专利名称：一种混合式光电脉冲电流测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种信号测量领域，尤其涉及的是ー种混合式光电脉冲电流测量系统。
背景技术：
随着高电压技术的发展，脉冲电流信号測量技术日益受到人们的重视。检测电カ设备局部放电信号，确定脉冲电流下绝缘介质的击穿特性，研究绝缘材料电晕特性等都需要对脉冲电流信号进行准确测量和无畸变传输。目前，普遍采用的电流信号測量系统主要由电流互感器(CT)、信号传输电缆和终端设备构成。由于传统电流互感器受磁饱和、涡流效应、铜耗、磁滞损耗等问题的影响，以及信号电缆频带限制、绝缘强度低和抗干扰能力差的缺点，使得传统电流信号測量系统无法应用于高电位脉冲电流信号的准确测量。洛氏(Rogowski)线圈作为ー种电流传感器已被广泛应用于脉冲大电流測量系统中，对于纳秒级微小电流信号測量，Rogowski线圈也具有很大的优势。光纤的出现使得信号传输路径更加多祥化。首先，光纤传输可使測量系统的高低压终端实现电气隔离。其次，Im长光纤的交流闪络电压大于lOOkV，所以可以用光纤隔离很高的点位。随着光纤的普遍使用，基于法拉第磁致旋光效应原理研制的全光纤型电流測量系统在ー些特殊领域得到应用，然而其稳定性和測量精度难以得到保证，其次，该测量系统昂贵的造价限制限制了自身发展。为了实现高电位下脉冲微小电流的准确测量和无畸变传输，必须采用其他的技术方案。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供ー种混合式光电脉冲电流测量系统，g在解决现有的电流测量系统的稳定性和測量精度难以得到保证的问题。本实用新型的技术方案如下—种混合式光电脉冲电流测量系统，其包括感应线圈和光纤传输模块，所述光纤传输模块包括高压侧的前置放大电路和驱动电路；光纤和低压侧的光信号接收与转换电路，所述感应线圈连接前置放大电路，所述前置放大电路、驱动电路、光纤和光信号接收与转换电路依次连接。所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述感应线圈采用高频洛氏线圈。所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述前置放大电路包括第一电阻、第ニ电阻、开关和第一高速大电流运算放大器，所述第一电阻和第二电阻串联连接，第一电阻连接洛氏线圈的输出端，第二电阻接地；所述开关为ー单刀双掷开关，开关的第一活动端连接洛氏线圈的输出端，第二活动端连接到第一电阻和第二电阻的连接点；第一高速大电流运算放大器的正向输入端连接开关的固定端；第一高速大电流运算放大器的反向输入端与输出端连接形成反馈回路。[0010]所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述驱动电路包括第二高速大电流运算放大器、第三电阻、第四电阻和稳压器，第三电阻一端连接前置放大电路的输出端，另一端连接第二高速大电流运算放大器的正向输入端；稳压器通过第四电阻连接在第二高速大电流运算放大器的正向输入端上；第二高速大电流运算放大器的反向输入端连接第二高速大电流运算放大器的输出端；第二高速大电流运算放大器的输出端连接发射头。 所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述发射头采用集成光纤发射头，采用的型号为HFBR-1414。所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述第一高速大电流运算放大器和第二高速大电流运算放大器的型号均为0PA690。所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述前置放大电路中的第一电阻和第二电阻的阻值之和为50 Ω。所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述光信号接收与转换电路采用与 高压侧光纤发射端相匹配的光纤接收器，其型号为HFBR-2416TZ，且该光纤接收器内部集成了ー个PIN型光电ニ级管和将光信号转换为模拟电压信号的电路。本实用新型的有益效果本实用新型通过使用高频带的Rogowski线圈测量脉冲电流信号；用高速大电流放大器0PA690代替传统放大器，采用电压信号驱动和集成光纤发射头，研制出ー套混合式光电电流測量系统，可测量微安级电流，测量带宽可达22MHz，非线性度小于O. 1%。本实用新型中所需器件可在电子市场购得，与普遍的数字传输方式相比较，成本低廉。
图I是本实用新型中电流测量系统的高压侧前置放大电路图。图2是前置放大电路的方波响应结果图。图3是高压侧驱动电路。图4是高压侧驱动电路的方波响应结果图。图5是光纤传输模块电路图。图6a和图6b是光纤传输模块的幅频和相频响应特性曲线。图7是光信号接收与转换电路图。图8a和图8b是测量系统方波和脉冲响应特性曲线。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下參照附图并举实施例对本实用新型进ー步详细说明。本实用新型提供的混合式光电脉冲电流测量系统的结构分为以下两个部分感应线圈和光纤传输模块。其中，所述感应线圈采用高频Rogowski线圈；光纤传输模块分为高压侧、光纤和低压侧，其高压侧有前置放大电路和驱动电路。高频Rogowski线圈作为系统的传感头，感应得到的电压信号经过放大电路放大作为驱动电路的驱动信号，使得光纤发射端动作，通过光纤将信号传输到光纤接收端，进而到测量终端。[0027]參见图1，所述前置放大电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、开关SI和第一高速大电流运算放大器A，其型号为0PA690，所述第一电阻Rl和第二电阻R2串联连接，第一电阻Rl连接Rogowski线圈的输出端,第二电阻R2接地；开关SI为ー单刀双掷开关,开关SI的第一活动端连接Rogowski线圈的输出端，第二活动端连接第一电阻Rl和第二电阻R2的连接点；第一高速大电流运算放大器A的正向输入端连接开关SI的固定端；第一高速大电流运算放大器A的反向输入端连接输出端形成反馈回路，其采用±5V的电压供电。位于高压侧的前置放大电路中采用高速大电流运算放大器0PA690代替传统放大器，稳定的増益和约500MHz的带宽提高了整个系统的响应性能。为了实现电缆終端匹配条 件，电路中的R1+R2 = 50Ω。图2是前置放大电路方波响应结果图。图2中，通道I为原始输入信号，通道2为放大电路方波响应信号。可以看出，原始信号经前置放大电路后，仍保持原信号波形，没有波形畸变。输出信号有一延时。參见图3，所述驱动电路包括第二高速大电流运算放大器B、第三电阻R3、第四电阻R4和型号为REF5030稳压器，第三电阻R3 —端连接前置放大电路的输出端即连接第一高速大电流运算放大器A的输出端，另一端连接第二高速大电流运算放大器B的正向输入端；稳压器REF5030通过第四电阻R4也连接在第二高速大电流运算放大器B的正向输入端上；第二高速大电流运算放大器B的反向输入端连接第二高速大电流运算放大器B的输出端。第二高速大电流运算放大器B的输出端连接发射头，所述发射头采用集成光纤发射头，可以直接传输模拟信号，省去模数转换模块，降低了成本。本实施例中采用的型号为HFBR-1414。所述稳压器的工作电压为+5V，放大器的工作电压为±5V。图4为驱动电路的方波信号，高压侧完整的电路图如图5所示。图6a和图6b是光纤传输模块的幅频和相频响应特性曲线，按照IEC标准和相关国家标准，幅频和相频响应3dB带宽为22MHz。所述低压侧包括光信号接收与转换电路，參见图7，所述光信号接收与转换电路采用与高压侧光纤发射端相匹配的光纤接收器HFBR-2416TZ，并且该器件内部集成了ー个PIN型光电ニ级管和将光信号转换为模拟电压信号的电路，整个低压侧电路非常简单。參见图8a和图Sb，本实用新型提供的測量系统方波和脉冲响应特性曲线。可以看出，整个测量系统在方波及方波脉冲下响应曲线的上升时间约20ns，可以用于测量纳秒脉冲电流信号。经研究，所选用的高速大电流放大器0PA690能够有效的提高整个测量系统的频带宽度，从而满足对脉冲电流的准确测量。由于光纤的电气隔离特点，本实用新型攻破了高电位下微小电流测量时强电场击穿和强电磁场干扰的技术难关。本实用新型通过使用高频带的Rogowski线圈测量脉冲电流信号；用高速大电流放大器0PA690代替传统放大器,米用电压信号驱动和集成光纤发射头，研制出ー套混合式光电电流測量系统，可测量微安级电流，测量带宽可达22MHz，非线性度小于O. 1%。本实用新型中所需器件可在电子市场购得，与普遍的数字传输方式相比较，成本低廉。应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
权利要求1.ー种混合式光电脉冲电流测量系统,其特征在于，包括感应线圈和光纤传输模块，所述光纤传输模块包括高压侧的前置放大电路和驱动电路；光纤和低压侧的光信号接收与转换电路，所述感应线圈连接前置放大电路，所述前置放大电路、驱动电路、光纤和光信号接收与转换电路依次连接。
2.根据权利要求I所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其特征在于，所述感应线圈采用高频洛氏线圈。
3.根据权利要求2所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其特征在于，所述前置放大电路包括第一电阻、第二电阻、开关和第一高速大电流运算放大器，所述第一电阻和第二电阻串联连接，第一电阻连接洛氏线圈的输出端，第二电阻接地；所述开关为ー单刀双掷开关，开关的第一活动端连接洛氏线圈的输出端，第二活动端连接到第一电阻和第二电阻的连接点；第一高速大电流运算放大器的正向输入端连接开关的固定端；第一高速大电流运算放大器的反向输入端与输出端连接形成反馈回路。
4.根据权利要求3所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其特征在于，所述驱动电路包括第二高速大电流运算放大器、第三电阻、第四电阻和稳压器，第三电阻一端连接前置放大电路的输出端，另一端连接第二高速大电流运算放大器的正向输入端；稳压器通过第四电阻连接在第二高速大电流运算放大器的正向输入端上；第二高速大电流运算放大器的反向输入端连接第二高速大电流运算放大器的输出端；第二高速大电流运算放大器的输出端连接发射头。
5.根据权利要求4所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其特征在于，所述发射头采用集成光纤发射头，采用的型号为HFBR-1414。
6.根据权利要求5所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其特征在于，所述第一高速大电流运算放大器和第二高速大电流运算放大器的型号均为0PA690。
7.根据权利要求6所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其特征在于，所述前置放大电路中的第一电阻和第二电阻的阻值之和为50 Ω。
8.根据权利要求7所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其特征在于，所述光信号接收与转换电路采用与高压侧光纤发射端相匹配的光纤接收器，其型号为HFBR-2416TZ，且该光纤接收器内部集成了ー个PIN型光电ニ级管和将光信号转换为模拟电压信号的电路。
专利摘要本实用新型公开了一种混合式光电脉冲电流测量系统，其包括感应线圈和光纤传输模块，所述光纤传输模块包括高压侧的前置放大电路和驱动电路；光纤和低压侧的光信号接收与转换电路，所述感应线圈连接前置放大电路，所述前置放大电路、驱动电路、光纤和光信号接收与转换电路依次连接。采用本实用新型可测量微安级电流，测量带宽可达22MHz，非线性度小于0.1％，本实用新型中所需器件与普遍的数字传输方式相比较，成本低廉。
文档编号G01R15/00GK202453408SQ20112057663
公开日2012年9月26日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者刘红太, 叶建铸, 周岩, 左干清, 毛熊, 牛峥, 王颂, 盛康, 谢超 申请人:中国南方电网有限责任公司超高压输电公司