[实用新型]基于光纤供电与信号传输的信号变送装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种传感器信号变送器中的一个信号变送装置，是基于光纤供电与信号传输的信号变送装置，属于工业自动化测量控制领域。

背景技术

在高电压电力系统中，高压开关的触头、高压线缆的接头及导线铜排因接触不良或通过大电流，常常会过热变形，若不及早发现，会引起火灾、爆炸等严重事故，造成重大损失，而高电压部分的物理量测量又要遇到高压的危险，因此需要一种检测高压开关的触头、高压线缆的接头及导线铜排等高压危险部位的信号检测装置，能及早发现事故隐患，预防重大事故的发生。

在现有高压电力系统中，高压电器的温度等其它参数的测量常有以下几种方法：

1.采用红外辐射温度计来检测高压电器部分的温度，缺点是价格高，对断路器等开关触头温度检测困难，而且安装不方便。

2.用光纤光栅温度传感器来测量高压电器部分的温度，缺点是光钎光栅的信号调制与解调部分复杂，装置价格昂贵。

3.采用电池供电的无线发射接收温度信号，这种方式有供电电池寿命的限制和需定期更换电池的缺陷，易受外界电磁干扰而造成数据失真。

实用新型内容

本实用新型目的是为了解决高压电部分的传感器信号采集的供电及传感器信号的高压隔离问题，提供一种利用光电的基于光纤供电与信号传输的信号变送装置。本实用新型目的这样实现：包括低电压侧的电/光转换、光信号接收、低电压侧单片机、数字通信、模拟量输出，包括高压侧的光电转换电源、高压侧单片机、温度或其他参量采集、变送信号发射，以及能量传送光纤、信号传送光纤组成。低电压侧的电/光转换电路将电能转换成光，光通过能量传送光纤传到高压侧的光/电转换电路，光/电转换电路将光能转换成电能供给高压侧电路，由高压侧单片机采集温度或其他参量，经高压侧单片机处理的电信号经发射电路转换成光信号，光信号通过另一信号传送光纤传送到低压电侧的光信号接收电路再转换成电信号，电信号经低电压侧单片机处理后输出，完成高压侧物理量的测量和隔离传输，由于光纤具有极高的电绝缘强度，故经光纤提供的电源及信号对其他部位也具备极高的电绝缘，该装置还具有采集数据准确迅速、输出信号方式多、低成本等优点，可广泛用于高压开关触头、高压母线、超高压变压器等配电系统的温度或其他参量检测。

本实用新型的有益效果是：通过光纤传送高压侧电路工作的电源，解决了高压侧供电的诸多问题，再通过光纤传送高压侧的温度等参数信号，使高压部分与低压部分有很好的电隔离，同时在使用材料上可采用普通的光纤、光电池、发送与接收管、单片机，降低成本，有单片机控制光电的发送接收，直接读取数据，实现了传感器的数字变送，提高了高压电力系统的数字化程度。

附图说明

图1是本实用新型基于光纤供电与信号传输的信号变送装置的电路原理框图

图2是本实用新型基于光纤供电与信号传输的信号变送装置的最佳具体实施例子的电原理图

图2的符号及其说明：直流电源是供本信号变送装置的外部提供的电源，C1、C2、C3、C4、C5、C6是电容，R1、R2、R3、R4、R5是电阻，RT是温度传感器，T1是晶振，L1是大功率LED发光二极管，L2是LED红外发光二极管，Q1是光敏三极管，B1是太阳能电池，U1是低压侧的自带振荡的低功耗单片机，U2是高压侧的有通信功能的单片机，U3是5V的稳压器，温度信号D/A输出是模拟量输出模块，RS485通讯接口是通信输出模块。

具体实施方式

下面结合附图阐述本实用新型的一个实施例子。

如图1所示：本实用新型基于光纤供电与信号传输的信号变送装置有三部分组成：低压侧、光纤、高压侧。装置供电与低压侧的电/光转换模块相连，低压侧的电/光转换模块与能量传输光纤相连，能量传输光纤与光/电转换电源模块相连，光/电转换电源模块与高压侧单片机相连，温度或其他参数采集模块与高压侧单片机相连，高压侧单片机与信号发射模块相连，信号发射模块与信号传输光纤相连，信号传输光纤与光信号接收模块相连，光信号接收模块与低压侧单片机相连，低压侧单片机与通信模块相连，低压侧单片机与D/A模拟输出模块相连。

如图2所示：外部提供的供本信号变送装置的直流电源通过电容C1滤波到稳压器U3，直流电源经稳压器U3稳压，再经C2滤波后供给单片机U2、大功率高亮度LED发光二极管及其他电路，直流电源经限流电阻R1到大功率高亮度LED发光二极管，使大功率高亮度LED发光二极管产生光，光通过能量光纤被传送到高压侧的太阳能电池，太阳能电池受光照射产生电能，此电能通过储能电容C5储能再供给高压侧的单片机电路U1工作。单片机电路U1先将GP0、GP1、GP2口置输出低，对电容C6放电，等电容C6电放完后，置GP0、GP2输入，置GP1输出，通过GP1口输出高电平经固定电阻R4给电容C6充电，同时GP2检测C6充电，定时器计时电容C6电充满时间，电充满后再将GP0、GP1、GP2口置输出低，对电容C6放电，等电容C6电放完后，置GP1、GP2输入，置GP0输出，通过GP0口输出高电平经传感器电阻RT给电容C6充电，同时GP2检测C6充电，定时器计时电容C6电充满时间，通过给固定电阻充电时间与给传感器电阻充电时间的对比计算传感器的电阻，进而算出温度，此方法在精度允许的条件可省了专用A/D，缩小了体积，也降低了高压侧的功率消耗。单片机电路U1根据算出的温度，按照一定协议在GP4口上输出一定的高低电平脉冲经电阻R3限流来驱动LED红外发光二极管L2，使LED红外发光二极管L2上产生与电脉冲协议一样的光脉冲，光脉冲通过信号光纤被传送到低压侧的光敏三极管Q1，光脉冲照射光敏三极管Q1使其导通与关断，在有上拉电阻R2的情况下，单片机电路U2的测试端RBO上有与单片机电路U1输出协议一样的电脉冲，单片机电路U2检测到电脉冲并根据协议转换成温度值，电容C3、C4及晶振T1是单片机电路U2的振荡电路。单片机电路U2测到的温度值以PWM等方式从单片机电路U2的RC1口输出给温度信号D/A输出模块，转换成标准电压或电流信号，另一路单片机电路U2测到的温度值以串行通信的方式按通信协议送RS485/RS232通讯接口模块，供上位机读写。