专利名称：光电式电功率测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种电功率测量装置，特别是一种光电式电功率测量装置 及方法。
背景技术：
传统的电功率测量仪表，如电磁感应式电度表，将电功率转化为机械 转速，通过齿轮码盘累计电能量，其结构复杂，体积大，精度低，功耗高。 近年来，人们开始将微电子技术的用于电功率的检测。现有技术大多通过 电流检测模块、电压检测模块和乘法器模块实现电功率的计算和测量。其
中乘法器分模拟乘法器与数字乘法器两类，如发明专利申请号92113287.5 和97103508.3的采用模拟乘法器，还有发明专利申请号200410100321.5， 200610071041.5所采用的是数字方法实现乘法器功能。根据乘法器计算电 功率的原理，要得到准确的测量值，电流检测量和电压检测量之间的相位 关系不得失真严重。由于这两个检测量来自独立的两套信号调理电路通道， 要保持其相位移动为零几乎不可能。所以，为保证电功率的测量精度，在 模拟乘法器方案中，需要相位修正电路；而对数字乘法器方案，则需要软 件相位修正和带采样保持功能的高速才莫数转换A/D器件。以上技术都要求 具备两套独立的信号取样、信号放大、滤波处理及相位修正等电路分别实 现电流和电压的同步检测。因此，现有的电功率测量技术存在着系统复杂， 技术难度高，对器件要求高，成本偏高的缺点。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种光电式电功率 测量方法。
本发明为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种应用上述方法 的光电式电功率测量装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种光电式电功率 测量方法，其包括以下步骤
科吉华烽
步骤1:采集被测的电压信号和电流信号并进行信号处理； 步骤2:将处理后的信号输入电光转换装置，将被测的电功率信号转 换为光功率信号；
步骤3:将光功率信号输入至光电转换装置，将光功率信号转换为电
压信号；
步骤4:通过A/D转换器将电压信号转换为对应的电功率值并通过功 率显示单元进行显示。
本发明解决进一步技术问题的方案是步骤l中所述的信号处理包括 对电压信号进行分压和整流，对电流信号进行分流和整流。
本发明解决进一步技术问题的方案是所述的电光转换装置与光电转 换装置之间包括一耦合器。
本发明解决进一步技术问题的方案是提供一种光电式电功率测量装 置，其包括依次连接的电光转换装置，耦合器以及光电转换装置，所述的 电光转换装置接收被测的电压信号与电流信号，所述的电光转换装置将电 功率信号转换为光功率信号，并通过耦合器传递给光电转换装置，所述的 光电转换装置将接收的光功率信号转换为电压信号，得到^t测电压信号对 应的电功率值。
本发明解决进一步技术问题的方案是其包括分压电路，整流电路， 分流电路，整流电路，A/D转换电路以及功率显示单元，所述的A/D转换 电路分别与光电转换装置及功率显示单元相连。
本发明解决进一步技术问题的方案是该分压电路用于接收被测的电 压信号，该分压电路与整流电路相连，该整流电路连接至电光转换装置， 分流电路用于接收被测的电流信号，该分流电路与整流电路相连，该整流 电路连接至电光转换装置，该分压电路可以由分压电阻或变压器实现，该 分流电路可以由分流电阻器或互感器实现。
本发明解决进一步技术问题的方案是所述的电光转换装置包括驱动 模块和发光元件，该驱动模块包括一NPN型三极管，该三极管的基极接收 整流后的电流信号，三极管的集电极连接发光元件，其集电极工作电压由 整流后的电压信号提供，该三极管在电流信号和电压信号的共同驱动作用 下，发光元件产生光功率信号，并通过耦合器传递给光电转换装置。科吉华烽
本发明解决进一步技术问题的方案是所述的光电转换装置包括依次 连接的光检测单元PD， 1/V转换单元以及放大滤波器，所述的光检测单元 PD用于"^妄收光功率信号并转换成电流信号，该I/V转换单元将电流信号转 换为电压信号，该电压信号经过放大滤波器处理后传输至A/D转换电路。
本发明解决进一步技术问题的方案是所述的耦合器、发光元件和光 检测单元PD分别由光纤、带尾纤的激光二极管LD和带尾纤的光检测单 元PD实现，在此情形下，LD的光功率信号通迚尾纤和光纤远程传递给 PD，实现电功率的远程监测。
本发明解决进一步技术问题的方案是提供一种光电式电功率测量装 置，其包括依次连接的电光转换装置以及光电转换装置，所述的电光转换 装置接收被测的电压信号与电流信号，所述的电光转换装置将电功率信号 转换为光功率信号，所述的光电转换装置将接收的光功率信号转换为电压 信号，该电光转换装置包括依次连接的驱动模块及发光元件，该光电转换 装置包括光检测单元PD,所述的发光元件和光检测单元PD由一内部带 PD的激光二极管LD实现，在此情形下，LD与PD集成在一个器件内。
相较于现有技术，本发明的光电式电功率测量装置以及方法克服了现 有技术中只能测量交流电的电功率，可以对交流和直流电进行测量功率， 而且通过电信号与光功率信号的转换，实现了弱电和强电的隔离，佳:得测 量更为安全，同时避免了传统的复杂的运算，整个电路更为简洁高效，还 可以通过选用光纤等适当的光电器件，使光功率信号能远程传输，从而， 实现电功率的远程监测，以满足更多应用场合的需要。
图l是本发明的光电式电功率测量装置的结构示意图。
图2是本发明的光电式电功率测量装置的电光转换装置的结构示意图。
图3是本发明的光电式电功率测量装置的光电转换装置的结构示意图。
图4是本发明的光电式电功率测量装置的电路示意图。
具体实施例方式
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明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
本发明提供一种光电式电功率测量方法，其包括以下步骤 步骤1:采集被测的电压信号和电流信号并进行信号处理； 步骤2:将处理后的信号输入电光转换装置，将纟皮测的电功率信号转 换为光功率信号；
步骤3:将光功率信号输入至光电转换装置，将光功率信号转换为电 压信号；
步骤4:通过A/D转换器将电压信号转换为对应的电功率值并通过功 率显示单元进行显示。
其中步骤l中所述的信号处理包括对电压信号进行分压和整流，对电 流信号进行分流和整流。
所述的电光转换装置与光电转换装置之间包括一耦合器。
请参阅图1，本发明的光电式电功率测量装置包括分压电路11，整压 电路12，分流电路21，整流电路22,电光转换装置31，耦合器32，光电 转换装置33, A/D转换电路34以及功率显示单元35。所述的分压电路ll 用于接收被测的电压信号，分流电路21用于接收被测的电流信号。该分压 电路11与整压电路12相连，该整压电路12连接至电光转换装置31。该 分流电路21与整流电路22相连，该整流电路22连接至电光转换装置31。
上述的分压电路11可以由分压电阻或变压器实现；上述的分流电路 21可以由分流电阻器或互感器实现，可以满足交流电和直流电功率测量的 需要。
所述的电光转换装置31通过耦合器32与光电转换装置33相连。所述 的光电转换装置33的信号经过A/D转换电路34处理后在功率显示单元35 上显示出相应的电功率值。所述的电光转换装置31将电信号转换为光功率 信号，光电转换装置33将光功率信号转换为电信号。
请参阅图2 ，所述的电光转换装置包括驱动模块311和发光元件312, 该驱动模块由一 NPN型三极管实现。该三极管的基极接收整流后的电流信 号，三极管的集电极连接发光元件312，其集电极工作电压由整流后的电
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压信号提供，该三极管在电流信号和电压信号的共同驱动作用下，发光元
件312产生光功率信号，并通过耦合器32传递给光电转换装置33。该发 光元件312可以由普通发光二极管或激光二极管LD实现。
请参阅图3,所述的光电转换装置33包括依次连接的光检测单元 (PD)331,1/V转换单元332以及放大滤波器333。所述的光检测单元(PD)331 用于接收光功率信号并转换成电流信号，该I/V转换单元332将电流信号 转换为电压信号，该电压信号经过放大滤波器333处理后传输至A/D转换 电路34。
的激光二^f及管LD实现。在此情形下，(LD) 312与(PD) 331集成在一个 器件内，因此，所述的耦合器32可以免去，这种实现方式可以使得体积更 小，生产也方亏更。
当然，上述的发光元件312与光^r测单元(PD) 331也可以用互相独 立的器件实现，即发光元件312与(PD)331分开设置，这种实现方式可 以使装置器件成本更低廉。
带尾纤的激光二极管LD和带尾纤的光检^单元PD实;i,、在此情形下， LD的光功率信号通过尾纤和光纤远程传递给PD，从而实现电功率的远程 监测。
本发明的光电式电功率测量装置的电路示意图如图4所示。
本发明的光电式电功率测量装置以及方法克服了现有技术中只能测量 交流电的电功率，可以对交流和直流电进行测量功率，而且通过电信号与 光功率信号的转换，实现了弱电和强电的隔离，^f吏得测量更为安全，同时 避免了传统的复杂的运算，整个电路更为筒洁高效，还可以通过选用光纤 等适当的光电器件，使光功率信号能远程传输，从而，实现电功率的远程 监测，以满足更多应用场合的需要。
权利要求
1.一种光电式电功率测量方法，其包括以下步骤步骤1采集被测的电压信号和电流信号并进行信号处理；步骤2将处理后的信号输入电光转换装置，将被测的电功率信号转换为光功率信号；步骤3将光功率信号输入至光电转换装置，将光功率信号转换为电压信号；步骤4通过A/D转换器将电压信号转换为对应的电功率值并通过功率显示单元进行显示。
2. 根据权利要求l所述的光电式电功率测量方法，其特征在于步骤 1中所述的信号处理包括对电压信号进行分压和整流，对电流信号进行分 流和整流。
3. 根据权利要求l所述的光电式电功率测量方法，其特征在于所述 的电光转换装置与光电转换装置之间包括一耦合器。
4. 一种光电式电功率测量装置，其特征在于其包括依次连接的电光 转换装置，耦合器以及光电转换装置，所述的电光转换装置接收被测的电 压信号与电流信号，所述的电光转换装置将电功率信号转换为光功率信号， 并通过耦合器传递给光电转换装置，所述的光电转换装置将接收的光功率 信号转换为电压信号，得到被测电压信号对应的电功率值。
5. 根据权利要求4所述的光电式电功率测量装置，其特征在于其包 括分压电路，整流电路，分流电路，整流电路，A/D转换电路以及功率显 示单元，所述的A/D转换电路分别与光电转换装置及功率显示单元相连。
6. 根据权利要求5所述的光电式电功率测量装置，其特征在于该分 压电路用于接收被测的电压信号，该分压电路与整流电路相连，该整流电 路连接至电光转换装置，分流电路用于接收被测的电流信号，该分流电路 与整流电路相连，该整流电路连接至电光转换装置，该分压电路可以由分 压电阻或变压器实现，该分流电路可以由分流电阻器或互感器实现。
7. 才艮据权利要求4所述的光电式电功率测量装置，其特征在于所述 的电光转换装置包括驱动模块和发光元件，该驱动模块包括一 NPN型三极 管，该三极管的基极接收整流后的电流信号，三极管的集电极连接发光元 件，其集电极工作电压由整流后的电压信号提供，该三极管在电流信号和科吉华烽电压信号的共同驱动作用下，发光元件产生光功率信号，并通过耦合器传 递给光电转换装置。
8. 根据权利要求7所述的光电式电功率测量装置，其特征在于所述 的光电转换装置包括依次连接的光检测单元PD, I/V转换单元以及放大滤 波器，所述的光检测单元PD用于接收光功率信号并转换成电流信号，该 I/V转换单元将电流信号转换为电压信号，该电压信号经过放大滤波器处 理后传输至A/D转换电路。
9. 根据权利要求8所述的光电式电功率测量装置，其特征在于所述 的耦合器、发光元件和光检测单元PD分别由光纤、带尾纤的激光二极管 LD和带尾纤的光检测单元PD实现，在此情形下，LD的光功率信号通过 尾纤和光纤远程传递给PD,实现电功率的远程监测。
10. —种光电式电功率测量装置，其特征在于其包括依次连接的电 光转换装置以及光电转换装置，所述的电光转换装置接收被测的电压信号 与电流信号，所述的电光转换装置将电功率信号转换为光功率信号，所述 的光电转换装置将接收的光功率信号转换为电压信号，该电光转换装置包 括依次连接的驱动模块及发光元件，该光电转换装置包括光检测单元PD, 所述的发光元件和光检测单元PD由一内部带PD的激光二极管LD实现， 在此情形下，LD与PD集成在一个器件内。
全文摘要
本发明提供一种光电式电功率测量装置，其包括依次连接的电光转换装置，耦合器以及光电转换装置，所述的电光转换装置接收被测的电压信号与电流信号，所述的电光转换装置将电功率信号转换为光功率信号，并通过耦合器传递给光电转换装置，所述的光电转换装置，将接收的光功率信号转换为电压信号，得到被测电压信号对应的电功率值。本发明的光电式电功率测量装置克服了现有技术中只能测量交流电的电功率，可以对交流和直流电进行测量功率，而且通过电信号与光信号的转换，实现了弱电和强电的隔离，使得测量更为安全，同时避免了传统的复杂的运算，整个测量电路更为简洁高效，通过选用光纤等的光电器件，使光信号能远程传输，实现电功率的远程监测。
文档编号G01R21/00GK101206234SQ200710124829
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者波 邹, 邹运心 申请人:邹运心