專利名稱：一種用于高電位光電測量的快速標定裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光電傳輸技術領域，尤其涉及一種用于高電位光電測量的快速標
定裝置。
背景技術：
HVDC換流閥屬吊裝結構，在進行過電流、過電壓、非周期觸發(fā)等試驗時，由于閥位 于高電位，且所處電磁環(huán)境惡劣，一般通過光電傳輸系統(tǒng)將閥內(nèi)傳感器測得的電信號傳至 地面，有效的將高低電位隔離開來。當光電傳輸系統(tǒng)傳遞模擬信號時，由于光纖接頭對光強 有微小的衰減，隨著光纖的老化，衰減愈加強烈，并且發(fā)光管的效率受環(huán)境溫度影響，使得 輸出信號與輸入信號存在較大的誤差，迫切需要對光路系統(tǒng)進行標定，然而，國內(nèi)外在此應 用領域的標定系統(tǒng)仍是空白。本專利提出的快速標定系統(tǒng)，使得光電傳輸系統(tǒng)的輸出與輸 入幅值為1 1的等值關系，避免了溫度和光損耗對測量信號產(chǎn)生的影響，操作耗時小于1 分鐘，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、實用性強等特點。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題是提供一種耗時短、穩(wěn)定可靠的用于高電位光電測 量的快速標定裝置。為解決上述技術問題，本實用新型提出了一種用于高電位光電測量的快速標定裝 置，包括標定源和光電傳輸裝置，所述光電傳輸裝置包括通過光纖相連接的光發(fā)射裝置和 光接收裝置，所述光發(fā)射裝置由屏蔽殼I和光發(fā)射電路構成，所述標定源與光發(fā)射電路均 封裝于屏蔽殼I中；所述光接收裝置由封裝在屏蔽殼II內(nèi)的光接收電路構成。其中，所述標定源采用C8051單片機編制而成，所述C8051單片機上連接有一標定 開關。其中，所述光發(fā)射電路包括發(fā)光管、放大器和供電單元I，所述供電單元I同時為 發(fā)光管、放大器及標定源供電，所述放大器接收標定源發(fā)出的方波信號后，將該信號傳給發(fā) 光管，所述發(fā)光管將該信號轉(zhuǎn)化成光信號輸出至光纖3。其中，所述光接收電路包括接收管、調(diào)節(jié)器和供電單元II，所述供電單元II同時 為接收管和調(diào)節(jié)器供電，所述接收管將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號后，傳給調(diào)節(jié)器進行 調(diào)節(jié)。其中，所述放大器采用AD812芯片。其中，所述供電單元I包括電源和保護電路，所述電源由兩只鋰電池串聯(lián)而成進 行供電。其中，所述調(diào)節(jié)器采用AD818芯片。其中，所述供電單元II采用士5V直流電源。其中，所述屏蔽殼I上設有電池充電口且其外側(cè)邊緣采用倒圓角處理。其中，所述屏蔽殼II上設有串口。[0014]本實用新型的有益效果在于1)該系統(tǒng)的標定源采用C8051單片機進行編制完成，采用模塊化設計，控制功能 強，可封裝于光發(fā)射裝置的屏蔽殼I內(nèi)。2)該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器可封裝于光接收裝置的屏蔽殼II內(nèi)，采用模塊化設計，具有體 積小、結構緊湊、安裝方便等優(yōu)點。3)該系統(tǒng)的操作耗時小于1分鐘，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、實用性強等優(yōu)點。
圖1是該裝置的整體結構示意圖；圖2是標定源的電路原理圖；圖3是標定源發(fā)出的方波信號示意圖；圖4是放大器的電路原理圖；圖5是調(diào)節(jié)器的電路原理圖；其中，1-光發(fā)射裝置，11-屏蔽殼I，12-發(fā)光器，13-放大器，14-供電單元I，2_光 接收裝置，21-屏蔽殼II，22-接收管，23調(diào)節(jié)器，24-供電單元II，3-光纖，4-標定源。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的光電傳輸裝置做進一步詳細的說明。如圖1所示，本實用新型所述的用于高電位光電測量的快速標定裝置包括標定源 4和光電傳輸裝置，光電傳輸裝置包括通過光纖3相連接的光發(fā)射裝置1和光接收裝置2， 光發(fā)射裝置由屏蔽殼I 11和光發(fā)射電路構成，標定源4和光發(fā)射電路均封裝于屏蔽殼I 11 中；光接收裝置由封裝在屏蔽殼II 21內(nèi)的光接收電路構成。光發(fā)射電路包括發(fā)光管12、放大器13和供電單元I 14，供電單元I 14同時為發(fā) 光管12、放大器13和標定源4供電；放大器13接收標定源12發(fā)出的方波信號后，將該信號 傳給發(fā)光管14。光接收電路包括接收管22、調(diào)節(jié)器23和供電單元II 24，供電單元II 24 同時為接收管22和調(diào)節(jié)器23供電，接收管22接收由光纖3傳遞的光信號且將其轉(zhuǎn)換成電 信號后傳給調(diào)節(jié)器23進行調(diào)節(jié)，使得發(fā)光管12的輸入電壓幅值與接收管22的輸出電壓幅 值為1 1的等值關系。下面詳細說明各部件的結構1、標定源的設計標定源4采用如圖2所示的C8051單片機進行編制完成，采用模塊化設計，具有控 制功能強、運算速度快的特點。該C8051單片機的額定電壓為3.3V，其上安裝有一標定開 關，當關閉標定開關時，由光發(fā)射裝置1與光接收裝置2組成的光電傳輸裝置僅通過光纖 3進行正常信號傳輸，不進行信號標定；打開標定開關時，該快速標定裝置開始進行信號標 定。標定源4通過光發(fā)射電路中的供電單元I 14進行供電，供電單元I 14供給C8051單 片機3. 7V電壓，通過兩個串聯(lián)的電阻分壓后，從C8051單片機的Aim引腳或AIN2引腳輸 入3. 3V驅(qū)動電壓，以滿足C8051單片機的額定電壓需求。打開標定開關后，標定源將產(chǎn)生 幅值為IV、持續(xù)時間為20 μ s的方波信號(如圖3所示)通過放大器13進行功率放大和直 流偏置后，發(fā)送給發(fā)光管12，發(fā)光管12將電信號轉(zhuǎn)化成光信號輸出至光纖3。C8051單片機的主要流程如下(1)設置各項變量和外設的參數(shù)；(2)輸出直流偏置電壓IV ；(3) CPU無限循環(huán)，巡檢端口 P0. 4 ；(4)標定信號定時器Tl中斷，中斷服務程序使DACl的輸出在OV和IV之間切換， Tl時間間隔20 μ So該裝置的模擬光電傳輸方式是指光纖直接傳輸模擬信號，即光強表示信號的強 度。這種方式不需要模數(shù)轉(zhuǎn)換，電路簡單。光發(fā)射裝置1將接收到的電信號通過放大器13 加以功率放大、并疊加上直流偏置，使發(fā)光管12發(fā)光；直流偏置向發(fā)光管12提供直流電流， 使發(fā)光管12處于線性工作范圍的中心點，與信號對應的電流波形疊加在偏置電流上，使光 強發(fā)生變化。光接收裝置2去除光強中的直流成分，獲得信號的波形。這種傳輸方式具有 電路簡單、功耗小、體積小等優(yōu)點。2、光電傳輸裝置中光路的設計光電傳輸裝置采用型號為HFBR-1414的發(fā)光管12、型號為HFBR-2416的接收管 22以及結構為62. 5/125 μ m的多模光纖3構建光路傳輸系統(tǒng)，光功率損耗小，靈敏度可達 10mV。3、光發(fā)射裝置1的設計如圖1所示，光發(fā)射裝置1外形設計為40mmX25mmX 30mm長方體屏蔽殼I 11，其 內(nèi)集成了標定源4、發(fā)光管12、放大器13和供電單元I 14。當關閉標定開關時，該光發(fā)射裝 置1中的放大器13接收來自于前端傳感器(該傳感器置入換流閥的閥體內(nèi))所發(fā)來的模 擬電信號；當打開標定開關時，放大器13接收來自于標定源4的方波信號。(1)屏蔽殼 I 11屏蔽殼I采用純紫銅制作，外形為40mmX25mmX30mm，殼厚3mm，可以將閥內(nèi)復雜 的電磁干擾屏蔽掉。為了防止電暈放電，該屏蔽殼I的外側(cè)邊角進行倒圓處理。為了方便 對鋰電池充電，可在光發(fā)射裝置的屏蔽殼I 11上預留有電池充電口。(2)發(fā)光管 12本例中采用HFBR-1414型發(fā)光管，其發(fā)光效率高、可靠性好。由HFBR-1414的 伏_安特性可知，HFBR-1414的正向?qū)妷号c電流在20mA IOOmA之間保持良好的線性 關系。因此，該發(fā)光管的最佳工作范圍為20mA 100mA，中心工作點為60mA，對應的工作電 壓為1. 5V 1. 85V，中心工作電壓約為1. 7V。另外，該發(fā)光管在無預先偏置的情況下，上升 時間為4ns，遠遠滿足被測信號的要求。(3)功率放大器13由于發(fā)光管驅(qū)動電流為20mA 100mA，考慮到被測信號有正負極性，因而將發(fā)光 管的零輸入工作點選為60mA，使其對正信號和負信號具有相同的量程。綜合考慮頻率、功 耗、輸入阻抗、輸出功率、供電等多方因素，選用AD812對功率放大器進行設計，功率放大器 13的結構如圖4所示，其作用在于對電信號進行功率放大且提供直流偏置。經(jīng)計算，功率放 大器限流電阻為 . 8 Ω，輸入電壓范圍為士 1. 5V。(4)供電單元I 14包括電源和保護電路，電源由兩只3. 7V、容量為1380mAh的可充電手機鋰電池串聯(lián)進行供電，保護電路采用精工電子有限公司(SII)生產(chǎn)的、型號為S-8232NTFT-T2-G的保 護芯片，該芯片用于對通過電源的電壓進行過充電、過放電及過電流保護。4、光接收裝置2的設計光接收裝置2置于地面上，其外形設計為40mmX 30mmX 40mm的長方體屏蔽殼II 21，屏蔽殼內(nèi)集成了接收管22、調(diào)節(jié)器23和供電單元II 24。光接收裝置的屏蔽殼II 21 上設有一面板，該面板上設有串口，可通過電纜線與示波器相連，用于觀察輸出的電信號波 形。如需查看電信號的波形圖，需要通過示波器來實現(xiàn)，所以為了方便該標定裝置的使用， 可以在屏蔽殼II上預留有用于連接示波器的串口。(1)屏蔽殼 II 21屏蔽殼II采用硬鋁制成，器外形為40mmX 30mmX40mm、殼厚為3mm，可以將外界的 電磁干擾屏蔽掉。(2)接收管 22本例采用型號為HFBR-2416的接收管，其擁有PIN光電二極管和低噪聲跨導前置 放大器集成電路。其接收到光信號，并將其轉(zhuǎn)換為一個模擬電壓，經(jīng)由緩沖電壓跟隨器輸 出。由于該接收管的輸出信號幅值遠高于簡單PIN光電二極管輸出的信號幅度，因而具有 很強的抵抗電磁干擾的能力，可以達到23dB的動態(tài)范圍，其輸出噪聲有效值小于0. 59mV。 該管的頻率響應范圍為0 125MHz，上升時間僅3. 3ns，需+5V電源供電，電源電流9mA。(3)調(diào)節(jié)器 23標定源4發(fā)出的標定信號經(jīng)光纖3傳輸后，光接收管22將光信號轉(zhuǎn)換成電信號， 由于光信號在光纖接頭處存在衰減，且發(fā)光管12的效率易受環(huán)境溫度影響，發(fā)光管12的輸 入電壓與接收管22的輸出電壓幅值存在差異。調(diào)節(jié)器23不但要調(diào)節(jié)放大倍數(shù)以修正差異， 消除發(fā)光管12和接收管22的直流偏置，而且要放大信號、使得光電傳輸裝置的輸出與輸入 幅值為1 1的等值關系，省去人工換算的麻煩。綜合考慮頻率、功耗、輸入阻抗、輸出功 率、供電等多方因素，調(diào)節(jié)器選用AD818進行模塊化設計，其具有體積小、安裝方便等優(yōu)點， 該調(diào)節(jié)器可接入光接收電路的供電單元II 24，以獲得士5V的驅(qū)動電壓。調(diào)節(jié)器23的電路原理如圖5所示，其中AD818(a)用于功率放大，AD818(b)用于 電壓跟隨，AD818(c)用于調(diào)節(jié)增益，AD818(d)用于調(diào)放大倍數(shù)。(4)供電單元 II 24供電單元采用士5V小型直流電源進行供電，該電源采用欣博達科技發(fā)展有限公 司生產(chǎn)的型號為SPA10-220S05的220V轉(zhuǎn)士 5V的AC-DC模塊電源，該電源內(nèi)部設有熔斷絲， 用于防止市電過電壓對電源的損害。采用以上設計的快速標定系統(tǒng)，標定源4和調(diào)節(jié)器23均采用模塊化設計，可分別 封裝于光發(fā)射裝置的屏蔽殼I 11和光接收裝置的屏蔽殼II 21內(nèi)，體積小，結構緊湊，安裝 方便。由于光信號在光纖接頭處存在衰減，在打開標定開關后，通過對調(diào)節(jié)器進行幅值調(diào) 節(jié)，使得光電傳輸裝置的輸入與輸出幅值為1 1的等值關系，避免了溫度和光損耗對測量 信號產(chǎn)生的影響，經(jīng)多次試驗證實整個標定過程耗時極端，操作耗時小于1分鐘，一般在 30s以內(nèi)，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、實用性強等特點。最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限 制，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當
6理解依然可以對本實用新型的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新 型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求一種用于高電位光電測量的快速標定裝置，其特征在于該裝置包括標定源和光電傳輸裝置，所述光電傳輸裝置包括通過光纖相連接的光發(fā)射裝置和光接收裝置，所述光發(fā)射裝置由屏蔽殼I和光發(fā)射電路構成，所述標定源與光發(fā)射電路均封裝于屏蔽殼I中；所述光接收裝置由封裝在屏蔽殼II內(nèi)的光接收電路構成。
2.根據(jù)權利要求1所述的快速標定裝置，其特征在于所述標定源采用C8051單片機 編制而成，所述C8051單片機上連接有一標定開關。
3.根據(jù)權利要求1所述的快速標定裝置，其特征在于所述光發(fā)射電路包括發(fā)光管、放 大器和供電單元I，所述供電單元I同時為發(fā)光管、放大器及標定源供電，所述放大器接收 標定源發(fā)出的方波信號后，將該信號傳給發(fā)光管，所述發(fā)光管將該信號轉(zhuǎn)化成光信號輸出 至光纖3。
4.根據(jù)權利要求1所述的快速標定裝置，其特征在于所述光接收電路包括接收管、調(diào) 節(jié)器和供電單元II，所述供電單元II同時為接收管和調(diào)節(jié)器供電，所述接收管將接收到的 光信號轉(zhuǎn)換成電信號后，傳給調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權利要求3所述的快速標定裝置，其特征在于所述放大器采用AD812芯片。
6.根據(jù)權利要求3所述的快速標定裝置，其特征在于所述供電單元I包括電源和保 護電路，所述電源由兩只鋰電池串聯(lián)而成進行供電。
7.根據(jù)權利要求4所述的快速標定裝置，其特征在于所述調(diào)節(jié)器采用AD818芯片。
8.根據(jù)權利要求4所述的快速標定裝置，其特征在于所述供電單元II采用士5V直 流電源。
9.根據(jù)權利要求1所述的快速標定裝置，其特征在于所述屏蔽殼I上設有電池充電 口且其外側(cè)邊緣采用倒圓角處理。
10.根據(jù)權利要求1所述的快速標定裝置，其特征在于所述屏蔽殼II上設有串口。
專利摘要本實用新型涉及一種用于高電位光電測量的快速標定裝置，包括標定源和光電傳輸裝置，所述光電傳輸裝置包括通過光纖相連接的光發(fā)射裝置和光接收裝置，所述光發(fā)射裝置由屏蔽殼I和光發(fā)射電路構成，所述標定源與光發(fā)射電路均封裝于屏蔽殼I中；所述光接收裝置由封裝在屏蔽殼II內(nèi)的光接收電路構成。該標定裝置中的標定源4和調(diào)節(jié)器23均采用模塊化設計，分別封裝于光發(fā)射裝置的屏蔽殼I 11和光接收裝置的屏蔽殼II 21內(nèi)，體積小，結構緊湊，安裝方便。該標定裝置使得光電傳輸裝置的輸入與輸出幅值為1∶1的等值關系，避免了溫度和光損耗對測量信號產(chǎn)生的影響，操作耗時小于1分鐘，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、實用性強等特點。
文檔編號H04B10/12GK201774534SQ201020243349
公開日2011年3月23日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權日2010年6月25日
發(fā)明者張春雨, 李成榕, 李躍, 王高勇, 程養(yǎng)春 申請人:中國電力科學研究院;華北電力大學