專利名稱：用于光學電流互感器的一次電流信號模擬器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及智能電網，特別涉及一種用于智能電網中的基于法拉第磁光效應的光學電流互感器以及用于該光學電流互感器的一次電流信號模擬器。
背景技術：
近年來，資源環(huán)境問題已經成為世界各國共同關注的焦點，智能電網在這種形勢下逐漸成為現(xiàn)代電網發(fā)展的新趨勢和新潮流。而在智能電網中，電流互感器和電壓互感器擔負著將電網電流和電壓狀態(tài)轉換成其他電力智能化設備能夠處理的信號的任務，是測量和保護及其他智能裝置的基礎，在新型電流互感器的研制中，基于法拉第磁光效應的光學電流互感器是其中一個重要的方向。如圖I所示，法拉第磁光效應是指一束線偏振光在磁場作用下通過磁光材料時它的偏振面將發(fā)生旋轉，旋轉角Θ正比于磁場沿著偏振光通過材料路徑的線積分。在現(xiàn)有技術中，基于法拉第磁光效應的光學電流互感器的基本原理如圖2所不，包含光源、起偏器、磁光材料的偏轉器，檢偏器以及光電轉換、電信號放大和處理、Α/D轉換、MCU運算和處理這些模塊。光源產生恒定功率的光，光經過起偏器以后，變成了線偏振光，線偏振光經過置于磁場中的磁光材料以后，偏振角度將發(fā)生偏轉，在固定的機械結構和安裝條件下，偏轉的角度和所處的磁場的磁場強度成正比，也即和所要測量的電流成正比。經過偏轉的偏振光經過檢偏器以后，光的強度將發(fā)生變化，光的強度和所測的一次電流有可以計算的關系，經過光電轉換以后，變成了電信號；電信號經過放大和處理、Α/D轉換、MCU的運算和處理，最終得到了一次電流的電流值。在現(xiàn)有技術中，基于該原理的光學電流互感器，直接測量一次電流，但是在一般電力系統(tǒng)中，一次電流都比較大，從幾百安到上萬安，這給光學電流互感器研發(fā)過程造成了極大的困難。由于電力系統(tǒng)的一次電流很大，因此在光學電流互感器硬件開發(fā)的時候，需要一種能夠替代一次電流發(fā)生裝置的方法和裝置，該方法和裝置對光學電流互感器的硬件開發(fā)能夠帶來極大的便利性，具有很大的意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述課題提出的，其目的在于提供一種用于基于法拉第磁光效應的光學電流互感器的一次電流信號模擬器，其能夠對一次電流對光信號的影響予以模擬。本發(fā)明的另一目的在于提供一種調制光源系統(tǒng)，用于基于法拉第磁光效應的光學電流互感器的模擬設計。本發(fā)明的又一目的在于提供一種通過使用上述本發(fā)明的一次電流信號模擬器而模擬設計制造的用于智能電網中的基于法拉第磁光效應的光學電流互感器。根據本發(fā)明的一種用于光學電流互感器的一次電流信號模擬器，所述光學電流互感器是基于法拉第磁光效應的光學電流互感器，其包含光源、起偏器、磁光材料的偏轉器、檢偏器以及光電轉換模塊、電信號放大和處理模塊、模擬/數字轉換模塊、MCU運算和處理模塊，特征在于，所述光源是調制光源，替代所述法拉第磁光效應的光學電流互感器中的恒定功率光源，使得在所述磁光材料的偏轉器沒有處于磁場中的時候，所述檢偏器輸出的光功率變化和所述磁光材料的偏轉器處于磁場中的時候輸出的光功率變化相同。 根據本發(fā)明的一次電流信號模擬器，優(yōu)選地，所述調制光源是調制光源系統(tǒng)，所述調制光源系統(tǒng)包括電源，用于供給所述調制光源系統(tǒng)各個部分需要的工作電源；鍵盤，用于設置對基于法拉第磁光效應的光學電流互感器進行設計時所需要的各種工作參數，所述各種工作參數包括光源調制交流分量大小、直流分量大小、不同輸出通道之間的相位關系；顯示器，用于顯示目前系統(tǒng)的工作參數；光源調制部，具有光源，輸出光功率被調制的光；以及微控制單元，用于根據所述鍵盤所設置的各種工作參數和鍵盤命令，對所述光源調制部的光源的光功率進行調制。
根據本發(fā)明的一次電流信號模擬器，優(yōu)選地，所述光源調制部還具有數字/模擬轉換器，其將來自所述微控制單元的控制信號由數字信號轉為模擬信號；調制信號合成電路，其將被轉換為模擬信號的控制信號的交流部分和直流部分進行合成，得到調制控制信號；以及電光轉換部，其根據所述調制控制信號，輸出光強度經過調制的光信號，并且光信號輸出設定為3個通道，用于模擬電力系統(tǒng)常用的三相電源。根據本發(fā)明的一種用于智能電網中的基于法拉第磁光效應的光學電流互感器，其特征在于，所述光學電流互感器是通過使用上述本發(fā)明的一次電流信號模擬器而模擬設計制造的。根據本發(fā)明的一種調制光源系統(tǒng)，用于基于法拉第磁光效應的光學電流互感器的設計，其特征在于，包括電源，用于供給所述調制光源系統(tǒng)各個部分需要的工作電源；鍵盤，用于設置對基于法拉第磁光效應的光學電流互感器進行模擬設計時所需要的各種工作參數，所述各種工作參數包括光源調制交流分量大小、直流分量大小、不同輸出通道之間的相位關系；顯示器，用于顯示目前系統(tǒng)的工作參數；光源調制部，具有光源，輸出光功率被調制的光；以及微控制單元，用于根據所述鍵盤所設置的各種工作參數和鍵盤命令，對所述光源調制部的光源的光功率進行調制。根據本發(fā)明的調制光源系統(tǒng)，，優(yōu)選地，所述光源調制部還包括數字/模擬轉換器，其將來自所述微控制單元的控制信號由數字信號轉為模擬信號；調制信號合成電路，其將被轉換為模擬信號的控制信號的交流部分和直流部分進行合成，得到調制控制信號；以及電光轉換部，其根據所述調制控制信號，輸出光強度經過調制的光信號，并且光信號輸出設定為3個通道，用于模擬電力系統(tǒng)常用的三相電源。發(fā)明效果根據本發(fā)明，能夠克服現(xiàn)有技術中基于法拉第磁光效應的光學電流互感器直接測量從幾百安到上萬安的比較大的一次電流而給光學電流互感器研發(fā)過程造成極大困難的問題，從而在光學電流互感器硬件開發(fā)的時候，能夠替代和不用一次電流發(fā)生裝置，對光學電流互感器的硬件開發(fā)帶來極大的便利性。


圖I是法拉第磁光效應的原理圖。
圖2是現(xiàn)有技術的基于法拉第磁光效應的光學電流互感器的基本原理圖。圖3是應用本發(fā)明構思的基于法拉第磁光效應的光學電流互感器的一次電流信號模擬器的示意圖。圖4是本發(fā)明的用于實現(xiàn)圖3所示調制光源的調制光源系統(tǒng)的結構方框圖。圖5是本發(fā)明圖4所示的光源調制部的結構方框圖。
具體實施方式

下面，參考附圖，說明本發(fā)明的實施方式。圖2是現(xiàn)有技術的基于法拉第磁光效應的光學電流互感器的基本原理圖。圖3是應用本發(fā)明構思的基于法拉第磁光效應的光學電流互感器的一次電流信號模擬器的示意圖。在現(xiàn)有技術的圖2中，光源產生恒定功率的光，光經過起偏器以后，變成了線偏振光，線偏振光經過置于磁場中的磁光材料以后，偏振角度發(fā)生偏轉，偏轉的角度和所處的磁場的磁場強度成正比，也即和所要測量的電流成正比。經過偏轉的偏振光經過檢偏器以后，光的強度將發(fā)生變化，光的強度和所測的一次電流有可以計算的關系，經過光電轉換以后，變成了電信號；電信號經過放大和處理、Α/D轉換、MCU的運算和處理，最終得到一次電流的電流值。可見，根據圖2的結構，對于線偏振光，需要在磁光材料處于磁場中的時候，偏振角度才發(fā)生偏轉，偏轉的角度和所處的磁場的磁場強度成正比，即和所要測量的一次電流成正比。但是，由于在一般電力系統(tǒng)中，一次電流是從幾百安到上萬安的電流，因此在光學電流互感器研發(fā)過程中，需要產生如此大電流的一次電流發(fā)生裝置，這給研發(fā)工作造成了極大的困難和不便。與圖2所示的現(xiàn)有技術的基于法拉第磁光效應的光學電流互感器進行比較可知，在應用了本發(fā)明的圖3中，采用了調制光源替代了法拉第磁光效應的光學電流互感器中的恒定功率光源，從而在沒有磁場存在的時候，檢偏器輸出的光功率變化和互感器在磁場中的時候輸出的光功率變化相同。因此根據本發(fā)明，通過調制光源，使得在在磁光材料不處于磁場中的時候，檢偏器輸出的光強度變化和該光學電流互感器放置于磁場中的強度變化相同。因此根據本發(fā)明，在光學電流互感器硬件開發(fā)的時候，能夠不需要具備產生大電流的一次電流發(fā)生裝置，從而對光學電流互感器的硬件開發(fā)帶來極大的便利性，這在實際中具有很大的意義。圖4是本發(fā)明的用于實現(xiàn)圖3所示調制光源的調制光源系統(tǒng)的結構方框圖。本發(fā)明的用于實現(xiàn)圖3所示調制光源的調制光源系統(tǒng)包括MCU(微控制單元)、鍵盤、顯示器、電源和光源調制部。電源用于供給調制光源系統(tǒng)各個部分需要的工作電源。鍵盤用于設置對基于法拉第磁光效應的光學電流互感器進行模擬設計時所需要的各種工作參數，主要有光源調制交流分量大小，直流分量大小，不同輸出通道之間的相位關系等。顯示器用于顯示目前系統(tǒng)的工作參數。MCU根據工作參數和鍵盤命令，對光源進行調制輸出。光源調制部為本發(fā)明的核心。圖5示出了本發(fā)明的光源調制部的結構方框圖。如圖5所示，光源調制部還包括數字/模擬(Α/D)轉換器、調制信號合成部和光電轉換部。MCU通過D/Α轉換器，將控制信號由數字轉為模擬，控制信號的交流部分和直流部分通過調制信號合成電路，合成期望的調制控制信號，經過電光轉換，得到光強度經過調制的光信號輸出。光信號輸出設定為3個通道，用于模擬電力系統(tǒng)常用的三相電源。由該光源調制部產生的光強度經過調制的光可以用于替代法拉第磁光效應的光學電流互感器中的恒定功率光源的光。本發(fā)明的上述實施方式僅僅是示例性的，本發(fā)明不局限于上述實施方式。在不脫離本發(fā)明宗旨和思想的情況下，本發(fā)明 能夠進行各種變更。例如，本發(fā)明的另一種實施方式還應當包括使用上述實施方式的一次電流信號模擬器或者/和調制光源系統(tǒng)而模擬設計制造的用于智能電網的基于法拉第磁光效應的光學電流互感器和光學電壓互感器等。對于本領域技術人員來說，根據和應用本發(fā)明公開的構思，能夠容易地對本發(fā)明方案進行各種變形和改變，應當注意的是，所有這些變形和改變都應當屬于本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種用于光學電流互感器的一次電流信號模擬器，所述光學電流互感器是基于法拉第磁光效應的光學電流互感器，其包含光源、起偏器、磁光材料的偏轉器、檢偏器以及光電轉換模塊、電信號放大和處理模塊、模擬/數字轉換模塊、MCU運算和處理模塊，特征在于， 所述光源是調制光源，替代所述法拉第磁光效應的光學電流互感器中的恒定功率光源，使得在所述磁光材料的偏轉器沒有處于磁場中的時候，所述檢偏器輸出的光功率變化和所述磁光材料的偏轉器處于磁場中的時候輸出的光功率變化相同。
2.根據權利要求I所述的一次電流信號模擬器，其特征在于，所述調制光源是調制光源系統(tǒng)，所述調制光源系統(tǒng)包括 電源，用于供給所述調制光源系統(tǒng)各個部分需要的工作電源； 鍵盤，用于設置對基于法拉第磁光效應的光學電流互感器進行設計時所需要的各種工作參數，所述各種工作參數包括光源調制交流分量大小、直流分量大小、不同輸出通道之間的相位關系； 顯示器，用于顯示目前系統(tǒng)的工作參數； 光源調制部，具有光源，輸出光功率被調制的光；以及 微控制單元，用于根據所述鍵盤所設置的各種工作參數和鍵盤命令，對所述光源調制部的光源的光功率進行調制。
3.根據權利要求2所述的一次電流信號模擬器，其特征在于，所述光源調制部還具有 數字/模擬轉換器，其將來自所述微控制單元的控制信號由數字信號轉為模擬信號； 調制信號合成電路，其將被轉換為模擬信號的控制信號的交流部分和直流部分進行合成，得到調制控制信號；以及 電光轉換部，其根據所述調制控制信號，輸出光強度經過調制的光信號，并且光信號輸出設定為3個通道，用于模擬電力系統(tǒng)常用的三相電源。
4.一種調制光源系統(tǒng)，用于基于法拉第磁光效應的光學電流互感器的模擬設計，其特征在于，包括 電源，用于供給所述調制光源系統(tǒng)各個部分需要的工作電源； 鍵盤，用于設置對基于法拉第磁光效應的光學電流互感器進行設計時所需要的各種工作參數，所述各種工作參數包括光源調制交流分量大小、直流分量大小、不同輸出通道之間的相位關系； 顯示器，用于顯示目前系統(tǒng)的工作參數； 光源調制部，具有光源，輸出光功率被調制的光；以及 微控制單元，用于根據所述鍵盤所設置的各種工作參數和鍵盤命令，對所述光源調制部的光源的光功率進行調制。
5.根據權利要求4所述的調制光源系統(tǒng)，其特征在于，所述光源調制部還包括 數字/模擬轉換器，其將來自所述微控制單元的控制信號由數字信號轉為模擬信號； 調制信號合成電路，其將被轉換為模擬信號的控制信號的交流部分和直流部分進行合成，得到調制控制信號；以及 電光轉換部，其根據所述調制控制信號，輸出光強度經過調制的光信號，并且光信號輸出設定為3個通道，用于模擬電力系統(tǒng)常用的三相電源。
6.一種用于智能電網中的基于法拉第磁光效應的光學電流互感器，其特征在于，所述光學電流互感器是通過使用權利要求I 3任何一項的一次電流信號模擬器而模擬設計制 造的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于基于法拉第磁光效應的光學電流互感器的一次電流信號模擬器，所述光學電流互感器包含光源、起偏器、磁光材料的偏轉器、檢偏器以及光電轉換模塊、電信號放大和處理模塊、模擬/數字轉換模塊、MCU運算和處理模塊，所述光源是調制光源，替代所述法拉第磁光效應的光學電流互感器中的恒定功率光源，使得在所述磁光材料的偏轉器沒有處于磁場中的時候，所述檢偏器輸出的光功率變化和所述磁光材料的偏轉器處于磁場中的時候輸出的光功率變化相同。
文檔編號H05B37/02GK102759369SQ20111010908
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權日2011年4月29日
發(fā)明者朱宏兵 申請人:北京世紀德潤科技有限公司