[發明專利]具備快速建立時間的全光纖電流互感器及其信號處理單元

有效

• 申請號: 201911115026.X
• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN111308157B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 閆志輝;鄭拓夫;李亞爽;郭震;李超;郝威;王曉鋒;朱建斌
• 申請（專利權）人: 許繼集團有限公司;許繼電氣股份有限公司;許昌許繼軟件技術有限公司
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24;G01R1/30
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 崔旭東;史萌楊

本發明屬于全光纖電流互感器技術領域，具體涉及一種具備快速建立時間的全光纖電流互感器及其信號處理單元。信號處理單元包括主控模塊、模數轉換模塊、第一數模轉換模塊、第二數模轉換模塊、第一增益控制模塊、第二增益控制模塊和切換開關；主控模塊通過第一增益控制模塊連接第一數模轉換模塊，通過第二增益控制模塊連接第二模數轉換模塊，以及控制連接切換開關；切換開關的一端用于連接全光纖電流互感器中的相位調制器，另一端切換連接第一數模轉換模塊和第二數模轉換模塊。本發明可減少反饋調制信號邊沿切換時間，即調制信號正負切換上升時間，增加有用信號采集區段，提升全光纖電流互感器測量頻率的目的。

技術領域

本發明屬于全光纖電流互感器技術領域，具體涉及一種具備快速建立時間的全光纖電流互感器及其信號處理單元。

背景技術

全光纖電流互感器敏感部分采用全光纖器件，具有絕緣性好，抗電磁干擾性能好、測量范圍大、響應頻帶寬、可測量交直流、安裝維護方便等優點，正在成為電子式電流互感器發展的趨勢。

如圖1所示，常用的全光纖電流互感器包括兩部分，分別為信號處理單元和光路敏感單元。其中，基于偏置調制的閉環控制方法的常規全光纖電流互感器的電路如圖2所示，光路敏感單元包括光源和探測器，在光源的發射光路上依次設置有耦合器(或環形器)、起偏器、相位調制器、延遲環和傳感環，且探測器與耦合器連接。信號處理單元包括主控模塊、模數轉換模塊、采樣調理模塊、增益控制模塊、數模轉換模塊和反饋調理模塊。主控模塊依次通過模數轉換模塊、采樣調理模塊連接探測器，以將探測器采集的信號進行調理和采集，完成信號的調制、解調及參數匹配；主控模塊依次通過增益控制模塊、數模轉換模塊、反饋調理模塊連接相位調制器，將反饋調制信號加載到相位調制器上。

為了進一步擴展全光纖電流互感器在高頻測量中的應用，需要進一步減小調制周期，提高整體監測頻率范圍。當前最主要的方式就是減少波導與反射鏡之間的光路長度，減少渡越時間，但是隨著光纖長度的減少，對調制電路的建立時間要求就越嚴格，主要體現在對DAC(數模轉換)的動態響應速度的要求上。

如圖3所示為基于圖2所示的全光纖電流互感器的反饋調制信號的邊沿示意圖。當采用常規的單DAC反饋時，由于調制信號幅度Pmod變化在DAC的正負量程之間，對DAC要求很高，導致信號從+Pmod變化到-Pmod或者從-Pmod變化到+Pmod時，下降或者上升時間存在斜坡，其延遲時間為ts。對于周期為ts+th+ts的調制信號來說，實際的保持時間只有th，因此，對于調制后的光路，其可供ADC采樣用于計算的時間只有th。其有用信號采集區段較短，對于高頻應用場景，2*ts時間是不可以用于采樣，但是必須具備的時間，該時間將會導致無法繼續提高采樣頻率。

也就是說，基于偏置調制的閉環控制方式，存在短時大范圍幅度變化應用場景，包括在滿量程之間和正負八分之一量程之間切換，切換時間要求在幾十個ns時間以內，對DAC的動態響應能力要求很高，不利于互感器的采樣頻率的提高。

發明內容

本發明提供了一種具備快速建立時間的全光纖電流互感器及其信號處理單元，用以解決現有技術的全光纖電流互感器造成的無法提高采樣頻率的問題。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案包括：

本發明的一種具備快速建立時間功能的全光纖電流互感器的信號處理單元，包括主控模塊、模數轉換模塊、第一數模轉換模塊、第二數模轉換模塊、第一增益控制模塊、第二增益控制模塊和切換開關；主控模塊連接模數轉換模塊，用于采樣連接全光纖電流互感器中的探測器；主控模塊通過第一增益控制模塊連接第一數模轉換模塊，通過第二增益控制模塊連接第二模數轉換模塊，以及控制連接切換開關；切換開關的一端用于連接全光纖電流互感器中的相位調制器，另一端切換連接第一數模轉換模塊和第二數模轉換模塊，以將主控模塊輸出的數字量信號通過第一數模轉換模塊或者第二數模轉換模塊轉換為模擬量信號加載至相位調制器。