專利名稱：自校式光導(dǎo)傳感電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種應(yīng)用光纖準(zhǔn)確遙測(cè)電信號(hào)的光導(dǎo)傳感電路。
在某些場(chǎng)合(例如電力系統(tǒng)超高壓電網(wǎng)中電流的監(jiān)測(cè))已開(kāi)始應(yīng)用光導(dǎo)傳感電路，美國(guó)專利“絕緣型電子式電流互感器校正電路”(國(guó)際登記號(hào)HO4B9/00)就屬此類(lèi)電路。在這類(lèi)電路中雖然有激光器功率自動(dòng)控制電路，可以補(bǔ)償一些由于激光器輸出光功率不穩(wěn)定性所造成的測(cè)試誤差，但不能完全補(bǔ)償動(dòng)態(tài)模擬輸出特性曲線斜率的變化，更無(wú)法彌補(bǔ)光纖技術(shù)參數(shù)的離散性和傳輸途徑中眾多電子元器件的變化所造成的測(cè)試誤差。
本發(fā)明的目的就在于提供一種能自動(dòng)跟蹤並校正傳輸途徑中各種因素變化所造成的電信號(hào)傳輸誤差的高精度光導(dǎo)傳感電路。


圖1是本發(fā)明的構(gòu)成框圖。
本發(fā)明由電/光轉(zhuǎn)換電路2、光纖L、電信號(hào)恢復(fù)電路3和電源電路4與5等組成，被監(jiān)測(cè)(輸入端)的電信號(hào)ei經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換電路2轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后經(jīng)光纖L傳送至輸出端的電信號(hào)恢復(fù)電路3把光信號(hào)恢復(fù)為電信號(hào)eo輸出。在電/光轉(zhuǎn)換電路2之前插接有電子開(kāi)關(guān)1，電子開(kāi)關(guān)1的輸入側(cè)，除接入被監(jiān)測(cè)的電信號(hào)ei外，還接有基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器7送來(lái)的基準(zhǔn)電信號(hào)eb，電子開(kāi)關(guān)1的“通”與“斷”，受控制電路8的控制。電信號(hào)恢復(fù)電路3由光/電轉(zhuǎn)換電路9、增益(或衰耗)控制器10、電子開(kāi)關(guān)11和輸出緩沖器12所組成，在光/電轉(zhuǎn)換電路9之后接有增益(或衰耗)控制器10，增益(或衰耗)控制器10的增益(或衰耗)受微機(jī)6控制。在增益(或衰耗)控制器10和輸出緩沖器12之間插接有電子開(kāi)關(guān)11，電子開(kāi)關(guān)11的輸出一側(cè)還接有電壓比較器13，電壓比較器13的輸出端與微機(jī)6的外中斷口IS1及IS2相連。電子開(kāi)關(guān)11的“通”與“斷”受微機(jī)6控制。微機(jī)6的輸出信號(hào)OS1經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換電路14轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后經(jīng)光纖LO送至輸入端控制電路8的光/電轉(zhuǎn)換電路15轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后送至控制信號(hào)識(shí)別器16，由控制信號(hào)識(shí)別器16的輸出去控制電子開(kāi)關(guān)1的“通”與“斷”。
圖2為本發(fā)明的實(shí)施例組成框圖。
被傳送(監(jiān)測(cè))的信號(hào)ei和基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器7送出的基準(zhǔn)信號(hào)eb分別加在電子開(kāi)關(guān)1的輸入側(cè)，電子開(kāi)關(guān)1的輸出側(cè)接有兩套電/光轉(zhuǎn)換電路21和22。電/光轉(zhuǎn)換電路21和22的輸入信號(hào)是ei還是eb，則由控制器8控制電子開(kāi)關(guān)1的“通”與“斷”而定。由電/光轉(zhuǎn)換電路21、光纖L1、光/電轉(zhuǎn)換電路91和增益控制器101組成一條傳輸信道;由電/光轉(zhuǎn)換電路22、光纖L2、光/電轉(zhuǎn)換電路92和增益控制器102組成另一條傳輸信道。增益控制器101和102的輸出分別接至電子開(kāi)關(guān)11的輸入側(cè)，電子開(kāi)關(guān)11的輸出側(cè)分別接輸出緩沖器12和電壓比較器13。該信道在傳送被監(jiān)測(cè)的信號(hào)ei時(shí)，則由輸出緩沖器輸出eo;當(dāng)信道處在校正狀態(tài)時(shí)，則輸出信號(hào)送至電壓比較器13。電壓比較器13由過(guò)零比較器131和幅值比較器132組成，兩只比較器131和132的輸入端並連，輸出端分別與微機(jī)6的中斷口IS1和IS2相連，過(guò)零比較器131的參考電位端接“地”，幅值比較器132的參考電位端接基準(zhǔn)電位E。增益控制器101和102的傳輸系數(shù)由微機(jī)6通過(guò)數(shù)據(jù)總線D0～D12送來(lái)的數(shù)據(jù)控制。微機(jī)6去控制電子開(kāi)關(guān)1的控制信號(hào)，先經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換器14把它轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后經(jīng)光纖LO送至控制器8的光/電轉(zhuǎn)換電路15，光/電轉(zhuǎn)換電路15把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后送至控制信號(hào)識(shí)別器16?？刂菩盘?hào)識(shí)別器16有兩條支路，一條由高通濾波器161、負(fù)反饋放大器163、整流濾波電路165、電壓比較器167和反向器169組成，反向器169的輸入和輸出兩端分別與電子開(kāi)關(guān)1的兩個(gè)門(mén)的控制端相連;控制第一信道的兩個(gè)門(mén);另一條則由低通濾波器162、負(fù)反饋放大器164、整流濾波電路166、電壓比較器168和反向器160組成，反向器160的輸入和輸出端分別與電子開(kāi)關(guān)1的另兩個(gè)門(mén)的控制端相連，控制第二信道的兩個(gè)門(mén)。4和5分別為本發(fā)明輸入端A和輸出端B的供電電源電路。
圖3為本發(fā)明的輸入端A的電子開(kāi)關(guān)1、電/光轉(zhuǎn)換電路21和22及方波信號(hào)發(fā)生器7的實(shí)施例電原理圖。U201為由傳輸門(mén)K201、K202、K203和K204構(gòu)成的電子開(kāi)關(guān)。運(yùn)算放大器U202、三極管BG201、電阻R201和半導(dǎo)體發(fā)光器F201組成電/光轉(zhuǎn)換電路21;U203、BG202、R202和F202組成另一套電/光轉(zhuǎn)換電路22。運(yùn)算放大器U205、電阻R203、R204、R205和電容C201構(gòu)成方波信號(hào)發(fā)生器，其輸出再經(jīng)D觸發(fā)器U206二分頻，分頻器U206的輸出端Q和Q輸出二個(gè)極性相反的方波信號(hào)去控制電子開(kāi)關(guān)U207，使U207在K205導(dǎo)通時(shí)K206截止，反之當(dāng)K205截止時(shí)K206導(dǎo)通，所以U207輸出的是一個(gè)基準(zhǔn)方波信號(hào)，其幅值由高精度的基準(zhǔn)穩(wěn)壓管D201和精密電阻R207、R208、R206而定，此基準(zhǔn)方波信號(hào)經(jīng)C202通過(guò)電壓跟隨器U208送至電子開(kāi)關(guān)U201的K202和K204。電阻R209為U208提供工作偏置。
圖4為輸出端B的實(shí)施例電原理圖。由光纖L1送來(lái)的光信號(hào)經(jīng)半導(dǎo)體光探測(cè)器S401(R401為光電流取樣電阻)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，經(jīng)運(yùn)算放大器U401和電阻R402、R403組成的負(fù)反饋放大器放大后，再經(jīng)耦合電容C401送給電壓跟隨器U402，R44為U402的偏置電阻。U402的輸出經(jīng)由D/A變換器U403與運(yùn)算放大器U404組成的增益控制器101后送至電子開(kāi)關(guān)U405的K401和K403。同樣，由光纖L2送來(lái)的信號(hào)經(jīng)半導(dǎo)體光探測(cè)器S401、負(fù)反饋放大器U407、電壓跟隨器U408和由U409、U410組成的增益控制器102后送至電子開(kāi)關(guān)U405的K402和K404。兩只增益控制器的傳輸系數(shù)(或其輸出信號(hào)的大小)受微機(jī)6通過(guò)數(shù)據(jù)總線D0～D12送來(lái)的數(shù)據(jù)控制，CS1和CS2為微機(jī)6送來(lái)的片選信號(hào)。
U405為四個(gè)傳輸門(mén)組成的電子開(kāi)關(guān)，其控制端Ke、Kf、Kg和Kh分別與微機(jī)6的輸出口相連，K401、K402、K403和K404的“通”與“斷”受微機(jī)6控制。當(dāng)K401或K402導(dǎo)通時(shí)，其被測(cè)信號(hào)經(jīng)輸出緩沖器U406輸出eo;當(dāng)K403或K404接通時(shí)，把校正信號(hào)送給過(guò)零比較器U411和幅值比較器U412。U411和U412的輸出端分別與微機(jī)6的外中斷口IS1和IS2相連。U411的參考電位端接“地”，當(dāng)輸入為低電平(方波的負(fù)半周)時(shí)，其輸出端IS1為高電平;當(dāng)輸入為高電平(方波的正半周)時(shí)，其輸出端IS1為低電平，這時(shí)微機(jī)6才對(duì)增益控制器101或102的增益進(jìn)行校正。幅值比較器U412的參考電位端接基準(zhǔn)電位，此基準(zhǔn)電位由高精度穩(wěn)壓二極管D401和精密電阻R409、R410和R411決定，當(dāng)U412的輸入端為無(wú)信號(hào)或其信號(hào)電平低于基準(zhǔn)電信時(shí)，其輸出端IS2為高電平，否則為低電平。
微機(jī)6控制電子開(kāi)關(guān)1的控制信號(hào)為高、低不同的兩個(gè)交流信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)與非門(mén)601、限流電阻R611和半導(dǎo)體發(fā)光器D601組成的電/光轉(zhuǎn)換電路14轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后經(jīng)光纖LO送至控制電路8的輸入端。
圖5為控制電路8的實(shí)施例電原理圖。通過(guò)光纖LO送來(lái)的控制信號(hào)經(jīng)半導(dǎo)體探測(cè)器S301轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(R301為光電流取樣電阻)經(jīng)電壓跟隨器U301分兩路輸出，C300為隔直流電容。當(dāng)微機(jī)6送出高頻信號(hào)時(shí)，U301也輸出高頻信號(hào)，此高頻信號(hào)經(jīng)C301和R302組成的高通濾波器161和運(yùn)算放大器U302、電阻R303、R304組成的負(fù)反饋放大器163放大后，再經(jīng)二極管D301、電阻R305、R306和電容C302組成的整流濾波電路165送出一直流電壓給由U303、R307、R308、R309組成的電壓比較器167，這時(shí)電壓比較器167輸出高電平，使反相器U306輸出為低電平，即QA為高電平，QB為低電平，這時(shí)電子開(kāi)關(guān)U201的K201斷開(kāi)而K202導(dǎo)通，則送入電/光轉(zhuǎn)換電路U202的是基準(zhǔn)方波信號(hào)eb;當(dāng)微機(jī)6送出低頻信號(hào)時(shí)，U301輸出低頻信號(hào)，並經(jīng)R310、R311、C303組成的低通濾波器162，U304、R312、R313組成的負(fù)反饋放大器164，D302、R314、R313、C304組成的整流濾波電路166和U305、R316、R317、R318組成的電壓比較器168，使反向器U307輸入QC為高電平，而輸出QD為低電平，這時(shí)電子開(kāi)關(guān)U201的K203斷開(kāi)而K204導(dǎo)通，另一信道的電/光轉(zhuǎn)換電路U203輸入的是基準(zhǔn)方波信號(hào)eb;如果微機(jī)6無(wú)信號(hào)輸出，則U301也無(wú)信號(hào)輸出，這時(shí)U303和U305均輸出低電平，這時(shí)QA和QC為低電平而QB和QD為高電平，則電子開(kāi)關(guān)的K201和K203導(dǎo)通而K202和K204斷開(kāi)，這時(shí)兩個(gè)信道的電/光轉(zhuǎn)換電路U202和U203均輸入被測(cè)信號(hào)ei。
由于本發(fā)明設(shè)置有基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器、增益控制器和微機(jī)自動(dòng)控制電路，故能自動(dòng)跟蹤並校正整個(gè)傳輸信道中諸因素的變化所造成的信號(hào)傳輸電平的誤差?，F(xiàn)以光纖L2相關(guān)的傳輸信道為例進(jìn)一步闡明其自動(dòng)跟蹤校正的原理。
當(dāng)微機(jī)6送出低頻信號(hào)時(shí)，如上所述，這時(shí)第二信道輸入端U203輸入的是高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)方波信號(hào)而第一信道的U202輸入的是被測(cè)信號(hào)ei，因此在第二信道中傳輸?shù)氖腔鶞?zhǔn)方波信號(hào)，而在第一信道中傳輸?shù)氖潜粶y(cè)信號(hào)。同時(shí)在微機(jī)6的協(xié)調(diào)下，這時(shí)電子開(kāi)關(guān)U405的K401和K404導(dǎo)通而K402和K403斷開(kāi)，(這時(shí)Ke和KF送來(lái)高電平而Kg和Kh送來(lái)低電平)，故輸出緩沖器U406輸出的是經(jīng)光纖L1(即第一信道)送來(lái)的被測(cè)信號(hào)，而過(guò)零比較器U411和幅值比較器U412所輸入的則是經(jīng)光纖L2(即第二信道)送來(lái)的基準(zhǔn)方波信號(hào)。假設(shè)D/A變換器U409的輸入電壓為Ui，其輸出電壓為U′O，則UO∝D Ui。在此D為微機(jī)6經(jīng)數(shù)據(jù)總線D0～D12送來(lái)的十三位二進(jìn)制數(shù)(即十進(jìn)制的0～8191)，微機(jī)從某一基數(shù)起每隔50微秒將數(shù)值增加1，即D/A變換器U409的輸出也每隔50微秒增加1/8191，即增益控制器102的增益也每隔50微秒增加1/8191。當(dāng)增益控制器102的輸出方波正半周的幅值高于幅值比較器U412的基準(zhǔn)電位時(shí)，U412輸出端IS2變?yōu)榈碗娖剑蛭C(jī)6發(fā)出中斷請(qǐng)求，則微機(jī)6把數(shù)據(jù)固定，這時(shí)增益控制器102的增益校正搞一段落。由上可見(jiàn)，這種校正主要是根據(jù)信道輸入端A的基準(zhǔn)方波信號(hào)eb的電平與輸出端B的幅值比較器U412的基準(zhǔn)電位之差來(lái)調(diào)整增益控制器101或102的增益，使整個(gè)傳輸信道的傳輸增益(衰耗)始終能校正至某一固定值，從而克服了信道中各種因素的變化所造成的傳輸電平誤差。只要保證輸入端A和輸出端B兩個(gè)基準(zhǔn)電位的精度和高度穩(wěn)定，就可保證傳輸信道衰耗特性的精度和穩(wěn)定度。當(dāng)?shù)诙诺佬Ｕ旰?，如果微機(jī)6送出高頻信號(hào)，則由第二信道傳送被測(cè)信號(hào)，而第一信道處于校正狀態(tài)。所以始終能保證有一信道在傳送被測(cè)信號(hào)，而另一信道處于自動(dòng)校正，兩信道自動(dòng)輪換校正。
如果傳輸信道不要求不間斷地傳送被測(cè)信號(hào)，則也可只采用一條傳輸信道，只是在校正時(shí)無(wú)法傳送被測(cè)信號(hào)而已。
應(yīng)用本發(fā)明不僅可以克服高壓電流互感器絕緣難的困難、能大大降低高壓電流互感器的成本，而且顯著地提高了可靠性和傳輸精度。
權(quán)利要求
1.一種傳送電信號(hào)用的自校式光導(dǎo)傳感電路，其組成包括電/光轉(zhuǎn)換電路(2)、光纖(L)、光/電轉(zhuǎn)換電路(9)、輸出緩沖器(12)和電源電路(4)與(5)，送入輸入端(A)的被測(cè)信號(hào)(ei)經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換電路(2)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后經(jīng)光纖(L)送至輸出端(B)的光/電轉(zhuǎn)換電路(9)把光信號(hào)恢復(fù)為電信號(hào)后由輸出緩沖器(12)輸出，其特征在于還包括在電/光轉(zhuǎn)換電路(2)之前插接有電子開(kāi)關(guān)(1)，電子開(kāi)關(guān)(1)的輸入側(cè)，除接入被測(cè)信號(hào)(ei)外，還接有基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器(7)送來(lái)的基準(zhǔn)信號(hào)(eb)，電子開(kāi)關(guān)(1)的“通”與“斷”，受控制電路(8)的控制；在光/電轉(zhuǎn)換電路(9)之后接有增益(衰耗)控制器(10)，增益(衰耗)控制器(10)的增益(衰耗)受微機(jī)(6)控制，在增益(衰耗)控制器(10)和輸出緩沖器(12)之間插接有電子開(kāi)關(guān)(11)，電子開(kāi)關(guān)(11)的輸出一側(cè)還接有電壓比較器(13)，電壓比較器(13)的輸出端與微機(jī)(16)的外中斷口(IS1)及(IS2)相連，電子開(kāi)關(guān)(11)的“通”與“斷”受微機(jī)(6)控制。微機(jī)(6)的輸出信號(hào)(OS1)經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換電路(14)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后經(jīng)光纖(L0)送至輸入端(A)的控制電路(8)的光/電轉(zhuǎn)換電路(15)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后送至控制信號(hào)識(shí)別器(16)，由控制信號(hào)識(shí)別器(16)的輸出去控制電子開(kāi)關(guān)(1)的“通”與“斷”。
2.如權(quán)利要求1所述的自校式光導(dǎo)傳感電路，其特征在于由電子開(kāi)關(guān)(1)、電/光轉(zhuǎn)換電路(2)、光纖(L)、光/電轉(zhuǎn)換電路(9)、增益控制器(10)和電子開(kāi)關(guān)(11)所組成的傳輸信道有兩套(條)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的自校式光導(dǎo)傳感電路，其特征在于增益(衰耗)控制器(10)由D/A變換器(U403)和運(yùn)算放大器(U404)組成，D/A變換器(U403)的輸出大小受微機(jī)(6)的數(shù)據(jù)總線控制;電壓比較器(13)由過(guò)零比較器(131)和幅值比較器(132)組成，兩只比較器的輸入端並接至電子開(kāi)關(guān)(11)的輸出一側(cè)，而輸出端則分別與微機(jī)(6)的兩個(gè)外中斷口(IS1)和(IS2)相連;控制信號(hào)識(shí)別器(16)有兩條支路，一條支路通過(guò)高通濾波器(161)將高頻信號(hào)經(jīng)負(fù)反饋放大器(163)，整流濾波電路(165)和電壓比較器(167)送至反向器(169)，反向器(169)的輸入和輸出兩信號(hào)分別去控制電子開(kāi)關(guān)(1)的兩個(gè)門(mén)，另一條支路則通過(guò)低通濾波器(162)將低頻信號(hào)經(jīng)負(fù)反饋放大器(164)整流濾波電路(166)、電壓比較器(168)送至反向器(160)，反向器(160)的輸入和輸出兩信號(hào)分別去控制電子開(kāi)關(guān)(1)的另兩個(gè)門(mén)。
全文摘要
本發(fā)明是一種應(yīng)用光纖準(zhǔn)確遙測(cè)電信號(hào)的光導(dǎo)傳感電路，除了有電/光轉(zhuǎn)換電路、光纖、光/電轉(zhuǎn)換電路和電源電路等基本組成部分外，在輸入端加入了高精度基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器和電子開(kāi)關(guān)及其控制電路，在輸出端加入了增益(或衰耗)控制器和電子開(kāi)關(guān)。增益控制器的傳輸系數(shù)及輸入、輸出兩端的電子開(kāi)關(guān)均由微機(jī)控制，能自動(dòng)跟蹤傳輸信道中各種因素的變化所造成的傳輸增益(衰耗)的變化，并及時(shí)自動(dòng)地進(jìn)行校正，使信道傳輸增益(衰耗)特性能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H04B10/08GK1060000SQ90107980
公開(kāi)日1992年4月1日 申請(qǐng)日期1990年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月22日
發(fā)明者施亞民 申請(qǐng)人:浙江省送變電工程公司