SE414429B - Metdon med optisk signaloverforing - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 Ü7s111es-se . 2 till sändarsidane organ kan vara problematisk, t ex i de fall dessa. är be- lägza på. hög potentialnivâ.

Man vill vid mätning på. hög potential om möjligt komna ifrån de hittills vanliga ström- och spänningstransformatorerna för höga spänningar, men det har inneburit ett problem att överföra energi från mottagarsidan till sän- darsidan.

, Vid en tidigare patentsöizt anordning (svenskpatentansökan 78-09961-1) an- vändes ett mätdon för överföring av en mätsigxual från en givare över ett visst avstånd ooh/eller en viss potentialskillnad. Mätdonet har en i anslut- ning till givaren anordnad sänder-sida, som med en optisk överföringsläzxk är förbunden med en mottagarsida.. På. sändarsidan finns jämförande organ, som jämför mätsigrxaler med en från mottagarsidan överförd -återkopplingssigriaL Jämförelseresultatet överförs till mottagarsidan, där det styr en regulator, vars utsignal utgör såväl återkopplingssigzzal som mätdonets utsignal. Mät- donet' har vidare organ för automatisk konstanthållning av förstärkningen i överföringslänken för återkopplingssigzzalen. Denna. anordning innebär enlös- ning av ovannämnda problem, och eftersom endast små. felsignaler sände från sändar- till mottagarsidan är dynamiken hos denna. överföring låg. Dynamiken hos totala. övørföringen bestäms helt av dynamiken i överföringen av åter- kopplingssignalen från mottagar- till sändarsidan.

Man vill kunna. komplettera denna. anoming och fortfarande lösa ovan anförda. problem för det' fall, när man har tillgång till viss effekt på. sändarsidan.

Man vill då. även ha en viss dynamik på sàndarsidan.

Föreliggande uppfinning innebär en lösning av dessa problem och kännetecknas därav, att sändarsidan innefattar organ för kombinering av inkommande mät- * signaler (Hin) med referenssigxaaler (Vref) till minst två. olika signaler, anordnade att överföras till mottagarsidan via. minst två. parallella optiska kanaler, samt att mottagarsidan innefattar anordningar för emottagande av de överförda signalerna. och för att ur dessa signaler bilda utsignal (Hut) bero- ende av sändarsidszxs mätsigazaler (Um) och oberoende av drift och instabili- tet i de optiska kanalerna med tillhörande optoelektronik. Man erhåller här en driftsäker och enkel utrustning med relativt få. fiber-överföringar och enkel elektronik.

Uppfinningen är exemplifierad i bifogade figurer, av vilka fig 1 visar en optiskt kopplad, analog mätförstärkare (mätdon) enligt uppfinningen, där 7811165-5 utsignalen bildas genom skillnadsbildning mellan de överförda optiska signa- lerna, fig 2 en alternativ anordning för linjärisering av överföringen som medför lägre effektförbrulcxing på. sändarsidan och fig 3 en optiskt kopplad, analog mätförstärkare, där utsignalen erhålls genom kvotbildning. 5 Fig 1 visar ett optiskt kopplat mätdon enligt uppfinningen för överförande 'av en analog elektrisk insignal Um till en analog elektrisk utaignal Uu .

Mätdonet 'består av en eändarsida S och en mottagarsida M, vilka är förbundna med varandra med hjälp av minst två ljualedare 8, 9. Sändar- och mottagar- sidan kan vara belägna på ett inbördes avstånd pä. upp till flera kilometer, 10 o.ch de kan vara belägna. på. olika elektrisk potential. I Alternativt, t ex där endast en ej alltför stor potentialskillnad skall över- bryggas, kan sändar- och mottagarsidan vara i anslutning till varandra, var- vid ljusledarrxa med tillhörande lys- och fotodioder kan utgöras av optokopp- lare. 15 Fig 1 visar alltså. en optiskt kopplad, analog mätförstärkare, där stabilise- ringen av den analoga överföringen sker enligt bryggprincip. Mätsignalen Um placeras symmetriskt lcring ett referensplan med spänningsdelaren 1 med refe- rensplanet i mittpunkten. Man erhåller härvid signalerna. +Uin/2 och -Uin/Z.

Signalen win/Z går via den analoga. kontaktanordningen, fälteffekttransistorn 20 2, till ett suxnmeringsdon 51, där denna signal adderas till en referensspän- ning Vmf från en konstantspänningskälla, och den sanmansetta signalen (alm/z + vref) gai- nn ingångssidan på förstärkaren 4. Pa motsvarande sätt erhålles en sanunansatt signal (-Uin/2 + Vref) från summeringsdonet 32 sedan -ujn/z passerat fältefrekttransiecem 5. signum påröm förstärkaren s. 25 re två sålunda kombineras signerar-na min/z + v mf och -Uin/e + vref går in på. två parallella signalvägar, bestående av förstärkare 4 resp 5, vilka ljus- återkopplats medelst fotodioderzxa. 26 resp 27, lysdioder 6 resp 7 och de två. optiska kanalerna. 8 och 9 (ljusledarfibrer), fotodioder 10 resp 11, de reg- lerbara fotoförstärkama 12 resp 15 samt en variabel förstärkare 15 resp en 30 förstärkare 1:1, med fast förstärkning. Ãterföringskretsanxa, som innehåller fotodiodezne 26 och 27, kompenserar för olineariteter hos lysdiodarna. 6 och 7. Signalväganxa (kanalerna) skiljer sig genom att förstärkaren 14 i den övre kanalen i fig 1 har fast förstärkning, medan förstärkningen hos för- stärkaren 15 i den undre kanalen är variabel. Mätförloppet är tidsmässigt 35 uppdelat (tidsmultiplexat) i två, intervall, ett där överföringar: i de båda. ;-1811165-s kanalerna balanseras och ett där själva mätningen genomföras. Signalvägarna vid mätsigxzalsidan i sändardelen S styras via transistorerxxa medelst en styr- logik 20 (se nedan).

Under balsnseringsintervallet är trsnsistorerna eller switohenm 2 och 3 p öppna, varför insignalerzza till de båda kanalerna har same spänning - Vmf. p Utsigrzalerna irån kanalerna. på förstärkare 14 resp 15 jämföras i summerings- donet 33 och en eventuell avvikelse 'beroende på parametervariationer (åld- ring av dioderna, ljusledarnas ändrade krökning, olikheter hos de Variable. förstärkaren. etc) ger upphov till en felsigzal, vilken pâföres regulatorn V1 7, som via. "track and hold" (följ- och hâlllcretsen) 18 styr förstärlmingen i den Variable. förstärkaren 15. Balanseringen av de två. kanalenæa gör, att totala överfasríngskarmeristiken 1 ae tva mmm-na 6-10 ma; 7-11 fans åt trots variation hos optokomponenternas parametrar. Swmmxan av signalerna från förstärkarna 14 och 15 bildas i summeringsdonet 34 och jämförs i .en skillnadsbildare 35 med en konstant spänning Uo, och skillnaden får via en regulator 19 påverka förstärlnxingarna i förstärkarna 12 och 15. Genom detta förfarande 'kompenseras för de" variationer, som uppträder i båda kanalerna samtidigt. Under mätintervallet hållas förstärlmingen i förstärkaren 15 kon- stan: genom att "fraok-mla"-kreteen (r/s) 1e arbetar 1 hauäge och spän- ningarna Vmi. + Hin/Z resp Vref - m/Z kopplas till ingângarna. till förstär- ksrna 4 resp 5. Detta tidsintervall kallas mätintervall till skillnad från det ovan beskrivna, som kallas kalibreringsintervall.

Under mätintervallet fås utsignalen som skillnaden mellan utsignalerna på. förstärkarna 14 ooh 15. T/H-kretsen 16 gör att utsignalen kan hållas kon- stant under balsnseringsintervallet (kalibreringsintervallet). T/H-kretssma 16 och 18 styrs från styrlogiken 20, som även manövreras: de analoga. switoharna (transistorerxza) 2 och 3 via en förstärkare 21, en lysdiod 22, en ljusledar- fiber 25 och en fotoströmförstärkare 25.

Effekten till sändarsidsn överföras på optisk väg genom att en ström går genom lysdioder-na, alternativt halvledarlasranxa 28, och omvandlas till ljus. Ljuset ledas genom en eller flera ljusledarfibrer 29 till de serie- kopplade. fotodioderna 30, vars utspänning utgör alektronikens matning. I via musser-mg (2 och 3 öppna) erhanea följande :som ut från summer-inge- donet 33: 10 15 20 25 5 7811165-s k1 ° vref _ k2 ° vref ' (k1 ' 1:2) vref k1 ech 1:2 är de totala förstärlmingsfaktorenaa, i de två. kanalerna.

Regulatorn 17 inställes så., att 1:1 - 1:2 = 0 och 1:1 n 1:2 n k.

Regulatom 19 inställes så. att: k1 ' vref + k2 ' vref g UO (k1+1c 2) vref'U O zk ' vref _ UO Vid mätning (2 och 3 slutna.) erhålles följande: U U _12 J! _52. .

Uut"k1(vref' 2)'k2 (vref+ 2)"k' ref'k' 2 'k vref' ' U. I in -k- 2 l-IC-Uín “o 2 'vref ~ U U in ut ' _ Fig 2 visar en anordning, där man vid brist på effekt på sändarsidan S er- sätter den direkta áterföringen av ljuset irân lysdioden 6 via. en fotediod 26 med en fiber-optisk återföring. En extra ljusfiber 36 användes för återkopp- lingen som sker via mottagardelen där återkopplingssigzxaler förstärks. Im effelctsnålare sändardel (givarznodul) erhålles därigenom.

Ljuset från fetodioden 6 går via en ljusledarfiber 8 till en fotediod 10 med en förstärkare 14, som driver en lysdiod 35. Ljuset från lysdioden 55 S!!! dels en uteignal via. en fotodiod 57 med tillhörande förstärkare 58, dels en àterkopplingssignsl till förstärkaren 4 via ljusledarfibern 36 och fotodio- dens 38. i I fig 1 de analoga switcharna. 2 och 3 med fotodioden 24 ooh fotoströme- förstärkaren 25 ersättas med fotofetar, som direkt styrs med ljuset från ljusledarfibern 23. I 10 15 20 25 50 35 *~vs1116s-s 6 Mätdonet enligt fig 5 är en optiskt kopplad, analog mätföretärkare där stabiliseringen av överföringen göres enligt bryggprincipen. Till vardera av de båda signalerna, insignslen Um och referensspärmingen Vref, adderas samma. växelsigmsl av frekvens fo från oscillatorn 59 via. summeringspunkterrxa. 40 och 41 till ingångame. till tvâ. förstärkare 42 och 45. Summasigrzalerna överföras på två. parallella kanaler, bestående av förstärkarna. 42 ooh 45, lysdioder-na. 44 och 45, ljusledsrfibrerzxa. 46 och 47, Totodioderna 48 och 49, fotoströmförstärkarna 50 och 51, lyediodenxa 52 och 55, fotodioderna. 54 och 55 och fzsmtärkam 56 och 57 (àämrar 14 och 15 1 ng 1). :mas kanalerna s: lika. utom att 56 är en förstärkare med fast förstärkning och 57 är en regler- bar förstärkare. För att förbättra lineariteten hos överföringen tas en del av ljuset från lysdioderna 52 och 55 och leds via ljusledarfibrerrza 58 och 59 och fotodioderna. 60 och 61 till summationspunktenaa 40 och 41 vid ingång- arna. till förstärker-na 42 och 45. Ljuset omvandlas i fotodioderzia 60 och 61 till elektriska. signaler och bildar på. detta sätt en lineariserande återkopp- ling. Skillnaden mellan utsignelerna från förstärkarne 56 och 57 Paeserar ett högpeeefilter 62, där endast komponenter av signalen med frekvens fo eller högre kan passera. Denne, signalkomponent likriktas i likriktaren 65, ldgpass- filtreras i lågpassfiltret 64 och påföres en regulator 65, som ställer in förstärkningen hos den variabla förstärkaren 57. Förstärkningen hos för- stärkaren 57 ändras på ett sådant sätt, att avvikelser i överföringskarak- teristiken mellan de två. kanalerna kompenseras. Utsigzzalerrm från de tvâ kanalerna får passera lågpassfiltren 66 och 67, varvid komponenter av frek- vens fo bortfiltreras. Kvoten mellan signalerna på. utgångarns. till låg- passfiltren erhålles genom att utsigualerna pâföres en divisionskrete 68.

Denna kvot tas som uteignal, och därigenom erhålles kompensering för varia- tioner i överföring, som uppträder på. de 'båda hnalerna.. Signalen av frek- vens fo, som används för att balansera. överföringen i de båda kanalerna, bildas av en oscillator 59 på. givamnodulen. Matningen till givarmodulen överförs på. optisk väg genom att ljuset som alstras av lysdioderna., alter- nativt halvledarlasranm 69, överförs på. en eller flera optiska fibrer 70 till seriekopplade fotodioder 71, som ger matningsspäzming till elektroniken i sändardelen.

'Utföringsexemplen enligt ovan kan varieras på mångahanda. sätt inom ramen för nedanstående patentkrav.

Claims (13)

781 1 165 -5 Plrmnxmv

1. Mätdon med en sändarsida. och en mottagarsida., anordnat för eignalövgr- föring från sändsr- till mottagarsidan via. en optisk förbindelse, k ä. n n e - t e e k n a t därav, att sändarsidan innefattar organ (2-7) för kombinering av inkommande mätsigrzaler (Hin) med referenssigzzaler (V mi.) till minst två. olika signaler, anordnade att överföras till mottagareidan vie. minst två parallella optiska karleler (8, 9), samt attfmottagarsidan innefattar anord- ningar (12, 15) för emottagande av de överförda signalerna och för att ur dessa signaler bilda utsignalen: (Hut) beroende 'av till sändarsidan ingående mät- signaler (Um) och oberoende av drift och instsbilitet i de optiska, kanalerna med tillhörande optoelektronik.

2. Mätdon enligt patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n e. t därav, ett till sändarsidsn inkommande mätsigxxaler (Um) och referenssignaler (Vref) utgöres av elektriska signaler, samt att de kombinerade signalerna. är anordnade ett omvandlas till optiska signaler via. lysdioder (6, 7) för överföring via de optiska lgafmlema (a, 9) nu mottagarsiaan (n).

3. Mätdon enligt patentkrev 1-2, k ä n n e t e c k n a t därav, att mot- tagarsidan innehåller anordningar där referenssigrzalerna separeres från mät- sigmaalerna. '

4. Mätdon enligt patentkrav 1-3, k ä. n n e t e c k n a t därav, att i minst en optisk kanal finns en reglerbar förstärkare (15), alternativt en dämpsate, vars förstärkning/dämpning styrs av skillnaden mellan signalerna. från minst två. av kanalerna med avseende på minst en referenssigzial (Vmf).

5. S. Mätdon enligt patentkrev 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att de till de optiska kanalerna (8, 9 alt 46, 47) vidarebefordrade referens- och mätsigalerna är tids- eller frekvensmultiplexade.

6. Mätdon enligt patentkrav 5, k ä. n n e t e c k n.a. t därav, att en roferenssigzxal är anordnad att påföras två. kanaler, samt att refersnssig-rnalen är anordnad att extraheras från de via. kanalerna. till mottagarsidaxx översända signalerna med hjälp av samplingskretsar (18) eller filter (62), och att skillnaden mellan referenssigxelkomponenterna i de tvâ kanalerna är anordnad att styra en regulator (17, 65) så, att den i en kanal ingående reglerbara förstärkaren (15, 57) blir inställd för kompensering av parametervariationer som uppträder olika på de båda kanalerna.. --7a1116s-5

7. Mätdon enligt patentkmv 1, k ä. n n e t e o k n a t därav, att de överförda mät- (Um) och referenseigrxalenaa (Vrer) på. mottagarsidan är anord- nade att pâföras ett kvotbildande don (68) för erhållande av kvoten mellan U nämnda signaler.

8. Mätdon enligt patentkrav 1, k ä n n e t e o k n a t därav, att i var- dera signalöverföringsvägen ingår en reglerbar förstärkare (12, 13).

9. nätdtn enligt patentnav e, k a n n t t e o k n t t aamv, att at via. de optiska kanalerna överförda referenssigzzalenza är anordnade att åter- bnaas (54) och användas att styra de reglerna-a römtarmm. (12, 15) se, att kompenaering för parametervariationer som uppträder samtidigt i signal- överföringsvägarna. erhålles.

10. Hätdon enligt patentkrav 1, k ä n n e t e o k n aft därav, att över- föringen från eändar- till mottagarsidan är lineariserad genom optiakt åter- kopplade förstärkare.

11. natten enligt patentkrav 2, 1; ä n n e t e t x n a t därav, att sigm- lerna efter passage av de optiska kanalerna är anordnade att förstärkas och delas, den ena. delen för bildande av utsignal, den andra. delen för påförande på. var sin optisk áterkopplingeläxzk (58, 59) för återkoppling till sändar- sidan. '

12. Mätdon enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a. t därav, att energi- tillföreel till sändaraidan helt eller delvis är anordnad på optisk väg med tillnjtnp av serlokoppme fotoaitaer (71, so).

13. Mätdon enligt patentkrav 2 ooh 12, k ä n n e t e c k n e. t därav, e _ att de i sändarsidan ingående anordningerna för optoelektronisk omvandling matas med på, optisk väg överförd energi, varvid energiöverföringen aker med puleat ljus, som är anordnat att mottagas av en eller flera fotodioder (71), vars elektriska utsignal är anordnad att omvandlas via. transformatorer och likriktare till lämplig spänningsnivå..