基於螢光光纖技術的變壓器繞組溫度測量裝置的製作方法
2023-05-26 04:13:51 2
專利名稱：基於螢光光纖技術的變壓器繞組溫度測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於螢光光纖技術的變壓器繞組溫度測量裝置，用於變壓器繞組溫度在線監測。
背景技術：
變壓器繞組溫度是反映電力變壓器運行狀態的最主要的參數之一，但是由於絕緣問題，大多採用鉬電阻等接觸式測溫傳感器測量變壓器油中溫度，根據不同測量點的溫度分布，根據變壓器繞組發熱模型計算出繞組熱點溫度。由於不是直接測量，溫度誤差較大。突光光纖測溫技術是突光測溫技術與光纖技術的結合，既安全又不受強電磁場幹
擾，測量精度也較高。與其他測溫方式相比螢光測溫技術具有許多優點，如實現溫度的絕對測量，測溫精度不受被側體表面發射率的影響，在中低溫範圍內有很高的靈敏度和測量精度等。而光纖材料天然的絕緣特性使得其在測量高壓設備溫度時不用額外設計監測裝置的絕緣，從而使螢光光纖測溫技術成為監測高壓設備高壓側溫度的首選方法。現有的螢光壽命型傳感器的設計中，大多都使用鎖相環加低通濾波器來完成對螢光信號的解調，但是由於模擬電路中各個通道的差異及濾波器的相移特性，使得傳感器之間的差異性較大，在實際使用時需要一一校準。
發明內容本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種基於螢光光纖技術的變壓器繞組溫度測量裝置。按照本實用新型提供的技術方案，所述基於螢光光纖技術的變壓器繞組溫度測量裝置，包括光纖溫度傳感器、光電轉換器、光源驅動模塊、放大器模塊、光源觸發模塊、同步採集AD轉換器、主控CPU模塊，每個光纖溫度傳感器連接一個光電轉換器，每個光電轉換器的輸入端連接一個光源驅動模塊，光源驅動模塊的輸入端通過光源觸發模塊連接主控CPU模塊的輸出端，所述每個光電轉換器的輸出端通過一個放大器連接同步採集AD轉換器的輸入端，所述同步採集AD轉換器與主控CPU模塊相連；光纖溫度傳感器接收光電轉換器發出的激勵光並發射出與溫度對應的螢光，光電轉換器將光源驅動模塊的電信號轉換成光信號並通過濾光片將光信號入射到光纖溫度傳感器，同時將光纖溫度傳感器發出的螢光轉換成電信號，放大器模塊將光電轉換器的的微弱電信號放大；光源觸發模塊發生調製光源；所述同步採集AD轉換器，同時完成對一路基準信號和幾路傳感器信號的採集；主控CPU模塊將基準信號和傳感器信號存入內部緩存，分別將基準信號、傳感器信號進行濾波處理，然後將一路基準信號反相後作為第二基準信號，用基準信號與傳感器信號相乘的值除以第二基準信號與採集信號相乘的值，得到的結果即反映出光纖溫度傳感器測得的溫度值。所述主控CPU模塊與IEC 61850通信規約轉換模塊相連，IEC 61850通信規約轉換模塊負責將數據以IEC61850標準數據格式發出。所述光源觸發模塊是採用主控CPU模塊中定時器設定一定時間周期的中斷信號產生一定頻率的方波。所述主控CPU模塊包括ARM晶片LPC2292，所述方波通過LPC2292的第25腳輸出。所述放大器模塊包括第一運放的輸出端連接自身的反相輸入端，第一運放的同相輸入端通過第一電阻接模擬地，第一運放的輸出端還通過第二電阻連接第二運放的反相輸入端，第二運放的同相輸入端通過平衡電阻接模擬地，第二運放的輸出端通過輸出匹配電阻和第四電阻連接第二運放的反相輸入端，在所述第四電阻上並聯有相位補償電容；其中第一電阻和第一運放構成電流電壓轉換電路，將光電轉換器獲取的微弱電流信號轉換成電壓信號，第二電阻、第四電阻和第二運 放構成反相放大電路。所述同步採集AD轉換器採用AD7606-6晶片。所述主控CPU模塊包括ARM晶片LPC2292和存儲器晶片IS61WV102416BLL，二者通過系統數據線和系統地址線相連，ARM晶片還連接存儲器晶片的讀、寫控制引腳。本實用新型的優點是本實用新型使用ARM處理器產生基準激勵脈衝，同時用其激勵脈衝和其反向脈衝作為基準信號，用高速同步採樣來完成對基準信號和螢光信號的採集，消除各個採集通道之間的延遲；並在ARM處理器中完成對螢光信號的解調，從而省去模擬鎖相環及濾波器等模擬電路使得系統複雜性大大降低、可靠性大大增加，並且由於使用數字計算，使得採集裝置一致性較好。
圖I是本實用新型的總體結構圖。圖2是放大器模塊電路原理圖。圖3是同步採集AD轉換器電路原理圖。圖4是主控CPU模塊中ARM晶片引腳圖。圖5是主控CPU模塊中存儲晶片引腳圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖I所示，本實用新型包括光纖溫度傳感器、光電轉換器、光源驅動模塊、放大器模塊、光源觸發模塊、同步採集AD轉換器、主控CPU (LPC2292)模塊，每個光纖溫度傳感器連接一個光電轉換器，每個光電轉換器的輸入端連接一個光源驅動模塊，光源驅動模塊的輸入端通過光源觸發模塊連接主控CPU模塊的輸出端，所述每個光電轉換器的輸出端通過一個放大器連接同步採集AD轉換器的輸入端，所述同步採集AD轉換器與主控CPU模塊相連。光纖溫度傳感器接收光電轉換器發出的激勵光並發射出與溫度對應的螢光，光電轉換器將光源驅動模塊的電信號轉換成光信號並通過濾光片將光信號入射到光纖溫度傳感器，同時將光纖溫度傳感器發出的螢光轉換成電信號，放大器模塊將光電轉換器的的微弱電信號放大；光源觸發模塊發生調製光源；所述同步採集AD轉換器，同時完成對一路基準信號和幾路傳感器信號的採集；主控CPU模塊將基準信號和傳感器信號存入內部緩存，分別將基準信號、傳感器信號進行濾波處理，然後將一路基準信號反相後作為第二基準信號，用基準信號與傳感器信號相乘的值除以第二基準信號與採集信號相乘的值，得到的結果即可反映出光纖溫度傳感器測得的溫度值。所述主控CPU模塊與IEC 61850通信規約轉換模塊相連，IEC 61850通信規約轉換模塊負責將數據以IEC61850標準數據格式發出。其中光纖溫度傳感器、光電轉換器和光源驅動模塊使用通用模塊實現，本專利不再贅述。所述光源觸發模塊採用主控CPU模塊中定時器設定一定時間周期的中斷信號產生一定頻率的方波，並通過LPC2292 (U40)的第25腳輸出。如圖2所示，所述放大器模塊包括第一運放UlA的輸出端連接自身的反相輸入端，第一運放UlA的同相輸入端通過第一電阻Rl接模擬地，第一運放UlA的輸出端還通過第二電阻R2連接第二運放UlB的反相輸入端，第二運放UlB的同相輸入端通過平衡電阻R3接模擬地，第二運放UlB的輸出端通過輸出匹配電阻R5和第四電阻R4連接第二運放UlB的
反相輸入端，在所述第四電阻R4上並聯有相位補償電容Cl ;其中第一電阻Rl和第一運放UlA構成電流電壓轉換電路,將光電轉換器獲取的微弱電流信號轉換成電壓信號，第二電阻R2、第四電阻R4和第二運放UlB構成反相放大電路。如圖3所示，所述同步採集AD轉換器採用AD7606-6晶片。圖中3、4、5號引腳為過採樣選擇端，分別與主控CPU模塊中LPC2292對應的過採樣選擇輸出引腳相連，進行過採樣選擇；6號引腳為AD7606-6接口方式選擇，接低電平時選擇並行輸出方式，接高電平選擇串行輸出方式，本設計中接低電平選擇並行方式；7號引腳為掛起引腳，由主控CPU模塊控制AD7606-6是否掛起，低電平有效；8號引腳為RANGE選擇輸入端，接100K電阻R500接地，同時與主控CPU模塊LPC2292的AD_RangeSel引腳相連，當RANGE輸入端為低電平時，採樣範圍為±5V，當RANGE輸入端為高電平時，採樣範圍為土 IOV ；23號引腳為VDRIE引腳，採用3. 3V ;9、10號引腳為前三路、後三路採樣頻率輸入引腳；11號腳為RST引腳，當AD7606-6正常工作前，需要對其進行復位操作，由主控CPU模塊進行控制；12、13腳分別為讀取控制數據時AD7606-6的讀信號輸入引腳以及片選信號輸入引腳；14號腳為中斷輸出引腳，每次採樣完成，AD7606-6將輸出中斷信號通知LPC2292採樣結束；15號腳為FirstData標誌引腳，用於串行輸出方式中起標記作用；44、45腳分別為前三路、後三路參考電容引腳，接IOuF電容C504後接46號腳AGND，保證採樣過程中參考電壓波形穩定。如圖4、5所示，所述主控CPU模塊主要由ARM晶片LPC2292、存儲器晶片IS61WV102416BLL 組成。圖4中，接插件140、電阻1 40、1 41、1 41、1 45和電容040共同組成1^02292 U40的程序下載接口及系統上電復位電路。42和49腳為串口通信埠，主要與61850規約轉換模塊通信。33腳和99腳為觸發信號輸入埠，當有觸發信號時，由LPC2292啟動數據採樣程序，59、61、68和12腳構成SPI通信埠，主控CPU主要通過SPI埠向DA轉換器輸出設定閥值。100腳為AD轉換完畢信號，當其為低電平時，表明AD轉換結束，ARM可按照規定時序讀取AD轉換值。電容C43、C44、晶振JT40和電阻R45構成ARM的振蕩時鐘，為系統提供穩定時鐘。圖 4、5 中，Exi_DATA0-15 系統數據線，AD_RangeSel、AD_RST、AD_nSTBY、AD_OverSmplO-2及AD_FstData在同步採集AD轉換器部分已經介紹。Exi_ADD0_23為系統地址線。Exi_nRD、Exi_nWR分別為讀、寫控制信號。CS_SRAM和AD_CS分別為存儲器和同步採集AD轉換器的選通線。
權利要求1.基於螢光光纖技術的變壓器繞組溫度測量裝置，其特徵是包括光纖溫度傳感器、光電轉換器、光源驅動模塊、放大器模塊、光源觸發模塊、同步米集AD轉換器、主控CPU模塊，每個光纖溫度傳感器連接一個光電轉換器，每個光電轉換器的輸入端連接一個光源驅動模塊，光源驅動模塊的輸入端通過光源觸發模塊連接主控CPU模塊的輸出端，所述每個光電轉換器的輸出端通過一個放大器連接同步採集AD轉換器的輸入端，所述同步採集AD轉換器與主控CPU模塊相連；光纖溫度傳感器接收光電轉換器發出的激勵光並發射出與溫度對應的螢光，光電轉換器將光源驅動模塊的電信號轉換成光信號並通過濾光片將光信號入射到光纖溫度傳感器，同時將光纖溫度傳感器發出的螢光轉換成電信號，放大器模塊將光電轉換器的的微弱電信號放大；光源觸發模塊發生調製光源；所述同步採集AD轉換器，同時完成對一路基準信號和幾路傳感器信號的採集；主控CPU模塊將基準信號和傳感器信號存入內部緩存，分別將基準信號、傳感器信號進行濾波處理，得出光纖溫度傳感器測得的溫度值。
2.如權利要求I所述的基於螢光光纖技術的變壓器繞組溫度測量裝置，其特徵是，所述主控CPU模塊與IEC 61850通信規約轉換模塊相連。
3.如權利要求I所述的基於螢光光纖技術的變壓器繞組溫度測量裝置，其特徵是，所述主控CPU模塊包括ARM晶片LPC2292。
4.如權利要求I所述的基於螢光光纖技術的變壓器繞組溫度測量裝置，其特徵是，所述放大器模塊包括第一運放(UlA)的輸出端連接自身的反相輸入端,第一運放(UlA)的同相輸入端通過第一電阻(Rl)接模擬地，第一運放(UlA)的輸出端還通過第二電阻(R2)連接第二運放(UlB)的反相輸入端，第二運放(UlB)的同相輸入端通過平衡電阻(R3)接模擬地，第二運放(UlB)的輸出端通過輸出匹配電阻(R5)和第四電阻(R4)連接第二運放(UlB)的反相輸入端，在所述第四電阻(R4)上並聯有相位補償電容(Cl);其中第一電阻(Rl)和第一運放(UlA)構成電流電壓轉換電路,將光電轉換器獲取的微弱電流信號轉換成電壓信號,第二電阻(R2)、第四電阻(R4)和第二運放(UlB)構成反相放大電路。
5.如權利要求I所述的基於螢光光纖技術的變壓器繞組溫度測量裝置，其特徵是，所述同步採集AD轉換器採用AD7606-6晶片。
6.如權利要求I所述的基於螢光光纖技術的變壓器繞組溫度測量裝置，其特徵是，所述主控CPU模塊包括ARM晶片LPC2292和存儲器晶片IS61WV102416BLL，二者通過系統數據線和系統地址線相連，ARM晶片還連接存儲器晶片的讀、寫控制引腳。
專利摘要本實用新型提供了一種基於螢光光纖技術的變壓器繞組溫度測量裝置，它包括光纖溫度傳感器、光電轉換器、光源驅動模塊、放大器模塊、光源觸發模塊、同步採集AD轉換器、主控CPU模塊和IEC61850通信規約轉換模塊。其優點是本實用新型使用ARM處理器產生基準激勵脈衝，同時用其激勵脈衝和其反向脈衝作為基準信號，用高速同步採樣來完成對基準信號和螢光信號的採集，消除各個採集通道之間的延遲；並在ARM處理器中完成對螢光信號的解調，從而省去模擬鎖相環及濾波器等模擬電路使得系統複雜性大大降低、可靠性大大增加，並且由於使用數字計算，使得採集裝置一致性較好。
文檔編號G01K11/32GK202582781SQ20122018468
公開日2012年12月5日 申請日期2012年4月26日 優先權日2012年4月26日
發明者朱俊 申請人:江蘇駿龍電力科技股份有限公司