供电状态监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种供电状态监测系统。其中，该系统包括：传感器探头，用于根据用户端使用市电的情况发出光信号；光电探测器，通过光缆与传感器探头连接，用于在光信号经过光缆传输到光电探测器后，将光信号转换为对应的电信号；电压采集器，与光电探测器连接，用于将电信号转换为数字信号；信号处理器，用于对数字信号进行处理，以监测用户端的供电状态是否正常。本发明解决了传统电子传感器在通过电子电路进行传感测量、通过无线或者信号电缆传输信息时，在供电环境下容易受到电磁干扰，影响信息获取的准确度，以及传感和传输系统需要供电，一旦供电系统出现故障，将会影响电子系统正常运转的技术问题。
【专利说明】
供电状态监测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统领域，具体而言，涉及一种供电状态监测系统。
【背景技术】
[0002] 信息科技与电子自动化越来越成为人类社会重点发展方向并成为了不可或缺的 一部分，各类光电子产品得到了广泛应用，并普及覆盖了人类活动的各个领域。例如，智慧 城市、智能电网等领域，开始逐渐将网络、自动监控等现代技术引入，并引起了该领域的革 命性变革，提高了工作效率和服务质量。
[0003] 供电状态监测是电力系统或者电力服务系统中非常重要的环节，通过实时监测到 用户的供电状态，能够在用户供电出现断电故障时能够及时做出反应，用最短的时间为供 电用户解决问题，将会大大提升供电管理的服务质量。
[0004] 传统测量电子传感器，一般会通过电子电路进行传感测量、通过无线或者信号电 缆将信息传输到信息终端进行处理。一方面，电子传感器在供电环境下容易受到电磁干扰， 影响信息获取的准确度，在一些特殊的应用场合，例如电磁场、辐射场等，传统的电子测量 方法往往受到干扰非常大;另一方面，传感和传输系统需要供电，在某些远距离传输时还需 要增加必备的中继站，特别是在远程传输时，一般不会超过几公里就必须建设中继站来补 偿信号的损失，一旦供电系统出现故障，将会影响电子系统的正常运转。
[0005] 针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例提供了一种供电状态监测系统，以至少解决传统电子传感器在通过 电子电路进行传感测量、通过无线或者信号电缆传输信息时，在供电环境下容易受到电磁 干扰，影响信息获取的准确度，以及传感和传输系统需要供电，一旦供电系统出现故障，将 会影响电子系统正常运转的技术问题。
[0007] 根据本发明实施例的一个方面，提供了一种供电状态监测系统，包括:传感器探 头，用于根据用户端使用市电的情况发出光信号;光电探测器，通过光缆与上述传感器探头 连接，用于在上述光信号经过上述光缆传输到上述光电探测器后，将上述光信号转换为对 应的电信号；电压采集器，与上述光电探测器连接，用于将上述电信号转换为数字信号;信 号处理器，用于对上述数字信号进行处理，以监测上述用户端的供电状态是否正常。
[0008] 进一步地，上述传感器探头包括多个，其中，每个传感器探头用于根据一个用户端 使用市电的情况发出具有预定波长和预定载波频率的激光，其中，上述系统还包括:光纤合 束器，用于将所有传感器探头的探头尾纤合为一束;光波复用模块，通过光缆与上述光纤合 束器连接，用于在每个传感器探头发出的激光经过对应的探头尾纤传输到上述光纤合束 器，再经过光缆传输到上述光波复用模块后，将不同波长的激光进行分束处理，其中，上述 光电探测器包括多个，每个光电探测器与上述光波复用模块连接，用于接收一种对应波长 的激光，并将该对应波长的激光转换为对应的电信号。
[0009] 进一步地，上述每个光电探测器转换得到的电信号中都混合了多种载波频率的激 光信息，其中，上述系统还包括:多个滤波电路，每个滤波器与一个光电探测器连接，用于对 上述每个光电探测器转换得到的电信号进行过滤，得到上述多种载波频率的激光信息，其 中，上述电压采集器为多路电压采集器，与上述多个滤波电路连接，用于对上述多种载波频 率的激光信息各自对应的电信号转换为数字信号。
[0010] 进一步地，上述传感器探头包括：电压转换器，用于将用户端供电线路中的市电转 换为低压直流电;激光器，用于发出光信号；调频器，用于发出预设频率的调制信号;激光驱 动器，与上述调频器连接，且与上述激光器连接，用于输出叠加了上述预设频率的调制信号 的恒流电流，以驱动上述激光器发出光信号；稳压器，与上述电压转换器连接，同时还与上 述调频器和上述激光驱动器连接，用于根据上述低压直流电为上述调频器和上述激光驱动 器提供稳定电压。
[0011] 进一步地，上述稳压器提供的稳定电压为+5V的电压。
[0012] 进一步地，上述传感器探头还包括:传感器外壳，其中，上述电压转换器、上述激光 器、上述调频器、上述激光驱动器和上述稳压器被封装在上述传感器外壳内部。
[0013] 进一步地，上述激光驱动器为恒流源电路。
[0014] 进一步地，上述恒流源电路为采用基于电流负反馈的恒流电路。
[0015] 进一步地，上述激光器为半导体激光器。
[0016] 在本发明实施例中，采用光纤传导的方式，通过在供电状态监测系统中设置传感 器探头、光电探测器、电压采集器、信号处理器，其中，传感器探头，用于根据用户端使用市 电的情况发出光信号;光电探测器，通过光缆与传感器探头连接，用于在光信号经过光缆传 输到光电探测器后，将光信号转换为对应的电信号；电压采集器，与光电探测器连接，用于 将电信号转换为数字信号;信号处理器，用于对数字信号进行处理，以监测用户端的供电状 态是否正常，达到了远程传输时，可以达到上百公里的传输距离、能够实现小区供电用户断 电实时监测的功能的目的，从而实现了电磁干扰的技术效果，进而解决了传统电子传感器 在通过电子电路进行传感测量、通过无线或者信号电缆传输信息时，在供电环境下容易受 到电磁干扰，影响信息获取的准确度，以及传感和传输系统需要供电，一旦供电系统出现故 障，将会影响电子系统正常运转的技术问题。
【附图说明】
[0017] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0018] 图1是根据本发明实施例的一种可选的供电状态监测系统的结构图；
[0019] 图2是根据本发明实施例的一种可选的供电状态监测系统的结构图；
[0020] 图3是根据本发明实施例的一种可选的传感器探头的结构图；
[0021] 图4是根据本发明实施例的一种可选的激光驱动器的电路图。
[0022] 图2中：1-传感器探头1，2-传感器探头2，3-传感器探头3，4-传感器探头4，5-传感 器探头5，6-传感器探头6，7-传感器探头7，8-传感器探头8，9-传感器探头9，10-传感器探头 10，11-传感器探头n，12-光纤合束器，13-光缆，14-DWDM，15-光电探测器1，16-光电探测器 2，17-光电探测器3，18-滤波器1，19-滤波器2，20-滤波器3，21-电压采集器(如，多路电压信 号采集器），22-信号处理器；
[0023]图3中：23-光纤尾纤，24-传感器外壳，25-电缆，26-电压转换器，27-稳压器（即电 压稳压器），28-激光驱动器，29-调频器，30-激光器。
【具体实施方式】
[0024]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的 附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是 本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人 员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范 围。
[0025]需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第 二"等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用 的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或 描述的那些以外的顺序实施。此外，术语"包括"和"具有"以及他们的任何变形，意图在于覆 盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的过程、系统、产品或设备不必限于清楚地列出 的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、产品或设备固有的其它单元。
[0026] 实施例1
[0027] 根据本发明实施例，提供了一种供电状态监测系统的实施例。
[0028] 图1是根据本发明实施例的一种可选的供电状态监测系统的结构图，如图1所示， 该系统包括：传感器探头102,用于根据用户端使用市电的情况发出光信号；光电探测器 104,通过光缆与传感器探头102连接，用于在光信号经过光缆传输到光电探测器104后，将 光信号转换为对应的电信号；电压采集器106,与光电探测器104连接，用于将电信号转换为 数字信号;信号处理器108,用于对数字信号进行处理，以监测用户端的供电状态是否正常。
[0029] 具体地，实施时，将传感器探头安装在用户端的供电线路上，传感器探头可以实时 检测供电线路上的电信号，并根据检测到的电信号生成对应的光信号，进而通过探头尾纤 将生成的光信号传输到光电探测器，此时光电探测器再将光信号转换为对应的电信号，为 了便于计算机处理，电压采集器会对该电信号进行采样处理，从而将电信号转换为相应的 数字信号，并将数字信号传输给信号处理器，使信号处理器根据接收到的数字信号监测用 户端的供电状态是否正常。
[0030] 由于米用光纤技术能够克服电磁干扰，在远程传输时，由于光信号衰减非常微弱， 因此可以在几十公里内无需中继站或者供电放大等，从而达到上百公里的传输距离，简化 了传输的工程量和系统复杂度，使得系统简单可靠，中间过程无需供电、无电磁干扰、也不 产生任何电磁辐射或者漏电，安全性更高，是传统电子方式远远无法企及的。
[0031] 通过本发明实施例，采用光纤传导的方式，通过在供电状态监测系统中设置传感 器探头、光电探测器、电压采集器、信号处理器，其中，传感器探头，用于根据用户端使用市 电的情况发出光信号;光电探测器，通过光缆与传感器探头连接，用于在光信号经过光缆传 输到光电探测器后，将光信号转换为对应的电信号；电压采集器，与光电探测器连接，用于 将电信号转换为数字信号;信号处理器，用于对数字信号进行处理，以监测用户端的供电状 态是否正常，达到了远程传输时，可以达到上百公里的传输距离、能够实现小区供电用户断 电实时监测的功能的目的，从而实现了电磁干扰的技术效果，进而解决了传统电子传感器 在通过电子电路进行传感测量、通过无线或者信号电缆传输信息时，在供电环境下容易受 到电磁干扰，影响信息获取的准确度，以及传感和传输系统需要供电，一旦供电系统出现故 障，将会影响电子系统正常运转的技术问题。
[0032] 实施例2
[0033] 图2是根据本发明实施例的一种可选的供电状态监测系统的结构图，如图2所示， 上述传感器探头可以包括多个，例如分别为：1-传感器探头1，2-传感器探头2，3-传感器探 头3，4-传感器探头4，5-传感器探头5，6-传感器探头6，7-传感器探头7，8-传感器探头8，9-传感器探头9，10_传感器探头10，11_传感器探头n，其中，每个传感器探头用于根据一个用 户端使用市电的情况发出具有预定波长和预定载波频率的激光，其中，上述系统还可以包 括:光纤合束器12，用于将所有传感器探头的探头尾纤合为一束;光波复用模块，又称为密 集型光波复用模块(Dense Wavelength divisionMultiplexing，简称为14-DWDM)，通过光 缆与光纤合束器连接，用于在每个传感器探头发出的激光经过对应的探头尾纤23传输到光 纤合束器12,再经过光缆13传输到光波复用模块14后，将不同波长的激光进行分束处理，其 中，光电探测器包括多个，每个光电探测器与光波复用模块连接，用于接收一种对应波长的 激光，并将该对应波长的激光转换为对应的电信号。
[0034] 具体的，在实施时，将每一个传感器探头安装在一个对应的用户端的供电线路上， 例如，将第x个传感器探头分别安装在对应的第x个用户端的供电线路上，不同的传感器探 头分别可以实时检测相应供电线路上的电信号，并根据检测到的电信号生成对应的光信 号，根据不同的电信号生成的光信号具有不同的预定波长(如分别为h-A n)和不同的预定载 波频率(如分别为fi-fm)，通过探头尾纤将生成的上述具有预定波长和预定载波频率的各个 光信号传输到光纤合束器，该光纤合束器用于将所有传感器探头的探头尾纤合为一束，通 过一根光缆（即光缆13)与光纤合束器连接，光缆将光纤合束器的光信号传输给DWDM，该 DWDM将传输过来的不同波长的光信号进行分束处理，得到不同波长的光信号（如h-l)，不 同波长的光信号分别传输给相应的光电探测器，例如，波长为&的光信号传输给一个光电 探测器，波长为、的光信号传输给光电探测器，波长为4的光信号传输给另一个光电探测 器，由于光电探测器在将光信号转换为电压信号时，使得该信号中混合了多种载波频率的 激光信息，相应的光电探测器接收相应波长的光信号后，转换为相应的电压信号，经过光缆 传输给相应的滤波器。如图2所示，经过光电探测器15转化的电压信号传输至滤波器18,经 过光电探测器16转化的电压信号传输至滤波器19,经过光电探测器17转化的电压信号传输 至滤波器20。这样，可以将几种不同频率的信号滤波得出。其中，滤波后的多路信息均被多 路电压采集器21转变为可计算处理的数字信号，并交由信号处理器22进行处理。
[0035] 通过本发明实施例，利用光纤合束器将所有传感器探头的探头尾合为一束，从而 将不同波长和频率的光信号合为一束，使得不同传感器探头发出的光信号可以波分复用统 一根光缆，能够实现小区供电用户断电实时监测的功能，具有广阔的市场前景和较高的实 用价值。采用不同波长的激光器可以实现多探头的波分复用，使得多个传感器能够同时在 同一条线路内复用传输;采用多种频率的载波，利用同波长信号的不同频率调制实现多探 头的复用;结合波分复用与载波技术，能够大规模地提高探头复用的数量，为传感器的规模 化应用提供了便利条件。
[0036] 可选地，上述每个光电探测器转换得到的电信号中都混合了多种载波频率的激光 信息，其中，上述系统还可以包括:多个滤波电路，每个滤波器与一个光电探测器连接，用于 对每个光电探测器转换得到的电信号进行过滤，得到多种载波频率的激光信息，其中，电压 采集器为多路电压采集器，与多个滤波电路连接，用于对多种载波频率的激光信息各自对 应的电信号转换为数字信号。
[0037] 通过本发明实施例，采用不同的波长与不同的频率进行调制来实现波分复用与频 率调制相结合的组合寻址技术，能够大大扩充传感器的复用能力，提高了系统的多点监测 能力。
[0038]可选地，如图3所示，上述系统中的传感器探头可以包括：电压转换器26,用于将用 户端供电线路中的市电转换为低压直流电；激光器30,用于发出光信号；调频器29,用于发 出预设频率的调制信号;激光驱动器28,与调频器29连接，且与激光器30连接，用于输出叠 加了预设频率的调制信号的恒流电流，以驱动激光器28发出光信号;稳压器27,与电压转换 器26连接，同时还与调频器29和激光驱动器28连接，用于根据低压直流电为调频器29和激 光驱动器28提供稳定电压。另外，传感器探头的输入端可以连接电缆25,输出端可以连接光 纤尾纤23。
[0039] 也即，上述传感器探头主要由电压转换器、稳压器、调频器、激光驱动器、激光器、 光纤尾纤以及传感器外壳等组成。其中，电压转换器是将电力用户供电线路的市电转换为 低压直流电；电压转换器与电压稳压器相连；电压稳压器与激光驱动器以及调频器相连，为 其提供稳定的电压;调频器产生一个频率f?的正弦调制信号发送给恒流器，恒流器产生频率 为f的正弦载波调制电流驱动给激光器，使激光器发出波长A、频率为f的激光输出；不同的 传感器具有不同的波长或者不同的调制频率，用于区别传感器，因此，每一个传感器用(入， f)可以唯一地标识出，不会出现两个参数完全相同的情况。
[0040] 可选地，稳压器提供的稳定电压为+5V的电压。按照图2所示结构示意图装配传感 器探头，其中，每个传感器探头的电压转换器与稳压器通过电线连接，稳压器输出电压为+ 5V电压，并通过电线与调频器以及激光驱动器相连接，调频器发出某一调制频率的电信号 传递给激光驱动器，激光驱动器为输出一叠加调制电信号的恒流电流用于直接驱动激光 器，激光器发出激光通过光纤尾纤输出，以上几部分均被密封封装于传感器外壳中。
[0041] 当用户端的供电状态正常时，用户所使用的正常市电将通过电缆线传递到传感器 探头内部，于是激光器便可正常工作，输出一固定某波长和固定某频率的激光。其中，传感 器的区分如下表所示：
[0043] 可见，每个传感器具有不同的波长与不同的调制频率，因此，可以通过波长与调制 频率查表得出对应传感器/用户的位置，从而构建一张覆盖大量用户的多点时间监测系统。
[0044] 可选地，如图3所示，上述传感器探头还可以包括:传感器外壳24，其中，电压转换 器、激光器、调频器、激光驱动器和稳压器被封装在传感器外壳24内部。传感器外壳24可以 保护其中设置的电压转换器、激光器、调频器、激光驱动器和稳压器等，以防止这些部件损 坏。
[0045] 可选地，激光驱动器可以为恒流源电路。可选地，恒流源电路可以为采用基于电流 负反馈的恒流电路。可选地，激光器可以为半导体激光器。
[0046] 激光器在本实施例中可选择DFB半导体激光器。调频器采用MAX038信号发生器芯 片可产生标准的正弦波调制信号。激光驱动器采用基于电流负反馈的恒流电路，如图4所 示，调制信号加载到I_reset上，Vcc为稳压器输出提供的+5V供电。
[0047]上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0048]在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有 详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0049] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的 方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，可以为 一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或 者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互 之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连 接，可以是电性或其它的形式。
[0050] 上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显 示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个 单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0051] 以上上述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种供电状态监测系统，其特征在于，包括： 传感器探头，用于根据用户端使用市电的情况发出光信号； 光电探测器，通过光缆与所述传感器探头连接，用于在所述光信号经过所述光缆传输 到所述光电探测器后，将所述光信号转换为对应的电信号； 电压采集器，与所述光电探测器连接，用于将所述电信号转换为数字信号； 信号处理器，用于对所述数字信号进行处理，以监测所述用户端的供电状态是否正常。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述传感器探头包括多个，其中，每个传感器探头用于根据一个用户端使用市电的情 况发出具有预定波长和预定载波频率的激光， 其中，所述系统还包括： 光纤合束器，用于将所有传感器探头的探头尾纤合为一束； 光波复用模块，通过光缆与所述光纤合束器连接，用于在每个传感器探头发出的激光 经过对应的探头尾纤传输到所述光纤合束器，再经过光缆传输到所述光波复用模块后，将 不同波长的激光进行分束处理， 其中，所述光电探测器包括多个，每个光电探测器与所述光波复用模块连接，用于接收 一种对应波长的激光，并将该对应波长的激光转换为对应的电信号。3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述每个光电探测器转换得到的电信号中 都混合了多种载波频率的激光信息，其中，所述系统还包括： 多个滤波电路，每个滤波器与一个光电探测器连接，用于对所述每个光电探测器转换 得到的电信号进行过滤，得到所述多种载波频率的激光信息， 其中，所述电压采集器为多路电压采集器，与所述多个滤波电路连接，用于对所述多种 载波频率的激光信息各自对应的电信号转换为数字信号。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述传感器探头包括： 电压转换器，用于将用户端供电线路中的市电转换为低压直流电； 激光器，用于发出光信号； 调频器，用于发出预设频率的调制信号； 激光驱动器，与所述调频器连接，且与所述激光器连接，用于输出叠加了所述预设频率 的调制信号的恒流电流，以驱动所述激光器发出光信号； 稳压器，与所述电压转换器连接，同时还与所述调频器和所述激光驱动器连接，用于根 据所述低压直流电为所述调频器和所述激光驱动器提供稳定电压。5. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述稳压器提供的稳定电压为+5V的电压。6. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述传感器探头还包括： 传感器外壳，其中，所述电压转换器、所述激光器、所述调频器、所述激光驱动器和所述 稳压器被封装在所述传感器外壳内部。7. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述激光驱动器为恒流源电路。8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述恒流源电路为采用基于电流负反馈的 恒流电路。9. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述激光器为半导体激光器。
【文档编号】G01R31/00GK105911401SQ201610500702
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】董囯艳, 李捷, 张坤明, 邢钊
【申请人】国网北京市电力公司, 国家电网公司, 中国科学院大学