专利名称：用于磁光电流互感器的时分复用检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压电流的感测，更具体地涉及4吏用MOCT对该电流的感测。
背景技术：
磁光电流互感器(下文称为"MOCT")用于电力传输变电站以感测高 压应用中的电流。美国专利No. 4, 916, 387 ("387专利")中描述了^^用 MOCT来感测这样的电流的一个示例。"387专利"描述了4吏用用于感测高 压电流的MOCT的时分复用系统("TDM系统")的应用.
在"387专利"的系统中，PIN二极管28和30均具有固定偏置电流， 由此，必须改变分别由相关联的LED 24和26发射的光，从而代表在相关 联的PIN二极管处检测的光的电流补偿偏置电流。因此，与光线环路的衰 减无关，"387专利"的系统中的每个通道不是一直在最大信噪比工作。
因此，希望具有一种使用用于感测高压电流的MOCT的TDM系统，其 基本上减少由于系统中的光缆的震动引起的处理板的输出波形中的干扰， 其通道一直工作在最大信噪比，其精确度不受未通过MOCT的光的影响， 为了便于说明，在下文将该光称为向后反射光。本发明的系统将实现以上 需求
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种监视交流电流的系统。所述系 统包括适于对应于交流电流的幅度来调制光信号的磁光电流互感器。所述 互感器包括第 一输出和笫二输出以及第 一输入和第二输入。第 一分束器和 第二分束器分别与第 一输出和第二输出联通。第 一通道和第二通道分别与
第一分束器和第二联通。第一通道包括第一LED，第二通道包括笫二LED。 第一LED与第一分束器联通，第二LED与第二分束器联通。笫一通道包括 第一输出，第二通道包括第二输出。差分放大器连接到第一通道和第二通 道输出，以将笫一输出和第二输出彼此相减来消除由于震动引起的干扰。 第一 LED和所述第二 LED由恒流源供电。
图1示出本发明的系统的框图。
图2示出图l所示的系统中的两个相同通道中的一个的框图。
图3示出与本发明的系统中的两个相同通道中的每个相关联的波形。
具体实施例方式
参照图1，示出形成本发明的系统10的框图。系统IO包括M0CT12， MOCT 12在其输出12b和12c向分束器14a和14b中相关联的一个拔^供代 表感测的高压电流的光信号。分束器14a和14b连接到检测器16的相对 通道16a和16b中的相关联的一个。相对通道16a和16b中的每个是相同 的，并且以下描述的图2中示出棉^据本发明的实施例的通道16a和16b 的一个示例。为了方便图示，图l中未示出向后反射光。
通道16a和16b中的每个在短的采样周期内在相反方向上交替地传递 通过光传感器(MOCT) 12的光。将被测量的物理^lt、通过M0CT窗口 12a 的电流调制光的强度。由于两个相对通道16a和16b的采样周期相同，这 些通道对给定的电流具有相同和相反的调制。震动引起的调制在两个相对 通道16a和16b上作为相等的调制出现。在信号处理电子i殳备中，两个相 对通道16a和16b的输出是差分放大器18的输入18a和18b。这些输入 在差分放大器18彼此相减以由此消除震动引起的干扰，因而原始信号在 差分放大器输出18c恢复。
现在参照图2，示出相同通道16a和16b中的一个的框图，为了便于描述，下面将其标识为通道16。
通道16包括开关积分器20，开关积分器20包括如图2所示的框内 的部件。更具体地，积分器20具有积分放大器22，积分放大器22的一 个输入22a通过开关Sl连接到PIN 二极管Dl和电阻器Rl的节点.放大 器22的输入22a通过电容器Cl和开关S2的并联组合而连接到为积分器 20的输出的放大器输出22b。电容器Cl的电容值确定积分放大器22的增 益。
开关SI和S2的开路和闭合由计时器24控制。计时器24还控制用于 用作光的恒流源的发光二极管(LED) D2的驱动器26。这种光的恒流源允 许无论光纤环路的衰减，通道16a和16b中的每个一直工作在最大信噪比。
积分器20的输出22b连接到采样保持电路28，釆样保持电路28的 输出通过用于移除电路28的输出中的任何DC偏移的放大器30连接到电 阻器Rl。电路28的输出还连接到模拟除法器32，模拟除法器32还具有 来自放大器30的输出的输入。模拟除法器32将电路28的输出除以放大 器30的输出。电路28的输出的信号是被感测的"AC"信号。放大器30 的输出是"DC"信号。由于光纤环路的衰减变化，"AC"和"DC"信号将 成比例地变化。除法器32的功能是将"AC"信号除以"DC"信号，使得 无论光纤环路的衰减，除法器32的输出相同。除法器32的输出连接到图 l的差分放大器18的两个输入18a、 18b中的一个输入。
通道16的操作如下所述。当通道16在采样时，LED D2在通道的预 定采样周期中接通。从LED 二极管发射的光在与具体通道16a或16b相关 联的方向上通过MOCT 12。如以上关于图l的描述，与通道16a相关联的 光和与通道16b相关联的光在相反方向上通过M0CT 12。流过MOCT窗口 12a的电流调制光。
在采样周期中，即当LEDD2接通时，调制的光被PINJ^l管Dl接收， 并由二极管转换为电信号。另外在采样周期中，计时器24闭合开关Sl 并开路开关S2以允许代表二极管Dl接收的光的幅度的电荷在Cl上积累。
在通道16的采样周期结束时，开关S1开路，使得积分器20将其输 出保持在由电容器C1积累的电荷确定的电压电位。LEDD2被关断，在积 分器20输出的电压被传递到采样保持电路28。此时，开关S1和S2均闭 合并且上述处理可对相对的通道重复。因此，如果以上给出的描述是针对 通道16a，则当开关Sl和S2均闭合时，通道16b的LED D2接通并且该通道的开关Sl闭合而该通道的开关S2保持开路以允许电荷在该通道中的 电容器C1上积累。
在本发明的一个实施例中，开关积分器20是Texas Instruments的 IVC102芯片，釆样保持电路28和除法器32是Analog Devices的AD585 和AD734芯片。
下面参照图3，示出与通道16a和16b的输出、每个通道中的开关S1 和S2以及采样保持电路28相关联的波形。如图3所示，在通道16a的采 样周期的开始时间Tl，该通道中的开关Sl处于闭合位置并且开关S2开 路。在通道16a的采样周期中即从时间Tl到时间T2，通道16b的开关Sl 和S2闭合。
在通道16a的釆样周期的结束时间T2，开关Sl开路并保持开路直至 时间T4，在时间T4开关Sl闭合。在时间段T3到T4中，通道16a的采 样保持电路26从通道16a的积分器20获得采样。在通道16b的采样周期 的开始时间T4，通道16b的开关S2开路并且该通道之前闭合的开关Sl 保持闭合。在时间T5,通道16b的釆样周期结束并且该通道的开关Sl开 路。通道16b的采样保持电路26在时间段T6到T7从通道16b的积分器 20获得采样。应注意的是在从T4到T7的时间段中通道16a的开关Sl和 S2保持闭合，并且在时间T7,通道16a的开关S2闭^f吏得通道16a开始 其下一采样周期。
应理解的是根据本发明实现的通道16通过将已经完成其采样周期的 通道16a或16b的开关Sl和S2在另一个通道16b或16a的采样周期中保 持闭合，基本上消除光的向后反射，其中所述另一个通道16b或16a的光 以与刚完成其采样周期的通道的光通过MOCT 12的方向相反的方向通过 MOCT 12。通过保持已经完成了其采样周期的通道的开关Sl和S2闭合， 在该通道的电容器C1上不能积累电荷。如上所述，电容器C1的电容量确 定积分放大器20的增益，并且保持开关Sl和S2闭合基本上减少该增益， 由此基本消除该通道中的光的向后及^射的效应。
还应理解的是采样保持电路28将刚刚完成其采样周期的通道16a或 16b与向后Jl射光隔离，并确保来自该通道的采样在相对通道16b或16a 的采样周期中保持有效。
还应理解的是由于每个通道16a和16b中的积分放大器20在整个采 样周期中对来自M0CT 12的光采样，积分放大器22用作作为检测器一部分的低通滤波器。还应进一步理解的是因为积分放大器22，检测器中的 信号转换相对较慢并且这将减少系统中的开关瞬态。
应理解的是上述示范性实施例仅意在说明本发明，而不是穷尽。本领 域技术人员将能够对所公开的主题的实施例进行一些添加、删除、和/或 修改，而不背离由所附的权利要求限定的本发明的实质或范围。
权利要求
1.一种用于监视交流电流的系统，包括磁光电流互感器，适于对应于交流电流的幅度来调制光信号，所述互感器包括第一输出和第二输出以及第一输入和第二输入；第一分束器和第二分束器，分别与所述第一输出和所述第二输出联通；第一通道和第二通道，分别与所述第一分束器和所述第二分束器联通；所述第一通道包括第一LED，所述第二通道包括第二LED，所述第一LED与所述第一分束器联通，所述第二LED与所述第二分束器联通，所述第一通道包括第一输出，所述第二通道包括第二输出；差分放大器，与所述第一通道和所述第二通道输出连接，以将所述第一通道和所述第二通道输出彼此相减，来消除震动引起的干扰，并在放大器输出处输出减后的信号；以及其中所述第一LED和所述第二LED是由恒流源供电。
2. 如权利要求l所述的系统，其中所述恒流源使得所述第一通道和 所述第二通道一直工作在最大信噪比。
3. 如权利要求l所述的系统，其中每个所述通道包括积分电路以及 采样保持电路，所述积分电路在采样周期内采集与交流电流的幅度成比例 的采样电荷，所述采样保持电路连接到所述积分电路，并在所述第一通道 或所述第二通道中另 一个的采样周期中保持所述采样电荷。
4. 如权利要求3所述的系统，其中每个所述通道还包括用于从所述 分束器接收光信号的PIN 二极管以及在节点连接到所述PIN 二极管的第一 电阻器，所述积分电路包括连接到所述节点的输入。
5. 如权利要求4所述的系统，其中每个所i^it道还包括放大器和模 拟除法器，所述采样保持电路包括连接到所逸故大器和连接到所述模拟除 法器的输出，所iiit大器包括连接到第二节点的输出，所述第二节点还连 接到所述电阻器和所*拟除法器。
6. 如权利要求4所述的系统，其中所述模拟除法器将所述采样保持 电路的输出除以所^t大器的输出，并向所述差分放大器输出除后的信 号。
7. —种用于监视交流电流的系统，包括磁光电流互感器，适于对应于交流电流的幅度来调制光信号，所述互 感器包括第 一输出和第二输出以及第 一输入和第二输入；第 一分束器和第二分束器，分别与所述第 一输出和所述第二输出联通；第一通道和第二通道，分别与所述第一分束器和所述第二分束器联 通；所述第一通道包括第一 LED,所述第二通道包括第二 LED,所述第一 LED与所述第一分束器联通，所述第二LED与所述第二分束器联通，所述 第一通道包括第一输出，所述第二通道包括第二输出，每个所述通道包括 积分电路以及采样保持电路，所述积分电路在采样周期内采集与交流电流 的幅度成比例的釆样电荷，所述釆样保持电路连接到所述积分电路并在所 述第一通道或所述第二通道中另一个的采样周期中保持所述采样电荷；差分放大器，与所述第一通道和所述第二通道输出连接，以将所述第 一通道和所述第二通道输出彼此相减，来消除震动引起的干扰，并在放大 器输出处输出减后的信号。
8. 如权利要求7所述的系统，其中所述第一LED和所述第二LED是 由恒流源供电。
9. 如权利要求8所述的系统，其中所述恒流源使得所述第一通道和 所述第二通道一直工作在最大信噪比。
10. 如权利要求7所述的系统，其中每个所ilit道还包括用于从所述 分束器接收光信号的PIN 二极管以及在节点连接到所述P IN 二极管的第一 电阻器，所述积分电路包括连接到所述节点的输入。
11. 如权利要求10所述的系统，其中每个所述通道还包括放大器和 模拟除法器，所述采样保持电路包括连接到所l故大器和连接到所i^拟 除法器的输出，所l故大器包括连接到第二节点的输出，所述第二节点还 连接到所述电阻器和所述模拟除法器。
12. 如权利要求11所述的系统，其中所述模拟除法器将所述采样保 持电路的输出除以所a大器的输出，并向所述差分放大器输出除后的信 号。
全文摘要
一种系统监视交流电流，并包括磁光电流互感器(MOCT)，适于对应于交流电流的幅度来调制光信号。分束器(14a、14b)与MOCT(12)联通，分束器(14a、14b)又连接到各个通道(16a、ISb)。每个通道包括由恒流源供电的LED。
文档编号G01R15/24GK101563618SQ200780046117
公开日2009年10月21日 申请日期2007年12月11日 优先权日2006年12月12日
发明者伦尼·罗兰, 安东·珀尔特尔, 罗伯特·C·米勒, 罗伯特·M·斯奈德, 迈克尔·门迪克 申请人:Abb技术有限公司