專利名稱：基于熒光光纖技術(shù)的變壓器繞組溫度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于熒光光纖技術(shù)的變壓器繞組溫度測(cè)量裝置，用于變壓器繞組溫度在線監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
變壓器繞組溫度是反映電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)的最主要的參數(shù)之一，但是由于絕緣問(wèn)題，大多采用鉬電阻等接觸式測(cè)溫傳感器測(cè)量變壓器油中溫度，根據(jù)不同測(cè)量點(diǎn)的溫度分布，根據(jù)變壓器繞組發(fā)熱模型計(jì)算出繞組熱點(diǎn)溫度。由于不是直接測(cè)量，溫度誤差較大。突光光纖測(cè)溫技術(shù)是突光測(cè)溫技術(shù)與光纖技術(shù)的結(jié)合，既安全又不受強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，測(cè)量精度也較高。與其他測(cè)溫方式相比熒光測(cè)溫技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，如實(shí)現(xiàn)溫度的絕對(duì)測(cè)量，測(cè)溫精度不受被側(cè)體表面發(fā)射率的影響，在中低溫范圍內(nèi)有很高的靈敏度和測(cè)量精度等。而光纖材料天然的絕緣特性使得其在測(cè)量高壓設(shè)備溫度時(shí)不用額外設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)裝置的絕緣，從而使熒光光纖測(cè)溫技術(shù)成為監(jiān)測(cè)高壓設(shè)備高壓側(cè)溫度的首選方法?，F(xiàn)有的熒光壽命型傳感器的設(shè)計(jì)中，大多都使用鎖相環(huán)加低通濾波器來(lái)完成對(duì)熒光信號(hào)的解調(diào)，但是由于模擬電路中各個(gè)通道的差異及濾波器的相移特性，使得傳感器之間的差異性較大，在實(shí)際使用時(shí)需要一一校準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于熒光光纖技術(shù)的變壓器繞組溫度測(cè)量裝置。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述基于熒光光纖技術(shù)的變壓器繞組溫度測(cè)量裝置，包括光纖溫度傳感器、光電轉(zhuǎn)換器、光源驅(qū)動(dòng)模塊、放大器模塊、光源觸發(fā)模塊、同步米集AD轉(zhuǎn)換器、主控CPU模塊，每個(gè)光纖溫度傳感器連接一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，每個(gè)光電轉(zhuǎn)換器的輸入端連接一個(gè)光源驅(qū)動(dòng)模塊，光源驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端通過(guò)光源觸發(fā)模塊連接主控CPU模塊的輸出端，所述每個(gè)光電轉(zhuǎn)換器的輸出端通過(guò)一個(gè)放大器連接同步采集AD轉(zhuǎn)換器的輸入端，所述同步采集AD轉(zhuǎn)換器與主控CPU模塊相連；光纖溫度傳感器接收光電轉(zhuǎn)換器發(fā)出的激勵(lì)光并發(fā)射出與溫度對(duì)應(yīng)的熒光，光電轉(zhuǎn)換器將光源驅(qū)動(dòng)模塊的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)并通過(guò)濾光片將光信號(hào)入射到光纖溫度傳感器，同時(shí)將光纖溫度傳感器發(fā)出的突光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，放大器模塊將光電轉(zhuǎn)換器的的微弱電信號(hào)放大；光源觸發(fā)模塊發(fā)生調(diào)制光源；所述同步采集AD轉(zhuǎn)換器，同時(shí)完成對(duì)一路基準(zhǔn)信號(hào)和幾路傳感器信號(hào)的采集；主控CPU模塊將基準(zhǔn)信號(hào)和傳感器信號(hào)存入內(nèi)部緩存，分別將基準(zhǔn)信號(hào)、傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波處理，然后將一路基準(zhǔn)信號(hào)反相后作為第二基準(zhǔn)信號(hào)，用基準(zhǔn)信號(hào)與傳感器信號(hào)相乘的值除以第二基準(zhǔn)信號(hào)與采集信號(hào)相乘的值，得到的結(jié)果即反映出光纖溫度傳感器測(cè)得的溫度值。所述主控CPU模塊與IEC 61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換模塊相連，IEC 61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式發(fā)出。所述光源觸發(fā)模塊是采用主控CPU模塊中定時(shí)器設(shè)定一定時(shí)間周期的中斷信號(hào)產(chǎn)生一定頻率的方波。所述主控CPU模塊包括ARM芯片LPC2292，所述方波通過(guò)LPC2292的第25腳輸出。所述放大器模塊包括第一運(yùn)放的輸出端連接自身的反相輸入端，第一運(yùn)放的同相輸入端通過(guò)第一電阻接模擬地，第一運(yùn)放的輸出端還通過(guò)第二電阻連接第二運(yùn)放的反相輸入端，第二運(yùn)放的同相輸入端通過(guò)平衡電阻接模擬地，第二運(yùn)放的輸出端通過(guò)輸出匹配電阻和第四電阻連接第二運(yùn)放的反相輸入端，在所述第四電阻上并聯(lián)有相位補(bǔ)償電容；其中第一電阻和第一運(yùn)放構(gòu)成電流電壓轉(zhuǎn)換電路，將光電轉(zhuǎn)換器獲取的微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，第二電阻、第四電阻和第二運(yùn)放構(gòu)成反相放大電路。所述同步采集AD轉(zhuǎn)換器采用AD7606-6芯片。 所述主控CPU模塊包括ARM芯片LPC2292和存儲(chǔ)器芯片IS61WV102416BLL，二者通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)線和系統(tǒng)地址線相連，ARM芯片向存儲(chǔ)器芯片輸出讀、寫(xiě)控制信號(hào)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明使用ARM處理器產(chǎn)生基準(zhǔn)激勵(lì)脈沖，同時(shí)用其激勵(lì)脈沖和其反向脈沖作為基準(zhǔn)信號(hào)，用高速同步采樣來(lái)完成對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)和熒光信號(hào)的采集，消除各個(gè)采集通道之間的延遲；并在ARM處理器中完成對(duì)熒光信號(hào)的解調(diào)，從而省去模擬鎖相環(huán)及濾波器等模擬電路使得系統(tǒng)復(fù)雜性大大降低、可靠性大大增加，并且由于使用數(shù)字計(jì)算，使得采集裝置一致性較好。


圖I是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)圖。圖2是放大器模塊電路原理圖。圖3是同步采集AD轉(zhuǎn)換器電路原理圖。圖4是主控CPU模塊中ARM芯片引腳圖。圖5是主控CPU模塊中存儲(chǔ)芯片引腳圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明包括光纖溫度傳感器、光電轉(zhuǎn)換器、光源驅(qū)動(dòng)模塊、放大器模塊、光源觸發(fā)模塊、同步采集AD轉(zhuǎn)換器、主控CPU (LPC2292)模塊，每個(gè)光纖溫度傳感器連接一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，每個(gè)光電轉(zhuǎn)換器的輸入端連接一個(gè)光源驅(qū)動(dòng)模塊，光源驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端通過(guò)光源觸發(fā)模塊連接主控CPU模塊的輸出端，所述每個(gè)光電轉(zhuǎn)換器的輸出端通過(guò)一個(gè)放大器連接同步采集AD轉(zhuǎn)換器的輸入端，所述同步采集AD轉(zhuǎn)換器與主控CPU模塊相連。光纖溫度傳感器接收光電轉(zhuǎn)換器發(fā)出的激勵(lì)光并發(fā)射出與溫度對(duì)應(yīng)的熒光，光電轉(zhuǎn)換器將光源驅(qū)動(dòng)模塊的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)并通過(guò)濾光片將光信號(hào)入射到光纖溫度傳感器，同時(shí)將光纖溫度傳感器發(fā)出的熒光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，放大器模塊將光電轉(zhuǎn)換器的的微弱電信號(hào)放大；光源觸發(fā)模塊發(fā)生調(diào)制光源；所述同步采集AD轉(zhuǎn)換器，同時(shí)完成對(duì)一路基準(zhǔn)信號(hào)和幾路傳感器信號(hào)的采集；主控CPU模塊將基準(zhǔn)信號(hào)和傳感器信號(hào)存入內(nèi)部緩存，分別將基準(zhǔn)信號(hào)、傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波處理，然后將一路基準(zhǔn)信號(hào)反相后作為第二基準(zhǔn)信號(hào)，用基準(zhǔn)信號(hào)與傳感器信號(hào)相乘的值除以第二基準(zhǔn)信號(hào)與采集信號(hào)相乘的值，得到的結(jié)果即可反映出光纖溫度傳感器測(cè)得的溫度值。
所述主控CPU模塊與IEC 61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換模塊相連，IEC 61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式發(fā)出。其中光纖溫度傳感器、光電轉(zhuǎn)換器和光源驅(qū)動(dòng)模塊使用通用模塊實(shí)現(xiàn)，本專利不再贅述。所述光源觸發(fā)模塊采用主控CPU模塊中定時(shí)器設(shè)定一定時(shí)間周期的中斷信號(hào)產(chǎn)生一定頻率的方波，并通過(guò)LPC2292 (U40)的第25腳輸出。如圖2所示，所述放大器模塊包括第一運(yùn)放UlA的輸出端連接自身的反 相輸入端，第一運(yùn)放UlA的同相輸入端通過(guò)第一電阻Rl接模擬地，第一運(yùn)放UlA的輸出端還通過(guò)第二電阻R2連接第二運(yùn)放UlB的反相輸入端，第二運(yùn)放UlB的同相輸入端通過(guò)平衡電阻R3接模擬地，第二運(yùn)放UlB的輸出端通過(guò)輸出匹配電阻R5和第四電阻R4連接第二運(yùn)放UlB的反相輸入端，在所述第四電阻R4上并聯(lián)有相位補(bǔ)償電容Cl ;其中第一電阻Rl和第一運(yùn)放UlA構(gòu)成電流電壓轉(zhuǎn)換電路,將光電轉(zhuǎn)換器獲取的微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，第二電阻R2、第四電阻R4和第二運(yùn)放UlB構(gòu)成反相放大電路。如圖3所示，所述同步采集AD轉(zhuǎn)換器采用AD7606-6芯片。圖中3、4、5號(hào)引腳為過(guò)采樣選擇端，分別與主控CPU模塊中LPC2292對(duì)應(yīng)的過(guò)采樣選擇輸出引腳相連，進(jìn)行過(guò)采樣選擇；6號(hào)引腳為AD7606-6接口方式選擇，接低電平時(shí)選擇并行輸出方式，接高電平選擇串行輸出方式，本設(shè)計(jì)中接低電平選擇并行方式；7號(hào)引腳為掛起引腳，由主控CPU模塊控制AD7606-6是否掛起，低電平有效；8號(hào)引腳為RANGE選擇輸入端，接100K電阻R500接地，同時(shí)與主控CPU模塊LPC2292的AD_RangeSel引腳相連，當(dāng)RANGE輸入端為低電平時(shí)，采樣范圍為±5V，當(dāng)RANGE輸入端為高電平時(shí)，采樣范圍為土 IOV ;23號(hào)引腳為VDRIE引腳，采用
3.3V ;9、10號(hào)引腳為前三路、后三路采樣頻率輸入引腳；11號(hào)腳為RST引腳，當(dāng)AD7606-6正常工作前，需要對(duì)其進(jìn)行復(fù)位操作，由主控CPU模塊進(jìn)行控制；12、13腳分別為讀取控制數(shù)據(jù)時(shí)AD7606-6的讀信號(hào)輸入引腳以及片選信號(hào)輸入引腳；14號(hào)腳為中斷輸出引腳，每次采樣完成，AD7606-6將輸出中斷信號(hào)通知LPC2292采樣結(jié)束；15號(hào)腳為FirstData標(biāo)志引腳，用于串行輸出方式中起標(biāo)記作用；44、45腳分別為前三路、后三路參考電容引腳，接IOuF電容C504后接46號(hào)腳AGND，保證采樣過(guò)程中參考電壓波形穩(wěn)定。如圖4、5所示，所述主控CPU模塊主要由ARM芯片LPC2292、存儲(chǔ)器芯片IS61WV102416BLL 組成。圖4中，接插件140、電阻1 40、1 41、1 41、1 45和電容040共同組成1^02292 U40的程序下載接口及系統(tǒng)上電復(fù)位電路。42和49腳為串口通信端口，主要與61850規(guī)約轉(zhuǎn)換模塊通信。33腳和99腳為觸發(fā)信號(hào)輸入端口，當(dāng)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，由LPC2292啟動(dòng)數(shù)據(jù)采樣程序，59、61、68和12腳構(gòu)成SPI通信端口，主控CPU主要通過(guò)SPI端口向DA轉(zhuǎn)換器輸出設(shè)定閥值。100腳為AD轉(zhuǎn)換完畢信號(hào)，當(dāng)其為低電平時(shí)，表明AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，ARM可按照規(guī)定時(shí)序讀取AD轉(zhuǎn)換值。電容C43、C44、晶振JT40和電阻R45構(gòu)成ARM的振蕩時(shí)鐘，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定時(shí)鐘。圖 4、5 中，Exi_DATA0-15 系統(tǒng)數(shù)據(jù)線，AD_RangeSel、AD_RST、AD_nSTBY、AD_OverSmplO-2及AD_FstData在同步采集AD轉(zhuǎn)換器部分已經(jīng)介紹。Exi_ADD0_23為系統(tǒng)地址線。Exi_nRD、Exi_nWR分別為讀、寫(xiě)控制信號(hào)。CS_SRAM和AD_CS分別為存儲(chǔ)器和同步采集AD轉(zhuǎn)換器的選通線。
權(quán)利要求
1.基于熒光光纖技術(shù)的變壓器繞組溫度測(cè)量裝置，其特征是包括光纖溫度傳感器、光電轉(zhuǎn)換器、光源驅(qū)動(dòng)模塊、放大器模塊、光源觸發(fā)模塊、同步米集AD轉(zhuǎn)換器、主控CPU模塊，每個(gè)光纖溫度傳感器連接一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，每個(gè)光電轉(zhuǎn)換器的輸入端連接一個(gè)光源驅(qū)動(dòng)模塊，光源驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端通過(guò)光源觸發(fā)模塊連接主控CPU模塊的輸出端，所述每個(gè)光電轉(zhuǎn)換器的輸出端通過(guò)一個(gè)放大器連接同步采集AD轉(zhuǎn)換器的輸入端，所述同步采集AD轉(zhuǎn)換器與主控CPU模塊相連；光纖溫度傳感器接收光電轉(zhuǎn)換器發(fā)出的激勵(lì)光并發(fā)射出與溫度對(duì)應(yīng)的熒光，光電轉(zhuǎn)換器將光源驅(qū)動(dòng)模塊的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)并通過(guò)濾光片將光信號(hào)入射到光纖溫度傳感器，同時(shí)將光纖溫度傳感器發(fā)出的熒光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，放大器模塊將光電轉(zhuǎn)換器的的微弱電信號(hào)放大 ；光源觸發(fā)模塊發(fā)生調(diào)制光源；所述同步采集AD轉(zhuǎn)換器，同時(shí)完成對(duì)一路基準(zhǔn)信號(hào)和幾路傳感器信號(hào)的采集；主控CPU模塊將基準(zhǔn)信號(hào)和傳感器信號(hào)存入內(nèi)部緩存，分別將基準(zhǔn)信號(hào)、傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波處理，然后將一路基準(zhǔn)信號(hào)反相后作為第二基準(zhǔn)信號(hào)，用基準(zhǔn)信號(hào)與傳感器信號(hào)相乘的值除以第二基準(zhǔn)信號(hào)與采集信號(hào)相乘的值，得到的結(jié)果即反映出光纖溫度傳感器測(cè)得的溫度值。
2.如權(quán)利要求I所述的基于熒光光纖技術(shù)的變壓器繞組溫度測(cè)量裝置，其特征是，所述主控CPU模塊與IEC 61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換模塊相連，IEC 61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式發(fā)出。
3.如權(quán)利要求I所述的基于熒光光纖技術(shù)的變壓器繞組溫度測(cè)量裝置，其特征是，所述光源觸發(fā)模塊是采用主控CPU模塊中定時(shí)器設(shè)定一定時(shí)間周期的中斷信號(hào)產(chǎn)生一定頻率的方波。
4.如權(quán)利要求3所述的基于熒光光纖技術(shù)的變壓器繞組溫度測(cè)量裝置，其特征是，所述主控CPU模塊包括ARM芯片LPC2292，所述方波通過(guò)LPC2292的第25腳輸出。
5.如權(quán)利要求I所述的基于熒光光纖技術(shù)的變壓器繞組溫度測(cè)量裝置，其特征是，所述放大器模塊包括第一運(yùn)放(UlA)的輸出端連接自身的反相輸入端,第一運(yùn)放(UlA)的同相輸入端通過(guò)第一電阻(Rl)接模擬地，第一運(yùn)放(UlA)的輸出端還通過(guò)第二電阻(R2)連接第二運(yùn)放(UlB)的反相輸入端，第二運(yùn)放(UlB)的同相輸入端通過(guò)平衡電阻(R3)接模擬地，第二運(yùn)放(UlB)的輸出端通過(guò)輸出匹配電阻(R5)和第四電阻(R4)連接第二運(yùn)放(UlB)的反相輸入端，在所述第四電阻(R4)上并聯(lián)有相位補(bǔ)償電容(Cl);其中第一電阻(Rl)和第一運(yùn)放(UlA)構(gòu)成電流電壓轉(zhuǎn)換電路,將光電轉(zhuǎn)換器獲取的微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),第二電阻(R2)、第四電阻(R4)和第二運(yùn)放(UlB)構(gòu)成反相放大電路。
6.如權(quán)利要求I所述的基于熒光光纖技術(shù)的變壓器繞組溫度測(cè)量裝置，其特征是，所述同步采集AD轉(zhuǎn)換器采用AD7606-6芯片。
7.如權(quán)利要求I所述的基于熒光光纖技術(shù)的變壓器繞組溫度測(cè)量裝置，其特征是，所述主控CPU模塊包括ARM芯片LPC2292和存儲(chǔ)器芯片IS61WV102416BLL，二者通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)線和系統(tǒng)地址線相連，ARM芯片向存儲(chǔ)器芯片輸出讀、寫(xiě)控制信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于熒光光纖技術(shù)的變壓器繞組溫度測(cè)量裝置，它包括光纖溫度傳感器、光電轉(zhuǎn)換器、光源驅(qū)動(dòng)模塊、放大器模塊、光源觸發(fā)模塊、同步采集AD轉(zhuǎn)換器、主控CPU模塊和IEC61850通信規(guī)約轉(zhuǎn)換模塊。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明使用ARM處理器產(chǎn)生基準(zhǔn)激勵(lì)脈沖，同時(shí)用其激勵(lì)脈沖和其反向脈沖作為基準(zhǔn)信號(hào)，用高速同步采樣來(lái)完成對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)和熒光信號(hào)的采集，消除各個(gè)采集通道之間的延遲；并在ARM處理器中完成對(duì)熒光信號(hào)的解調(diào)，從而省去模擬鎖相環(huán)及濾波器等模擬電路使得系統(tǒng)復(fù)雜性大大降低、可靠性大大增加，并且由于使用數(shù)字計(jì)算，使得采集裝置一致性較好。
文檔編號(hào)G01K11/32GK102636289SQ20121012722
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者朱俊 申請(qǐng)人:江蘇駿龍電力科技股份有限公司