端口的连接线采用双屏蔽线，内屏蔽在端口侧接地，外屏蔽在二次设备侧接地。

一种采集装置，包括：三组光纤电流传感器，其中：

所述三组光纤电流传感器构成独立的三相输出，三相之间完全电气隔离。

本发明有益效果在于：本发明提供的光纤电流传感器，能够通过光纤电流传感器中的信号处理器对信号输入端口输入的信号进行快速的数字化处理，以及对光纤信号输入端口输入的光纤信号进行快速的数字化处理，通过信号处理器对信号进行数字处理，相对于现有的电磁式电流传感器，能够使得电流传感器的体积更加小型化；能够通过第一光纤信号输出端口和第二光纤信号输出端口输出的相应的光纤信号，通过采用光纤信号输出端口，相对于现有的电磁式电流传感器，能够使得信号传输的速度更快；并且，经过信号处理器处理后的光纤输出信号，不需要二次转换，就能够与一二次融合计算机系统相匹配，从而满足一二次融合的小型化、一体化和数字化的要求。

另外，本发明提供的光纤电流传感器，进一步能够通过电流信号输入端子和电压信号输入端子同时采集到电流信号和电压信号，并且能够通过信号处理器中的信号积分单元对电流信号进行积分处理，以及通过信号处理器中的信号隔离单元对电压信号进行隔离处理，使得采集到的电流信号和电压信号更加准确；并且，采用对输入信号数字化处理的方式，能够保证计量输出更加精确，满足一二次融合精确化的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明公开的一种光纤电流传感器实施例1的结构示意图；

图2为本发明公开的一种光纤电流传感器实施例2的结构示意图；

图3为本发明公开的一种航空插头端子YL1-16/5的结构示意图；

图4为本发明公开的一种采集装置实施例1的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

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和简化描述，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。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，为本发明公开的一种光纤电流传感器实施例1的结构示意图，所述光纤电流传感器可以包括：信号输入端口101、信号处理器102、第一光纤信号输出端口103、第二光纤信号输出端口104和光纤信号输入端口105；其中：

信号输入端口101与信号处理器102相连，用于获取输入信号；

信号处理器102分别与第一光纤信号输出端口103和第二光纤信号输出端口104相连，用于对输入信号进行信号处理后，通过第一光纤信号输出端口103和第二光纤信号输出端口104输出光纤信号；

光纤信号输入端口105与信号处理器102相连，用于获取输入的光纤信号，信号处理器102还用于对输入的光纤信号进行信号处理。

上述实施例提供的光纤电流传感器的工作原理为：通过信号输入端口获取输入信号，即通过信号输入端口采集输入信号，其中，获取的输入信号可以包括输入的电流信号和输入的电压信号；当信号输入端口采集到输入信号后，通过信号处理器对采集到的输入信号进行相应的信号处理，并将处理得到的光纤信号通过第一光纤信号输出端口和第二光纤信号输出端口输出，实现了光纤信号的采集。本发明提供的光纤电流传感器还可以通过光纤信号输入端口获取同步脉冲输入，信号处理器还可以进一步对输入的光纤信号进行信号处理。

综上所述，在配电网中，通过上述实施例提供的光纤电流传感器，能够通过光纤电流传感器中的信号处理器对信号输入端口输入的信号进行快速的数字化处理，以及对光纤信号输入端口输入的光纤信号进行快速的数字化处理，通过信号处理器对信号进行数字处理，相对于现有的电磁式电流传感器，能够使得电流传感器的体积更加小型化；能够通过第一光纤信号输出端口和第二光纤信号输出端口输出的相应的光纤信号，通过采用光纤信号输出端口，相对于现有的电磁式电流传感器，能够使得信号传输的速度更快；并且，经过信号处理器处理后的光纤输出信号，不需要二次转换，就能够与一二次融合计算机系统相匹配，从而满足一二次融合的小型化、一体化和数字化的要求。

如图2所示，为本发明公开的一种光纤电流传感器实施例2的结构示意图，所述光纤电流传感器可以包括：电流信号输入端子201、电压信号输入端子202、信号处理器203、第一光纤信号输出端口204、第二光纤信号输出端口205、光纤信号输入端口206、设置端口207、电源208和光纤电流传感器控制开关209；信号处理器203包括：信号积分单元2031和信号隔离单元2032；其中：

电流信号输入端子201与信号处理器203相连，用于获取电流信号；

电压信号输入端子202与信号处理器203相连，用于获取电压信号；

信号积分单元2031，用于对电流信号输入端子201获取到的电流信号进行积分处理；

信号隔离单元2032，用于对电压信号输入端子202获取到的电压信号进行隔离处理；

信号处理器202分别与第一光纤信号输出端口204和第二光纤信号输出端口205相连，用于对电流信号和电压信号进行信号处理后，通过第一光纤信号输出端口204和第二光纤信号输出端口205输出光纤信号；

光纤信号输入端口206与信号处理器202相连，用于获取输入的光纤信号，信号处理器202还用于对输入的光纤信号进行信号处理；

设置端口207，用于接收设置光纤电流传感器的参数；

电源208，用于为光纤电流传感器提供工作电源；

光纤电流传感器控制开关209，用于对光纤电路器的工作状态进行控制。

上述实施例提供的光纤电流传感器的工作原理为：当需要光纤电流传感器处于工作状态时，通过光纤电流传感器控制开关控制光纤电流传感器处于工作状态，通过电源为光纤电流传感器提供工作电源，然后通过电流信号输入端子获取电流信号，通过电压信号输入端子获取电压信号，获取到的电流信号通过信号积分单元进行积分处理，获取到的电压信号通过信号隔离单元进行隔离处理，经过积分处理后的电流信号和经过隔离处理后的电压信号通过信号处理器进行相应的信号处理，并将处理得到的光纤信号通过第一光纤信号输出端口和第二光纤信号输出端口输出，实现了光纤信号的采集。本发明提供的光纤电流传感器还可以通过光纤信号输入端口获取同步脉冲输入，信号处理器还可以进一步对输入的光纤信号进行信号处理。还可以通过设置端口，接收用于设置光纤电流传感器的参数。

综上所述，本实施例在上述实施例的基础上，进一步能够通过电流信号输入端子和电压信号输入端子同时采集到电流信号和电压信号，并且能够通过信号处理器中的信号积分单元对电流信号进行积分处理，以及通过信号处理器中的信号隔离单元对电压信号进行隔离处理，使得采集到的电流信号和电压信号更加准确；并且，采用对输入信号数字化处理的方式，能够保证计量输出更加精确，满足一二次融合精确化的要求。

具体的，在上述实施例中，信号积分单元在对电流信号输入端子获取到的电流信号进行积分处理时的其中一种实现方式可以是通过数字积分算法实现。数字积分通常可以有两种实现结构，一种是采用压频转换器和计数器实现，另一种是采用A/D转换器和数字信号处理器实现，其中，A/D转换器在性能上相对比压频转换器更有优势，A/D转换器可以采用基于矩形积分公式的数字积分器来实现。在实际应用中，数字积分器可以采用ADE7759芯片实现硬件电路的设计，该数字积分器具有-20Db/dec的衰减和大约-90°的相移，在40～70Hz范围内幅频、相频响应理想，相位随频率的波动完全可忽略，且性能稳定，能满足0.2级精度的要求。

具体的，在上述实施例中，信号隔离单元在对电压信号输入端子获取到的电压信号进行隔离处理时的其中一种实现方式是，可以采用BM-AV/IS隔离器将AC450V及以下的电压信号经电气隔离转换为DC4-20mA输出信号，该隔离器内设有浪涌保护回路，能够适用于复杂的工作环境。

具体的，在上述实施例中，如图3所示，信号输入端口的型号可以为航空插头端子YL1-16/5，其中，航空插头端子YL1-16/5包括：电压信号正输入端子1、电压信号负输入端子2、电流信号正输入端子3、电流信号负输入端子4和模拟地端子5。

具体的，在上述实施例中，设置端口可以为高速USB通用接口，通过USB接口作为光纤电流传感器参数设置口和调试口。

具体的，在上述实施例中，光纤电流传感器控制开关可以为继电器，控制开关开关量输出采用继电器接点输出，触点断开时，光纤电流传感器无电，触点闭合时，光纤电流传感器有电，处于工作状态。

需要说明的是，在上述实施例中，第一光纤信号输出端口和第二光纤信号输出端口的连接线应采用双屏蔽线，以免信号在传输过程中受到干扰，内屏蔽在端口侧接地，外屏蔽在二次设备侧接地。

如图4所示，为本发明公开的一种采集装置实施例1的结构示意图，所述采集装置包括三组相同的光纤电流传感器ECVT-01EDD，三组光纤电流传感器分成独立三相输出，三相完全电气隔离，每一相可采集一路空心线圈输出和一路电阻分压输出的信号；且每一相可接收秒脉冲，接收的秒脉冲满足GB/T20840.8规定的技术指示，同时可配置秒脉冲跟随输出，跟随输出的相移小于25ns，输出的秒脉冲可级联到第二相秒脉冲的输入。需要说明的是，如果不配置成秒脉冲输出，也可配置成采集装置数字信号输出，即同时有两路光纤数字输出接口。

具体的，如图4所示，采集装置中每个光纤电流传感器包括电源、控制开关，其中，控制开关输入输出端子采用5位端子排输入；控制开关的输出可以采用继电器接点输出，触点断开，光纤电流传感器无电，触点闭合，光纤电流传感器有电。

具体的，采集装置中每个光纤电流传感器包括信号输入端口S1，其中，如图3所示，信号输入端口S1可以为航空插头端子YL1-16/5，其中，航空插头端子YL1-16/5包括：电压信号正输入端子1、电压信号负输入端子2、电流信号正输入端子3、电流信号负输入端子4和模拟地端子5。

具体的，采集装置中每个光纤电流传感器包括：第一光纤信号输出端口FTX1、第二光纤信号输出端口FTX2、光纤信号输入端口FRX1和用于接收设置所述光纤电流传感器的参数的USB接口。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种光纤电流传感器，其特征在于，包括：信号输入端口、信号处理器、第一光纤信号输出端口、第二光纤信号输出端口和光纤信号输入端口；其中：

所述信号输入端口与所述信号处理器相连，用于获取输入信号；

所述信号处理器分别与所述第一光纤信号输出端口和所述第二光纤信号输出端口相连，用于对所述输入信号进行信号处理后，通过所述第一光纤信号输出端口和所述第二光纤信号输出端口输出光纤信号；

所述光纤信号输入端口与所述信号处理器相连，用于获取输入的光纤信号，所述信号处理器还用于对所述输入的光纤信号进行信号处理。

2.根据权利要求1所述的光纤电流传感器，其特征在于，所述信号输入端口包括：电流信号输入端子和电压信号输入端子；或者，所述信号输入端口为航空插头端子，其中，所述航空插头端子包括：电压信号正输入端子、电压信号负输入端子、电流信号正输入端子、电流信号负输入端子和模拟地端子。

3.根据权利要求1所述的光纤电流传感器，其特征在于，所述信号处理器包括信号积分单元和信号隔离单元，其中：

所述信号积分单元，用于对所述电流信号输入端子获取到的电流信号进行积分处理；

所述信号隔离单元，用于对所述电压信号输入端子获取到的电压信号进行隔离处理。

4.根据权利要求1所述的光纤电流传感器，其特征在于，还包括：

设置端口，所述设置端口与所述信号处理器连接，用于接收设置所述光纤电流传感器的参数。

5.根据权利要求4所述的光纤电流传感器，其特征在于，所述设置端口为USB接口。

6.根据权利要求1所述的光纤电流传感器，其特征在于，还包括：电源，用于为所述光纤电流传感器提供工作电源。

7.根据权利要求1所述的光纤电流传感器，其特征在于，还包括：光纤电流传感器控制开关，用于对光纤电路器的工作状态进行控制。

8.根据权利要求7所述的光纤电流传感器，其特征在于，所述控制开关为继电器，控制开关输出采用继电器接点输出，触点断开时，光纤电流传感器无电，触点闭合时，光纤电流传感器有电，处于工作状态。

9.根据权利要求1所述的光纤电流传感器，其特征在于，所述第一光纤信号输出端口和所述第二光纤信号输出端口的连接线采用双屏蔽线，内屏蔽在端口侧接地，外屏蔽在二次设备侧接地。

10.一种采集装置，其特征在于，包括：三组如权利要求1-9任一所述的光纤电流传感器，其中：三组所述光纤电流传感器构成独立的三相输出，三相之间完全电气隔离。