专利名称：具有改进断电性能的磁光电流换能器的制作方法
具有改进断电性能的磁光电流换能器
背景技术：
如本领域公知的，当光沿着平行于磁场的方向传播时，偏振光的偏振面在磁场中旋转。磁光电流换能器(MOCT)利用这一现象来光学地测量流经导体的电流。MOCT常常用于电计量系统，且尤其是用于配电分站。例如，美国专利号4，578，639描述了一种使用MOCT的计量系统，在此将其整体合并以作参考。通常，MOCT包括光源(典型为LED)。该光穿过 准直透镜和偏振器。然后偏振光传输通过包含围绕着携带电流的导体的介电材料的光学路径。该光源在常常是硅二极管的探测器处接收。然后所接收的信号可以被调节和放大来输出。虽然MOCT被很好地接受且已经证明非常可靠，但存在些缺点。例如，一些基于MOCT的仪表倾向于在电源断电时展示错误的非零能量的仪表对准。因此，本领域需要一种在电源断电时不展示非零能量对准的M0CT。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于感测导体上的电流并输出至仪表的系统。该系统包括光学模块，该光学模块包括用于引导光信号沿着围绕导体的光学路径并产生与流经导体的电流相关的光学模块信号的光源。断流器模块接收光学模块信号并输出断流器模块信号至仪表。如果光学模块信号高于阈值，则断流器模块适于输出光学模块信号作为断流器模块信号。如果光学模块信号低于所述阈值，则断流器模块适于输出零电压作为断流器模块信号。
图I是根据本发明的MOTC的功能块示意。图2是用于根据本发明的MOTC的光学模块的功能块示意。图3是根据本发明的低输入断流器(cutout)模块的功能块示意。
具体实施例方式参照图1，示出了根据本发明的传感器系统的功能块示意图。该传感器系统包括光学模块10，数字印刷电路板(PCB) 12，低输入断流器(low input cutout, LIC)模块14和用于每个相位的放大器16。放大器16输出至接收、存储、输出和/或显不数据的仪表(未不出)。现参照图2，示出了光学组件10。如上所讨论的，偏振光源(LED18)传输经过围绕待测导体22的光学路径(旋转器22)。然后在传感器(PIN 二极管24)处接收光，且在该传感器处测量偏振光的旋转。根据一个不范性实施例，偏振光按60Hz的输入光强度调制度量。来自PIN 二极管24的信号被输出至转阻(transimpedance)放大器26。PIN 二极管将光转换为建立电流的电子。转阻放大器将电流转换为电压。来自转阻放大器26的信号被输出至补偿器28。光的强度由反馈控制系统控制。补偿器保持光强度环稳定，且其输出驱动LED18。来自转阻放大器26的信号也被输出至放大器30。根据一个实施例,放大器30在(待监测的电源线的)额定电流输出2伏的RMS信号。根据一个实 施例，PIN 二极管24、转阻放大器26、补偿器28、LED 18和放大器30的每个物理地驻留在相位卡(phase card) 32上。包含MOCT的仪表典型地测量三种相位电源分布，并且因此使用执行三种分离光学测量(每一相位一种)的三种分离相位卡32。来自每一相位卡32的放大器30的信号被输出至数字PCB 12。数字PCB 12将与各自相位电流成比例的相位A、B和C的低平电压信号输出至LIC模块14。然而，应理解数字PCB 12仅起作为来自光学模块10的信号的通过器或路由器的功能。因此，数字PCB 12不会明显地改变信号。根据另一实施例，来自光模块10的输出信号可以直接连接至LIC模块14。 现在参照图3，LIC模块14包括连续地处理来自光学模块10 (从光学模块10直接接收或通过数字PCB 12接收)的相位A、B和C信号的三个等同和独立的电路。每个LIC相位电路输出至单独放大器16，该单独相位放大器16放大该信号并将其传送至能量传感器或仪表。LIC 14中的每个相位电路包括窄带通有源滤波器34。根据一个实施例，滤波器34设置在60Hz且Q等于12，其(对频率60Hz的电源线22而言)提供±5Hz的带宽。可以调整带通有源滤波器来匹配电源线22的频率且可以具有Q值从I至25。滤波器34的输出驱动RMS-DC转换器36，该RMS-DC转换器36进而将总RMS输入滤波成DC值。RMS-DC转换器36的输出驱动比较器38。比较器38在对应于最小阈值的DC信号水平上切换其输出。根据本发明的一个实施例，阈值是对应于O. 5 %的电源线22的额定相位电流的DC信号。根据另一个实施例，阈值是对应于1%的电源线22的额定相位电流的DC信号。根据又一个实施例，阈值是对应于O. 25%的电源线22的额定相位电流的DC信号。比较器38的输出控制开关40。在低于阈值的水平下(在第一实施例，O. 5%的额定电流)，开关40将至功率放大器16的输出接地。在高于阈值的水平，比较器38使开关40将来自光学组件10 (直接接收或通过数字PCB 12接收)的相位电压直接未修改地传递至功率放大器16。因此，在高于阈值的电流水平，LIC模块14将信号未修改地传递至放大器16。然而，如果电源线22上的电流水平降至O. 5%的额定电流以下(指示为电源断电)时，LIC模块14确保将零输出电流从功率放大器16输出至仪表。以这样的方式，错误的能量仪表对准被消除了。零电流条件期间在LIC模块14的输入呈现的宽带白噪声具有用于IkHzUOOOA的额定MOCT系统的来自DC的大约5mV的RMS值。LIC模块14的窄带滤波器18将该噪声水平减小至大约O. 5mVRMS。对于示范性实施例，如果额定电流信号具有2伏特的幅值，其中阈值是O. 5%的额定电流，则O. 5%的额定电流信号具有IOmVRMS的幅值。因此，LIC模块的滤波产生具有20的RMS信噪比并在该输入水平提供可靠的切换。本发明可以用于新组装的基于MOCT的仪表，或可以采用用于尤其是ABBM0CT2100I的已有MOCT硬件的现场升级包(field upgrade kit)的形式。根据这一实施例，LIC模块14可以按印刷电路板的形式，且使用供应套件(kit)的I英寸支座和数字PCB12中的已有螺丝孔来将LIC模块14直接安装在先前的数字PCB 12之上的21001基座内。供应有套件的电缆连接在数字PCB、LIC和产生额定的IA RMS电流的功率放大器之间。套件安装须在21001基座断电时完成。根据一个实施例，LIC PCB从数字PCB处接收其电源，并需要来自每个“ + ”和 15V电源供应的大约150mW的功率。每一电源具有相当大的头部空间来容纳功率的这
一增加并且不会向21001基座的内部增加明显的热负载。根据上面描述的方式，LIC PCB在零电流状况期间通过实用的产生收益的电能表消除了错误的能量对准。本领域技术人员应理解，本发明的各种功能可以具体化为或使用具有计算机可读指令存储在其上的计算机可读介质的形式，其中，当由处理器执行指令时，其执行如前描述的本发明的操作。计算机可读介质可以是能够包含、存储、通信、传播或传输用于由指令执行系统、装置或设备使用的或与指令执行系统、装置或设备连接的用户接口程序指令的任意介质，且其示例可以是但不限于电子的、磁的、光的、电磁的、红外的或半导体系统、装置、设备或传播介质或者程序印在其上的其他适当介质。计算机可读介质的更具体示例(非穷举列表)将包括便携式计算机盘、硬盘、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPR0M或闪存)、光纤、便携式压缩只读存储器盘(CD-ROM)、光存储设备、诸如那些支持互联网或局域网的传送介质、或磁存储设备。用于执行本发明操作的计算机程序代码或指令可以以任意适合的编程语言编写，只要其允许实现前面描述的技术结果O应理解，前面示范性实施例的描述仅意为本发明是示例性的，而非穷尽的。在不脱离本发明的精神或所附权利要求书限定的范围的前提下，本领域技术人员将能够对所公开 主题的实施例作出某些增加、删除和/或修改。
权利要求
1.一种用于感测导体上的电流并输出至仪表的系统，所述系统包括 光学模块，包括用于引导光信号沿着围绕所述导体的光学路径并产生与经过所述导体的电流相关的光学模块信号的光源； 断流器模块，其接收所述光学模块信号并输出断流器模块信号至所述仪表；以及其中，如果所述光学模块信号高于阈值，则所述断流器模块适于输出所述光学模块信号作为所述断流器模块信号；如果所述光学模块信号低于所述阈值，则所述断流器模块适于输出零电压作为所述断流器模块信号。
2.根据权利要求I的系统，其中，所述断流器模块包括接收所述光学模块信号并输出至控制开关的比较器的RMS-DC转换器；所述开关将所述光学模块信号作为输入并输出所述断流器模块信号。
3.根据权利要求2的系统，其中，所述比较器被配置成当所述光学模块信号低于所述阈值时，使所述开关传递所述光学模块信号作为所述断流器模块信号。
4.根据权利要求2的系统，其中，所述比较器被配置成当所述光学模块信号低于所述阈值时，使所述开关接地所述输出模块信号。
5.根据权利要求I的系统，其中所述阈值是与0.5%的导体额定电流相关的光学模块信号。
6.根据权利要求I的系统，其中所述阈值是与0.25%的导体额定电流相关的光学模块信号。
7.根据权利要求I的系统，其中所述阈值是与1%的导体额定电流相关的光学模块信号。
8.根据权利要求2的系统，其中所述断流器模块进一步包括在输入至所述RMS-DC转换器之前对所述光学模块信号滤波的带通滤波器。
全文摘要
MOCT仪表系统包括截止模块(14)，截止模块当来自光学模块的值降至低于阈值时确保零输出。截止模块包括驱动比较器(38)的RMS-DC转换器(36)。比较器驱动开关(40)，开关在高于阈值时使截止模块通过未改变的所测量的信号，而在低于阈值时输出零电压信号。
文档编号G01R21/00GK102687025SQ201080056063
公开日2012年9月19日 申请日期2010年12月9日 优先权日2009年12月11日
发明者M·门迪克, W·维尔巴尼特斯 申请人:Abb技术有限公司