CN202582781U

CN202582781U - 基于荧光光纤技术的变压器绕组温度测量装置

Info

Publication number: CN202582781U
Application number: CN201220184686.0U
Authority: CN
Inventors: 朱俊
Original assignee: JIANGSU JUNLONG ELECTRIC POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Chun Long Photoelectric Polytron Technologies Inc
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-04-26

Abstract

本实用新型提供了一种基于荧光光纤技术的变压器绕组温度测量装置，它包括：光纤温度传感器、光电转换器、光源驱动模块、放大器模块、光源触发模块、同步采集AD转换器、主控CPU模块和IEC61850通信规约转换模块。其优点是：本实用新型使用ARM处理器产生基准激励脉冲，同时用其激励脉冲和其反向脉冲作为基准信号，用高速同步采样来完成对基准信号和荧光信号的采集，消除各个采集通道之间的延迟；并在ARM处理器中完成对荧光信号的解调，从而省去模拟锁相环及滤波器等模拟电路使得系统复杂性大大降低、可靠性大大增加，并且由于使用数字计算，使得采集装置一致性较好。

Description

基于荧光光纤技术的变压器绕组温度测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于荧光光纤技术的变压器绕组温度测量装置，用于变压器绕组温度在线监测。

背景技术

变压器绕组温度是反映电力变压器运行状态的最主要的参数之一，但是由于绝缘问题，大多采用铂电阻等接触式测温传感器测量变压器油中温度，根据不同测量点的温度分布，根据变压器绕组发热模型计算出绕组热点温度。由于不是直接测量，温度误差较大。

荧光光纤测温技术是荧光测温技术与光纤技术的结合，既安全又不受强电磁场干扰，测量精度也较高。与其他测温方式相比荧光测温技术具有许多优点，如实现温度的绝对测量，测温精度不受被侧体表面发射率的影响，在中低温范围内有很高的灵敏度和测量精度等。而光纤材料天然的绝缘特性使得其在测量高压设备温度时不用额外设计监测装置的绝缘，从而使荧光光纤测温技术成为监测高压设备高压侧温度的首选方法。

现有的荧光寿命型传感器的设计中，大多都使用锁相环加低通滤波器来完成对荧光信号的解调，但是由于模拟电路中各个通道的差异及滤波器的相移特性，使得传感器之间的差异性较大，在实际使用时需要一一校准。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于荧光光纤技术的变压器绕组温度测量装置。

按照本实用新型提供的技术方案，所述基于荧光光纤技术的变压器绕组温度测量装置，包括：光纤温度传感器、光电转换器、光源驱动模块、放大器模块、光源触发模块、同步采集AD转换器、主控CPU模块，每个光纤温度传感器连接一个光电转换器，每个光电转换器的输入端连接一个光源驱动模块，光源驱动模块的输入端通过光源触发模块连接主控CPU模块的输出端，所述每个光电转换器的输出端通过一个放大器连接同步采集AD转换器的输入端，所述同步采集AD转换器与主控CPU模块相连；光纤温度传感器接收光电转换器发出的激励光并发射出与温度对应的荧光，光电转换器将光源驱动模块的电信号转换成光信号并通过滤光片将光信号入射到光纤温度传感器，同时将光纤温度传感器发出的荧光转换成电信号，放大器模块将光电转换器的的微弱电信号放大；光源触发模块发生调制光源；所述同步采集AD转换器，同时完成对一路基准信号和几路传感器信号的采集；主控CPU模块将基准信号和传感器信号存入内部缓存，分别将基准信号、传感器信号进行滤波处理，然后将一路基准信号反相后作为第二基准信号，用基准信号与传感器信号相乘的值除以第二基准信号与采集信号相乘的值，得到的结果即反映出光纤温度传感器测得的温度值。

所述主控CPU模块与IEC 61850通信规约转换模块相连，IEC 61850通信规约转换模块负责将数据以IEC61850标准数据格式发出。

所述光源触发模块是采用主控CPU模块中定时器设定一定时间周期的中断信号产生一定频率的方波。所述主控CPU模块包括ARM芯片LPC2292，所述方波通过LPC2292的第25脚输出。

所述放大器模块包括：第一运放的输出端连接自身的反相输入端，第一运放的同相输入端通过第一电阻接模拟地，第一运放的输出端还通过第二电阻连接第二运放的反相输入端，第二运放的同相输入端通过平衡电阻接模拟地，第二运放的输出端通过输出匹配电阻和第四电阻连接第二运放的反相输入端，在所述第四电阻上并联有相位补偿电容；其中第一电阻和第一运放构成电流电压转换电路，将光电转换器获取的微弱电流信号转换成电压信号，第二电阻、第四电阻和第二运放构成反相放大电路。

所述同步采集AD转换器采用AD7606-6芯片。

所述主控CPU模块包括ARM芯片LPC2292和存储器芯片IS61WV102416BLL，二者通过系统数据线和系统地址线相连，ARM芯片还连接存储器芯片的读、写控制引脚。

本实用新型的优点是：本实用新型使用ARM处理器产生基准激励脉冲，同时用其激励脉冲和其反向脉冲作为基准信号，用高速同步采样来完成对基准信号和荧光信号的采集，消除各个采集通道之间的延迟；并在ARM处理器中完成对荧光信号的解调，从而省去模拟锁相环及滤波器等模拟电路使得系统复杂性大大降低、可靠性大大增加，并且由于使用数字计算，使得采集装置一致性较好。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构图。

图2是放大器模块电路原理图。

图3是同步采集AD转换器电路原理图。

图4是主控CPU模块中ARM芯片引脚图。

图5是主控CPU模块中存储芯片引脚图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括光纤温度传感器、光电转换器、光源驱动模块、放大器模块、光源触发模块、同步采集AD转换器、主控CPU（LPC2292）模块，每个光纤温度传感器连接一个光电转换器，每个光电转换器的输入端连接一个光源驱动模块，光源驱动模块的输入端通过光源触发模块连接主控CPU模块的输出端，所述每个光电转换器的输出端通过一个放大器连接同步采集AD转换器的输入端，所述同步采集AD转换器与主控CPU模块相连。

光纤温度传感器接收光电转换器发出的激励光并发射出与温度对应的荧光，光电转换器将光源驱动模块的电信号转换成光信号并通过滤光片将光信号入射到光纤温度传感器，同时将光纤温度传感器发出的荧光转换成电信号，放大器模块将光电转换器的的微弱电信号放大；光源触发模块发生调制光源；所述同步采集AD转换器，同时完成对一路基准信号和几路传感器信号的采集；主控CPU模块将基准信号和传感器信号存入内部缓存，分别将基准信号、传感器信号进行滤波处理，然后将一路基准信号反相后作为第二基准信号，用基准信号与传感器信号相乘的值除以第二基准信号与采集信号相乘的值，得到的结果即可反映出光纤温度传感器测得的温度值。

其中光纤温度传感器、光电转换器和光源驱动模块使用通用模块实现，本专利不再赘述。

所述光源触发模块采用主控CPU模块中定时器设定一定时间周期的中断信号产生一定频率的方波，并通过LPC2292（U40）的第25脚输出。

如图2所示，所述放大器模块包括：第一运放U1A的输出端连接自身的反相输入端，第一运放U1A的同相输入端通过第一电阻R1接模拟地，第一运放U1A的输出端还通过第二电阻R2连接第二运放U1B的反相输入端，第二运放U1B的同相输入端通过平衡电阻R3接模拟地，第二运放U1B的输出端通过输出匹配电阻R5和第四电阻R4连接第二运放U1B的反相输入端，在所述第四电阻R4上并联有相位补偿电容C1；其中第一电阻R1和第一运放U1A构成电流电压转换电路，将光电转换器获取的微弱电流信号转换成电压信号，第二电阻R2、第四电阻R4和第二运放U1B构成反相放大电路。

如图3所示，所述同步采集AD转换器采用AD7606-6芯片。图中3、4、5号引脚为过采样选择端，分别与主控CPU模块中LPC2292对应的过采样选择输出引脚相连，进行过采样选择；6号引脚为AD7606-6接口方式选择，接低电平时选择并行输出方式，接高电平选择串行输出方式，本设计中接低电平选择并行方式；7号引脚为挂起引脚，由主控CPU模块控制AD7606-6是否挂起，低电平有效；8号引脚为RANGE选择输入端，接100K电阻R500接地，同时与主控CPU模块LPC2292的AD_RangeSel引脚相连，当RANGE输入端为低电平时，采样范围为±5V，当RANGE输入端为高电平时，采样范围为±10V；23号引脚为VDRIE引脚，采用3.3V；9、10号引脚为前三路、后三路采样频率输入引脚；11号脚为RST引脚，当AD7606-6正常工作前，需要对其进行复位操作，由主控CPU模块进行控制；12、13脚分别为读取控制数据时AD7606-6的读信号输入引脚以及片选信号输入引脚；14号脚为中断输出引脚，每次采样完成，AD7606-6将输出中断信号通知LPC2292采样结束；15号脚为FirstData标志引脚，用于串行输出方式中起标记作用；44、45脚分别为前三路、后三路参考电容引脚，接10uF电容C504后接46号脚AGND，保证采样过程中参考电压波形稳定。

如图4、5所示，所述主控CPU模块主要由ARM芯片LPC2292、存储器芯片IS61WV102416BLL组成。

图4中，接插件J40、电阻R40、R41、R41、R45和电容C40共同组成LPC2292 U40的程序下载接口及系统上电复位电路。42和49脚为串口通信端口，主要与61850规约转换模块通信。33脚和99脚为触发信号输入端口，当有触发信号时，由LPC2292启动数据采样程序，59、61、68和12脚构成SPI通信端口，主控CPU主要通过SPI端口向DA转换器输出设定阀值。100脚为AD转换完毕信号，当其为低电平时，表明AD转换结束，ARM可按照规定时序读取AD转换值。电容C43、C44、晶振JT40和电阻R45构成ARM的振荡时钟，为系统提供稳定时钟。图4、5中，Exi_DATA0-15系统数据线，AD_RangeSel、AD_RST、AD_nSTBY、AD_OverSmpl0-2及AD_FstData在同步采集AD转换器部分已经介绍。Exi_ADD0-23为系统地址线。Exi_nRD、Exi_nWR分别为读、写控制信号。CS_SRAM和AD_CS分别为存储器和同步采集AD转换器的选通线。

Claims

1. 基于荧光光纤技术的变压器绕组温度测量装置，其特征是：包括光纤温度传感器、光电转换器、光源驱动模块、放大器模块、光源触发模块、同步采集AD转换器、主控CPU模块，每个光纤温度传感器连接一个光电转换器，每个光电转换器的输入端连接一个光源驱动模块，光源驱动模块的输入端通过光源触发模块连接主控CPU模块的输出端，所述每个光电转换器的输出端通过一个放大器连接同步采集AD转换器的输入端，所述同步采集AD转换器与主控CPU模块相连；光纤温度传感器接收光电转换器发出的激励光并发射出与温度对应的荧光，光电转换器将光源驱动模块的电信号转换成光信号并通过滤光片将光信号入射到光纤温度传感器，同时将光纤温度传感器发出的荧光转换成电信号，放大器模块将光电转换器的的微弱电信号放大；光源触发模块发生调制光源；所述同步采集AD转换器，同时完成对一路基准信号和几路传感器信号的采集；主控CPU模块将基准信号和传感器信号存入内部缓存，分别将基准信号、传感器信号进行滤波处理，得出光纤温度传感器测得的温度值。

2.如权利要求1所述的基于荧光光纤技术的变压器绕组温度测量装置，其特征是，所述主控CPU模块与IEC 61850通信规约转换模块相连。

3.如权利要求1所述的基于荧光光纤技术的变压器绕组温度测量装置，其特征是，所述主控CPU模块包括ARM芯片LPC2292。

4.如权利要求1所述的基于荧光光纤技术的变压器绕组温度测量装置，其特征是，所述放大器模块包括：第一运放（U1A）的输出端连接自身的反相输入端，第一运放（U1A）的同相输入端通过第一电阻（R1）接模拟地，第一运放（U1A）的输出端还通过第二电阻（R2）连接第二运放（U1B）的反相输入端，第二运放（U1B）的同相输入端通过平衡电阻（R3）接模拟地，第二运放（U1B）的输出端通过输出匹配电阻（R5）和第四电阻（R4）连接第二运放（U1B）的反相输入端，在所述第四电阻（R4）上并联有相位补偿电容（C1）；其中第一电阻（R1）和第一运放（U1A）构成电流电压转换电路，将光电转换器获取的微弱电流信号转换成电压信号，第二电阻（R2）、第四电阻（R4）和第二运放（U1B）构成反相放大电路。

5.如权利要求1所述的基于荧光光纤技术的变压器绕组温度测量装置，其特征是，所述同步采集AD转换器采用AD7606-6芯片。

6.如权利要求1所述的基于荧光光纤技术的变压器绕组温度测量装置，其特征是，所述主控CPU模块包括ARM芯片LPC2292和存储器芯片IS61WV102416BLL，二者通过系统数据线和系统地址线相连，ARM芯片还连接存储器芯片的读、写控制引脚。