光纖電流傳感器智能電表的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電量計(jì)量裝置，尤其是光纖電流傳感器智能電表。
【背景技術(shù)】
[0002]智能電表已經(jīng)公開了許多技術(shù)，如CN201410360178智能電表，包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換元件、時(shí)鐘元件、電能計(jì)量元件、RS485通信元件、紅外通信元件和載波/微功率無(wú)線通信元件和主控元件等，主控元件，用于累加、分析、統(tǒng)計(jì)及存儲(chǔ)電能計(jì)量元件所統(tǒng)計(jì)的信息，另外也用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換元件、時(shí)鐘元件、電能計(jì)量元件、RS485通信元件、紅外通信元件、載波/微功率無(wú)線通信元件、液晶顯示器相互之間信息的轉(zhuǎn)換或交換；存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)主控元件所統(tǒng)計(jì)的用電量信息、轉(zhuǎn)換或交換信息。但光纖電流傳感器智能電表未見公開，現(xiàn)有技術(shù)公開的光纖智能電表只是用于信號(hào)的光纖信息傳輸。
[0003]現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)電流的測(cè)量要求已經(jīng)提高很多，目前對(duì)電網(wǎng)的輸送和檢測(cè)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的高壓大電流的測(cè)量手段將面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn).隨著光纖技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的光纖電流傳感系統(tǒng)，因具有很好的絕緣性和抗干擾能力，較高的測(cè)量精度，容易小型化，沒有潛在的爆炸危險(xiǎn)等一系列優(yōu)越性，而受到人們的廣泛重視.光纖電流傳感器的主要原理是利用磁光晶體的法拉弟效應(yīng)。激光束通過光纖，并經(jīng)起偏器產(chǎn)生偏振光，經(jīng)自聚焦透鏡人射到磁光晶體:在電流產(chǎn)生的外磁場(chǎng)作用下，偏振面旋轉(zhuǎn)Θ F角度；經(jīng)過檢偏器、光纖，進(jìn)入信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，通過對(duì)Θ F的測(cè)量得到電流值，當(dāng)設(shè)置系統(tǒng)中兩偏振器透光主軸的夾角為45°，經(jīng)過傳感系統(tǒng)后的出射光強(qiáng)為:1 = (1/2)(l+sin2 Θ F)，式中1為入射光強(qiáng).通過對(duì)出射光強(qiáng)的測(cè)量，就可以得出Θ F，從而可測(cè)出電流的大小。
[0004]通過對(duì)法拉弟旋轉(zhuǎn)角相位的測(cè)量(以電流強(qiáng)度為檢測(cè)依據(jù))，可得到電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而可以計(jì)算出電流大小.由于光纖具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、絕緣性能好、信號(hào)衰減小的優(yōu)點(diǎn)，因而在法拉弟電流傳感器研宄中，一般均采用光纖作為傳輸介質(zhì)，現(xiàn)有的電表用小電流傳感器均采用電磁感應(yīng)的線圈結(jié)構(gòu)，未有光纖電流傳感器，而采用光纖的低成本小電流傳感器是將來(lái)的方向。
[0005]適合于安裝在240伏-600安變電站主線上的電流傳感器已經(jīng)出現(xiàn)，這種傳感器對(duì)變電站的電力輸出進(jìn)行監(jiān)控，可以減少地方電網(wǎng)故障所造成的停電時(shí)間。電流傳感器可以對(duì)供電電纜進(jìn)行電流監(jiān)控，若是電纜出線超負(fù)荷，這些電流傳感器可將一部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其他相中，或者是新鋪設(shè)的電纜中，保護(hù)電纜的安全使用和運(yùn)行。
[0006]CN200710041685公開了一種直通式干涉型全光纖電流傳感器，該全光纖電流傳感器由3X3保偏光纖親合器組成，包括光源、3X3保偏光纖親合器、光纖偏振器、1/4光纖波片和傳感光纖環(huán)；光源連接到3X3保偏光纖耦合器的一端，3X3保偏光纖耦合器的其中兩端口分別和兩個(gè)光纖偏振器連接；兩個(gè)光纖偏振器的另一端分別通過1/4光纖波片接到傳感光纖環(huán)；3X3保偏光纖耦合器的其中一端口空置；3X3保偏光纖耦合器的剩余兩端口分別通過兩個(gè)光電探測(cè)器與信號(hào)處理器相連接。
[0007]光纖的法拉弟旋轉(zhuǎn)角相位的測(cè)量在低成本小電流傳感器還存在應(yīng)用上有所不足，主要是測(cè)量的法拉弟旋轉(zhuǎn)角相位的偏移量小，信號(hào)弱化，此外，漂移溫度導(dǎo)致信號(hào)不夠穩(wěn)定也是一個(gè)問題。盡管有其它方法可能解決此問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目的是，在保持光纖傳感器的固有優(yōu)勢(shì)和前提下，提出一種電能表用的小電流光纖傳感器制備的智能電表，甚至可以是家用型電能表，在利用光纖法拉弟旋轉(zhuǎn)角相位的測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，制備一種用途廣泛的智能電表。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:光纖電流傳感器智能電表，包括電表用小電流光纖傳感器，積分電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、時(shí)鐘電路、電能計(jì)量芯片、存儲(chǔ)器、RS485通信電路、CPU，其中小電流光纖傳感器依次連接積分電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、電能計(jì)量芯片和CPU，CPU同時(shí)連接時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)器和RS485通信電路，CPU用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換元件、時(shí)鐘元件、電能計(jì)量、RS485通信電路、顯示器相互之間信息的轉(zhuǎn)換或交換；存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)CPU所得到的用電量信息、轉(zhuǎn)換或交換信息。
[0010]本發(fā)明所用到的電表用小電流光纖傳感器，包括光分合束器、光親合器、法拉弟光纖環(huán)、四分之一波片、光纖反射鏡以及保偏光纖環(huán)；所述光分合束器的合束端以及分束端；所述光分合束器的合束端的兩端分別接光源與光電檢測(cè)器，光分合束器的第一分束端接保偏光纖環(huán)的輸出，所述光分合束器的第二分束端接光親合器、光親合器第三端通過四分之一波片與法拉弟光纖環(huán)相連，法拉弟光纖環(huán)端部設(shè)有光纖反光鏡，光耦合器的第二端接保偏光纖環(huán)的輸入端，所述光分合束器的第一和第二分束端均串聯(lián)起偏器。
[0011]本發(fā)明的工作過程是:光纖電流傳感器智能電表對(duì)電表用小電流光纖傳感器的電流信號(hào)進(jìn)行采集(經(jīng)積分電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路)，光纖電流傳感器的工作過程:法拉弟光纖環(huán)穿過待測(cè)量電流的導(dǎo)線，由于電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)因法拉弟效應(yīng)使法拉弟光纖環(huán)中的光的相位產(chǎn)生變化，此光速在光纖的保偏光纖環(huán)是一準(zhǔn)Sagnac效應(yīng)測(cè)試環(huán)經(jīng)過后產(chǎn)生經(jīng)外差的含相位信號(hào)的光(Sagnac效應(yīng)將同光源發(fā)出的一束光分解為兩束，讓這兩束光在同一個(gè)環(huán)路內(nèi)沿相反方向循行一周后會(huì)合產(chǎn)生干涉)，而摒棄了其它雜散信號(hào)的光，從而保偏光纖環(huán)經(jīng)光分合束器后至光電檢測(cè)器后就能夠得到信噪比很高的信號(hào)；尤其是準(zhǔn)Sagnac效應(yīng)測(cè)試環(huán)可以設(shè)計(jì)得不完全對(duì)稱，從而消除因法拉弟光纖環(huán)而產(chǎn)生的漂移信號(hào)，兩束光相遇時(shí)的相位差的變化會(huì)直接反映電流大小。本發(fā)明的光纖電流傳感器稍加修改保偏光纖環(huán)或法拉弟光纖環(huán)的光纖線圈圈數(shù)、直徑等參數(shù)，可用于各種電壓下的直流、交流電流傳感。并且通過線偏振起偏器產(chǎn)生和線偏光和1/4波片實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互相垂直的線偏振光的信號(hào)的提取。
[0012]本發(fā)明的有益效果:光纖電流傳感器智能電表保證了智能電表的功能，且采用光纖電流傳感器的電磁兼容效果更好，且(I)容易安裝，不用斷開導(dǎo)線，僅將細(xì)長(zhǎng)、柔軟的絕緣光纖卷繞在導(dǎo)體上就可檢測(cè)電流，能實(shí)現(xiàn)整個(gè)傳感裝置的小利輕量化；電壓取樣相對(duì)平衡；(2)電磁兼容好，無(wú)法對(duì)表進(jìn)行電磁干擾，無(wú)電磁噪音的干擾。近年的計(jì)測(cè)控制系統(tǒng)中，一般將傳感器的輸出連接于半導(dǎo)體的電子回路，傳感裝置本身全部由光學(xué)器件構(gòu)成，故具有抗電磁干擾(EMI)特性；(3)計(jì)測(cè)范圍廣，沒有鐵心磁飽和的制約，同時(shí)，