一種光纖電路控制電路的製作方法
2023-05-26 14:06:46 1
一種光纖電路控制電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光纖電路控制電路，包括光纖傳感頭、光學相位調製器、光電轉換器、放大濾波電路、A/D轉換模塊、控制模塊、模擬驅動電路、D/A轉換模塊、計算機；其中光纖傳感頭、光學相位調製器、光電轉換器、放大濾波電路、A/D轉換模塊、控制模塊、計算機依次相連，所述光學相位調製器通過依次相連的模擬驅動電路、D/A轉換模塊與控制模塊相連；本實用新型基於單片FPGA 實現信號採集、數據輸出以及與計算機通信等控制，完成對光纖電流互感器傳感頭輸出信號的檢測以及閉環控制；該電路具有結構簡單、集成度高、閉環控制速度快、控制精度高等特點。
【專利說明】一種光纖電路控制電路
【技術領域】
[0001]本實用新型公開了一種光纖電路控制電路，涉及電路設計【技術領域】。
【背景技術】
[0002]電流互感器作為高壓電網檢測主要設備，不僅為電能的計量提供參數，而且是為繼電保護提供動作的依據。隨著國家智能電網和特高壓電網的發展，傳統電磁式電流互感器逐漸暴露出其致命缺陷，例如高電壓等級時絕緣極為困難、更高電壓下易磁飽和導致測量精度下降等。相比之下，光纖電流互感器具有抗電磁幹擾能力強、絕緣可靠、測量精度高、結構簡單和體積小巧等諸多優點，是當前研宄熱點。作為光纖電流互感器的核心部件，其檢測和控制電路對電流檢測精度和範圍具有非常重要的影響。
[0003]目前檢測和控制電路實現主要有兩種方案，一種是以數位訊號處理晶片(DSP)為核心，由於DSP的速度越來越快，使得DSP成為很多數據處理和信號檢測方案的首選，但在時序控制方面是其瓶頸，由於時序控制精度和速度直接影響光纖電流互感器的檢測精度，所以該方案控制精度提高有限；另一種是以現場可編程門陣列(FPGA)和DSP為核心器件，結合兩者的優點，利用FPGA來完成系統時序控制，DSP實現各種數位訊號處理算法，雖然可以獲得非常高的控制精度，但系統結構相對複雜，可靠性下降。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是:針對現有技術的缺陷，提供一種光纖電路控制電路，基於單片FPGA實現信號採集、數據輸出以及與計算機通信等控制，完成了對光纖電流互感器傳感頭輸出信號的檢測以及閉環控制；該控制電路具有結構簡單、集成度高、閉環控制速度快、控制精度高等特點，為研製滿足電力電網測試需求的全光纖電流互感器奠定了基礎。
[0005]本實用新型為解決上述技術問題採用以下技術方案:
[0006]一種光纖電路控制電路，包括光纖傳感頭、光學相位調製器、光電轉換器、放大濾波電路、A/D轉換模塊、控制模塊、模擬驅動電路、D/A轉換模塊、計算機；
[0007]其中光纖傳感頭、光學相位調製器、光電轉換器、放大濾波電路、A/D轉換模塊、控制模塊、計算機依次相連，所述光學相位調製器通過依次相連的模擬驅動電路、D/A轉換模塊與控制模塊相連。
[0008]作為本實用新型的進一步優化方案，所述控制模塊內部設有A/D接口控制模塊、D/A接口控制模塊；所述A/D接口控制模塊、D/A接口控制模塊分別連接A/D轉換模塊和D/A轉換模塊。
[0009]作為本實用新型的進一步優化方案，所述A/D轉換電路的晶片型號為AD9248。
[0010]作為本實用新型的進一步優化方案，所述放大濾波電路包括放大電路和濾波電路，放大電路採用的晶片為差分運放晶片AD8130。
[0011]作為本實用新型的進一步優化方案，所述D/A轉換模塊採用的晶片型號為AD9726。
[0012]本實用新型採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:本實用新型基於單片FPGA實現信號採集、數據輸出以及與計算機通信等控制，完成了對光纖電流互感器傳感頭輸出信號的檢測以及閉環控制；該控制電路具有結構簡單、集成度高、閉環控制速度快、控制精度高等特點，為研製滿足電力電網測試需求的全光纖電流互感器奠定了基礎；基於該控制電路研製的全光纖電流互感器樣機，經測試，其額定一次電流100 A?4000 A範圍內均實現了 0.2 S級測量準確度，初步滿足電力電網對電流互感器測量準確度的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的模塊連接示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面詳細描述本實用新型的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用於解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0015]本【技術領域】技術人員可以理解的是，本實用新型中涉及到的相關模塊及其實現的功能是在改進後的硬體及其構成的裝置、器件或系統上搭載現有技術中常規的計算機軟體程序或有關協議就可實現，並非是對現有技術中的計算機軟體程序或有關協議進行改進。例如，改進後的計算機硬體系統依然可以通過裝載現有的軟體作業系統來實現該硬體系統的特定功能。因此，可以理解的是，本實用新型的創新之處在於對現有技術中硬體模塊的改進及其連接組合關係，而非僅僅是對硬體模塊中為實現有關功能而搭載的軟體或協議的改進。
[0016]本【技術領域】技術人員可以理解的是，本實用新型中提到的相關模塊是用於執行本申請中所述操作、方法、流程中的步驟、措施、方案中的一項或多項的硬體設備。所述硬體設備可以為所需的目的而專門設計和製造，或者也可以採用通用計算機中的已知設備或已知的其他硬體設備。所述通用計算機有存儲在其內的程序選擇性地激活或重構。
[0017]本【技術領域】技術人員可以理解，除非特意聲明，這裡使用的單數形式「一」、「一個」、「所述」和「該」也可包括複數形式。應該進一步理解的是，本實用新型的說明書中使用的措辭「包括」是指存在所述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或組件，但是並不排除存在或添加一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應該理解，當我們稱元件被「連接」或「耦接」到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這裡使用的「連接」或「耦接」可以包括無線連接或耦接。這裡使用的措辭「和/或」包括一個或更多個相關聯的列出項的任一單元和全部組合。
[0018]本【技術領域】技術人員可以理解，除非另外定義，這裡使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本實用新型所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，並且除非像這裡一樣定義，不會用理想化或過於正式的含義來解釋。
[0019]下面結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明:
[0020]本實用新型的模塊連接示意圖如圖1所示，一種光纖電路控制電路，包括光纖傳感頭、光學相位調製器、光電轉換器、放大濾波電路、A/D轉換模塊、控制模塊、模擬驅動電路、D/A轉換模塊、計算機；
[0021]其中光纖傳感頭、光學相位調製器、光電轉換器、放大濾波電路、A/D轉換模塊、控制模塊、計算機依次相連，所述光學相位調製器通過依次相連的模擬驅動電路、D/A轉換模塊與控制模塊相連。
[0022]作為本實用新型的進一步優化方案，所述控制模塊內部設有A/D接口控制模塊、D/A接口控制模塊；所述A/D接口控制模塊、D/A接口控制模塊分別連接A/D轉換模塊和D/A轉換模塊。
[0023]作為本實用新型的進一步優化方案，所述A/D轉換電路的晶片型號為AD9248。
[0024]作為本實用新型的進一步優化方案，所述放大濾波電路包括放大電路和濾波電路，放大電路採用的晶片為差分運放晶片AD8130。
[0025]作為本實用新型的進一步優化方案，所述D/A轉換模塊採用的晶片型號為AD9726。
[0026]由於光纖傳感頭輸出信號比較弱，而且含有較高頻率的噪聲信息，需要對其進行放大和濾波處理後才能進行後續的A/D轉換量化為數位訊號。因此放大濾波電路對有用信號的放大和對噪聲抑制能力會影響後續測量精度。放大電路採用差分運放AD8130，該晶片具有非常高的共模抑制比，特別適用於微弱信號放大中需要低噪聲、低諧波失真和高共模抑制比的應用中。光纖傳感頭輸出的交流有效方波信號頻率為200 kHz左右，為保證該方波信號無失真通過後端濾波電路，濾波電路的高頻截止頻率必須以不損失20倍的方波基頻信號的諧波設計，同時為避免高頻噪聲進入後端採樣量化模塊，高頻截止帶寬不能太寬，本實用新型中採用4 MHz帶寬的型濾波器實現前端濾波。
[0027]為保證0.2S級測量準確度，A/D轉換位數需要達到10位以上。此外，為保證對200 kHz方波信號每個周期高低電平採樣次數，從而可以通過累加求平均來提高採樣精度，需要在每個周期內方波高低電平分別進行20次以上採樣後求平均，這就要求模數轉換器採樣率大於8 MS/s。設計中保留一定餘量採用量化位數14位、採樣率20 MS/s的模數轉換器AD9248。
[0028]D/A轉換模塊把200 kHz的數位訊號轉變為模擬電壓信號，經過光學相位調製器和模擬驅動電路，從而在光纖傳感環中產生一個附加的反饋相移，抵消掉本次閉環控制周期內檢測到的相位差。D/A轉換模塊的增益誤差和輸出線性度決定了輸出模擬信號的誤差和線性度，而模擬信號的誤差和線性度施加在相位調製器上後或直接影響反饋相位的控制誤差，因此需選擇增益誤差和輸出線性度小的模數轉換器。D/A轉換模塊的解析度直接決定相位控制的最小分辨精度，其解析度最好大於A/D轉換模塊的解析度。設計中採用16位的高速D/A晶片AD9726實現該模數轉換功能。
[0029]本實用新型基於單片FPGA實現信號採集、數據輸出以及與計算機通信等控制，完成了對光纖電流互感器傳感頭輸出信號的檢測以及閉環控制；該控制電路具有結構簡單、集成度高、閉環控制速度快、控制精度高等特點，為研製滿足電力電網測試需求的全光纖電流互感器奠定了基礎；基於該控制電路研製的全光纖電流互感器樣機，經測試，其額定一次電流100 A?4000 A範圍內均實現了 0.2 S級測量準確度，初步滿足電力電網對電流互感器測量準確度的要求。
[0030]上面結合附圖對本實用新型的實施方式作了詳細說明，但是本實用新型並不限於上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下做出各種變化。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據本實用新型的技術實質，在本實用新型的精神和原則之內，對以上實施例所作的任何簡單的修改、等同替換與改進等，均仍屬於本實用新型技術方案的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種光纖電路控制電路，其特徵在於:包括光纖傳感頭、光學相位調製器、光電轉換器、放大濾波電路、A/D轉換模塊、控制模塊、模擬驅動電路、D/A轉換模塊、計算機； 其中光纖傳感頭、光學相位調製器、光電轉換器、放大濾波電路、A/D轉換模塊、控制模塊、計算機依次相連，所述光學相位調製器通過依次相連的模擬驅動電路、D/A轉換模塊與控制模塊相連。
2.根據權利要求1所述的一種光纖電路控制電路，其特徵在於:所述控制模塊內部設有A/D接口控制模塊、D/A接口控制模塊；所述A/D接口控制模塊、D/A接口控制模塊分別連接A/D轉換模塊和D/A轉換模塊。
3.根據權利要求1所述的一種光纖電路控制電路，其特徵在於:所述A/D轉換電路的晶片型號為AD9248。
4.根據權利要求1所述的一種光纖電路控制電路，其特徵在於:所述放大濾波電路包括放大電路和濾波電路，放大電路採用的晶片為差分運放晶片AD8130。
5.根據權利要求1所述的一種光纖電路控制電路，其特徵在於:所述D/A轉換模塊採用的晶片型號為AD9726。
【文檔編號】G01R15/24GK204177847SQ201420653979
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月4日 優先權日:2014年11月4日
【發明者】胡健, 黃勇 申請人:金陵科技學院