CN111198288A - 一种基于光纤传输的高压信号采集系统及其采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电气工程领域的一种基于光纤传输的高压信号采集系统及其采集方法，以解决振荡电路中由于电容设置而产生的误差，提升检测的精度。为了实现上述目的，本技术方案包括位于信号接收端的一次传感器和位于信号传输端的用于模拟量单元输出的信号输出模块，所述一次传感器与信号输出模块之间连接有一次变换器、传输系统、二次传感器和二次变换器；所述数据处理模块带有分电器，分电器一端传输至合并单元，分电器一端传输至驱动电路和激光器。相对于采用单一变换测量的现有技术，本技术方案中利用电压和光强进行二次测量，利用光强进行准确性和灵敏度弥补。

Description

一种基于光纤传输的高压信号采集系统及其采集方法

技术领域

本发明属于电气工程领域，具体是一种基于光纤传输的高压信号采集系统及其采集方法。

背景技术

在电气工程领域中，当前多数电压信号采集电路是将强电压信号经过传感器转换为弱电压信号，再经过导线传递到控制侧AD转换电路，最后送达控制器中，这样的电路没有完全实现主电路与控制电路的电气隔离，另外若远距离传输弱电信号，传输信号会受到导线寄生电感等因素影响，进而使得线性度降低，同时也会受到控制侧数字信号和其他信号的干扰而降低被传递信号的准确性。

为了实现低压侧控制电路与高压侧主电路的电气隔离，且在远距离传输信号时满足信号传递快速而精确的要求，本方法采用光纤传输的方式，结合了高精度的电压检测技术、快速的压频转换技术和频率检测技术，可使高压信号采集系统的性能满足工程实际的要求。

为了实现上述目的，现有技术公告号为CN110488065A的发明，公开了一种基于光纤传输的高压信号采集系统。该高压信号采集系统主要由高压信号测量模块、压频转换模块、光电转换接头、光纤传输线和频率检测模块组成。本发明采用了将采集到的高压信号转换为频率信号并通过光纤传输，实现了高压主电路与低压控制电路的电气隔离，系统具备传输精度高，传输速率快，抗干扰能力强等特点。这种方法采用FPGA通过周期测频法实现频率检测，并且与DSP等控制器联合使用，实现了多路信号采集。

上述方案中虽然利用信号测量模块和压频转化模块实现了电压与电频的测量但是这种系统的缺陷在于检测的精度仅仅依靠压频转化模块实现，而压频转化模块中的振荡电路往往是利用电容产生，而电容的缺陷在于电容越大，振荡产生的频率误差也越大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是解决振荡电路中由于电容设置而产生的误差，提升检测的精度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于光纤传输的高压信号采集系统，包括位于信号接收端的一次传感器和位于信号传输端的用于模拟量单元输出的信号输出模块，所述一次传感器与信号输出模块之间连接有一次变换器、传输系统、二次传感器和二次变换器；

所述一次传感器由上到下依次连接有空心线圈，光纤、光缆和合并单元，所述光纤外部包裹有复合绝缘子，所述空心线圈处连接信号接收端，所述合并单元连接传输系统，合并单元内沿电流的流动方向依次连接PIN模块和数据处理模块，所述数据处理模块带有分电器，分电器一端传输至合并单元，分电器一端传输至驱动电路和激光器。

一种基于光纤传输的高压信号采集方法，

S1、将高压信号接入一次传感器内，利用一次传感器首先对电流进行数字信号输出；

S2、传输系统中将高压电路保真传输至二次传感器中；

S3、此时二次传感器将电信号转化为光信号再利用PIN模块输出；

S4、输出的信号经过二次变换器重新转化为电信号，此时电信号发送至指定目标。

进一步，所述空心线圈采用罗哥夫斯基线圈，空心线圈贯穿有横向的导电杆，其中空心线圈密度恒定，空心线圈横截面与中心线垂直。

进一步，所述二次传感器内部沿电流的流动方向依次连接有LED模块、第一准直透镜、起偏器、环流单元、检偏器、第二准直透镜和PIN模块。

进一步，所述环流单元包括将起偏器传递的光线折射后传递至检偏器的重火石玻璃，重火石玻璃内部包裹有载流导体。

进一步，所述传输系统为LM331高精度压频转换电路。

本方案的技术原理如下：利用一次传感器进行第一次电信号测量，测量时利用罗哥夫斯基线圈输出电压与测量电流的时间导数呈正比的关系，可以直接将电压积分算取待测电流，此时利用一次变换器将电信号转化为数字信号，将初始的高压信号的电流信息测出，随后在经过一次变化器信号放大后的电流，利用二次传感器中利用电流驱动LED模块，LED模块将电信号转化为光信号，此时对输出调制光强进行变换，即可得到变换后的被测电流。

采用上述方案后实现了以下有益效果：1、相对于采用单一变换测量的现有技术，本技术方案中利用电压和光强进行二次测量，提高了测量的准确性，电压测量时由于电容存在的原因，电容越大误差越大，此时利用光强进行准确性和灵敏度弥补。

2、相对于利用光强测量的现有技术，本技术方案中利用一次传感器对电压信号进行接收，避免环境原因造成光强测量的二次传感器产生晃动或震动现象，提升测量和信号接收的稳定性。

3、相对于一次传感器和二次传感器相互结合的现有技术，本技术方案中利用LM331高精度压频转换电路将电压转化为电频，避免了外接A/D转换器，直接形成振荡电路，简化了电路元器件的添加，便于信号的直接输出测量。

附图说明

图1为本发明实施例的电路连接模块图；

图2为图1中一次传感器的结构图；

图3为图1中二次传感器的结构图；

图4为图1中LM331高精度压频转换电路电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

说明书附图中的附图标记包括：空心线圈1、导电杆2、光纤3、光缆4、复合绝缘子5、重火石玻璃6、载流导体7、第一准直透镜8、起偏器9、检偏器10、第二准直透镜11。

实施例基本如附图1所示：一种基于光纤3传输的高压信号采集系统，包括位于信号接收端的一次传感器和位于信号传输端的用于模拟量单元输出的信号输出模块，所述一次传感器与信号输出模块之间连接有一次变换器、传输系统、二次传感器和二次变换器；

请参考图2，一次传感器由上到下依次连接有空心线圈1、光纤3、光缆4和合并单元，光纤3外部包裹有复合绝缘子5，空心线圈1采用罗哥夫斯基线圈，空心线圈1贯穿有横向的导电杆2，其中空心线圈1密度恒定，空心线圈1横截面与中心线垂直。。

请参考图4，空心线圈1处连接信号接收端，合并单元连接传输系统，传输系统为LM331高精度压频转换电路，合并单元内沿电流的流动方向依次连接PIN模块和数据处理模块，所述数据处理模块带有分电器，分电器一端传输至合并单元，分电器一端传输至驱动电路和激光器。

请参考图3，二次传感器内部沿电流的流动方向依次连接有LED模块、第一准直透镜8、起偏器9、环流单元、检偏器10、第二准直透镜11和PIN模块，环流单元包括将起偏器9传递的光线折射后传递至检偏器10的重火石玻璃6，重火石玻璃6内部包裹有载流导体7。

具体实施过程如下：将高压信号接入一次传感器内，利用一次传感器进行第一次电信号测量，测量时利用罗哥夫斯基线圈输出电压与测量电流的时间导数呈正比的关系，可以直接将电压积分算取待测电流。

此时利用LM331高精度压频转换电路将电信号转化为高频信号，将高压信号的电流信息测出，传输系统中将高压电路保真传输至二次传感器中；此时二次传感器将电信号转化为光信号，转化过程中二次传感器中利用电流驱动LED模块，LED模块将电信号转化为光信号，此时对输出调制光强进行变换，即可得到被测电流，被测的电流利用PIN模块输出。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种基于光纤传输的高压信号采集系统，其特征在于：包括位于信号接收端的一次传感器和位于信号传输端的用于模拟量单元输出的信号输出模块，所述一次传感器与信号输出模块之间连接有一次变换器、传输系统、二次传感器和二次变换器；

所述一次传感器由上到下依次连接有空心线圈，光纤、光缆和合并单元，所述光纤外部包裹有复合绝缘子，所述空心线圈处连接信号接收端，所述合并单元连接传输系统，合并单元内沿电流的流动方向依次连接PIN模块和数据处理模块，所述数据处理模块带有分电器，分电器一端传输至合并单元，分电器一端传输至驱动电路和激光器。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传输的高压信号采集系统，其特征在于：所述空心线圈采用罗哥夫斯基线圈，空心线圈贯穿有横向的导电杆，其中空心线圈密度恒定，空心线圈横截面与中心线垂直。

3.根据权利要求2所述的一种基于光纤传输的高压信号采集系统，其特征在于：所述二次传感器内部沿电流的流动方向依次连接有LED模块、第一准直透镜、起偏器、环流单元、检偏器、第二准直透镜和PIN模块。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤传输的高压信号采集系统，其特征在于：所述环流单元包括将起偏器传递的光线折射后传递至检偏器的重火石玻璃，重火石玻璃内部包裹有载流导体。

5.根据权利要求4所述的一种基于光纤传输的高压信号采集系统，其特征在于：所述传输系统为LM331高精度压频转换电路。

6.一种基于光纤传输的高压信号采集方法，其特征在于：

S1、将高压信号接入一次传感器内，利用一次传感器首先对电流进行数字信号输出；

S2、传输系统中将高压电路保真传输至二次传感器中；

S3、此时二次传感器将电信号转化为光信号再利用PIN模块输出；

S4、输出的信号经过二次变换器重新转化为电信号，此时电信号发送至指定目标。

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