光纖電流傳感器智能電表的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電量計量裝置，尤其是光纖電流傳感器智能電表。
【背景技術】
[0002]智能電表已經公開了許多技術，如CN201410360178智能電表，包括:模數(shù)轉換元件、時鐘元件、電能計量元件、RS485通信元件、紅外通信元件和載波/微功率無線通信元件和主控元件等，主控元件，用于累加、分析、統(tǒng)計及存儲電能計量元件所統(tǒng)計的信息，另外也用于控制模數(shù)轉換元件、時鐘元件、電能計量元件、RS485通信元件、紅外通信元件、載波/微功率無線通信元件、液晶顯示器相互之間信息的轉換或交換；存儲器，用于存儲主控元件所統(tǒng)計的用電量信息、轉換或交換信息。但光纖電流傳感器智能電表未見公開，現(xiàn)有技術公開的光纖智能電表只是用于信號的光纖信息傳輸。
[0003]現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，對電流的測量要求已經提高很多，目前對電網(wǎng)的輸送和檢測提出了更高的要求，傳統(tǒng)的高壓大電流的測量手段將面臨嚴峻的考驗.隨著光纖技術和材料科學的發(fā)展而發(fā)展起來的光纖電流傳感系統(tǒng)，因具有很好的絕緣性和抗干擾能力，較高的測量精度，容易小型化，沒有潛在的爆炸危險等一系列優(yōu)越性，而受到人們的廣泛重視.光纖電流傳感器的主要原理是利用磁光晶體的法拉弟效應。激光束通過光纖，并經起偏器產生偏振光，經自聚焦透鏡人射到磁光晶體:在電流產生的外磁場作用下，偏振面旋轉Θ F角度；經過檢偏器、光纖，進入信號檢測系統(tǒng)，通過對Θ F的測量得到電流值，當設置系統(tǒng)中兩偏振器透光主軸的夾角為45°，經過傳感系統(tǒng)后的出射光強為:1 = (1/2)(l+sin2 Θ F)，式中1為入射光強.通過對出射光強的測量，就可以得出Θ F，從而可測出電流的大小。
[0004]通過對法拉弟旋轉角相位的測量(以電流強度為檢測依據(jù))，可得到電流所產生的磁場強度，從而可以計算出電流大小.由于光纖具有抗電磁干擾能力強、絕緣性能好、信號衰減小的優(yōu)點，因而在法拉弟電流傳感器研宄中，一般均采用光纖作為傳輸介質，現(xiàn)有的電表用小電流傳感器均采用電磁感應的線圈結構，未有光纖電流傳感器，而采用光纖的低成本小電流傳感器是將來的方向。
[0005]適合于安裝在240伏-600安變電站主線上的電流傳感器已經出現(xiàn)，這種傳感器對變電站的電力輸出進行監(jiān)控，可以減少地方電網(wǎng)故障所造成的停電時間。電流傳感器可以對供電電纜進行電流監(jiān)控，若是電纜出線超負荷，這些電流傳感器可將一部分負荷轉移到其他相中，或者是新鋪設的電纜中，保護電纜的安全使用和運行。
[0006]CN200710041685公開了一種直通式干涉型全光纖電流傳感器，該全光纖電流傳感器由3X3保偏光纖親合器組成，包括光源、3X3保偏光纖親合器、光纖偏振器、1/4光纖波片和傳感光纖環(huán)；光源連接到3X3保偏光纖耦合器的一端，3X3保偏光纖耦合器的其中兩端口分別和兩個光纖偏振器連接；兩個光纖偏振器的另一端分別通過1/4光纖波片接到傳感光纖環(huán)；3X3保偏光纖耦合器的其中一端口空置；3X3保偏光纖耦合器的剩余兩端口分別通過兩個光電探測器與信號處理器相連接。
[0007]光纖的法拉弟旋轉角相位的測量在低成本小電流傳感器還存在應用上有所不足，主要是測量的法拉弟旋轉角相位的偏移量小，信號弱化，此外，漂移溫度導致信號不夠穩(wěn)定也是一個問題。盡管有其它方法可能解決此問題。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明目的是，在保持光纖傳感器的固有優(yōu)勢和前提下，提出一種電能表用的小電流光纖傳感器制備的智能電表，甚至可以是家用型電能表，在利用光纖法拉弟旋轉角相位的測量原理的基礎上，制備一種用途廣泛的智能電表。
[0009]本發(fā)明的技術方案是:光纖電流傳感器智能電表，包括電表用小電流光纖傳感器，積分電路、模數(shù)轉換電路、時鐘電路、電能計量芯片、存儲器、RS485通信電路、CPU，其中小電流光纖傳感器依次連接積分電路、模數(shù)轉換電路、電能計量芯片和CPU，CPU同時連接時鐘電路、存儲器和RS485通信電路，CPU用于控制模數(shù)轉換元件、時鐘元件、電能計量、RS485通信電路、顯示器相互之間信息的轉換或交換；存儲器用于存儲CPU所得到的用電量信息、轉換或交換信息。
[0010]本發(fā)明所用到的電表用小電流光纖傳感器，包括光分合束器、光親合器、法拉弟光纖環(huán)、四分之一波片、光纖反射鏡以及保偏光纖環(huán)；所述光分合束器的合束端以及分束端；所述光分合束器的合束端的兩端分別接光源與光電檢測器，光分合束器的第一分束端接保偏光纖環(huán)的輸出，所述光分合束器的第二分束端接光親合器、光親合器第三端通過四分之一波片與法拉弟光纖環(huán)相連，法拉弟光纖環(huán)端部設有光纖反光鏡，光耦合器的第二端接保偏光纖環(huán)的輸入端，所述光分合束器的第一和第二分束端均串聯(lián)起偏器。
[0011]本發(fā)明的工作過程是:光纖電流傳感器智能電表對電表用小電流光纖傳感器的電流信號進行采集(經積分電路和模數(shù)轉換電路)，光纖電流傳感器的工作過程:法拉弟光纖環(huán)穿過待測量電流的導線，由于電流產生的磁場因法拉弟效應使法拉弟光纖環(huán)中的光的相位產生變化，此光速在光纖的保偏光纖環(huán)是一準Sagnac效應測試環(huán)經過后產生經外差的含相位信號的光(Sagnac效應將同光源發(fā)出的一束光分解為兩束，讓這兩束光在同一個環(huán)路內沿相反方向循行一周后會合產生干涉)，而摒棄了其它雜散信號的光，從而保偏光纖環(huán)經光分合束器后至光電檢測器后就能夠得到信噪比很高的信號；尤其是準Sagnac效應測試環(huán)可以設計得不完全對稱，從而消除因法拉弟光纖環(huán)而產生的漂移信號，兩束光相遇時的相位差的變化會直接反映電流大小。本發(fā)明的光纖電流傳感器稍加修改保偏光纖環(huán)或法拉弟光纖環(huán)的光纖線圈圈數(shù)、直徑等參數(shù)，可用于各種電壓下的直流、交流電流傳感。并且通過線偏振起偏器產生和線偏光和1/4波片實現(xiàn)兩個互相垂直的線偏振光的信號的提取。
[0012]本發(fā)明的有益效果:光纖電流傳感器智能電表保證了智能電表的功能，且采用光纖電流傳感器的電磁兼容效果更好，且(I)容易安裝，不用斷開導線，僅將細長、柔軟的絕緣光纖卷繞在導體上就可檢測電流，能實現(xiàn)整個傳感裝置的小利輕量化；電壓取樣相對平衡；(2)電磁兼容好，無法對表進行電磁干擾，無電磁噪音的干擾。近年的計測控制系統(tǒng)中，一般將傳感器的輸出連接于半導體的電子回路，傳感裝置本身全部由光學器件構成，故具有抗電磁干擾(EMI)特性；(3)計測范圍廣，沒有鐵心磁飽和的制約，同時，