[发明专利]一种混合式光电脉冲电流测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号测量领域，尤其涉及的是一种混合式光电脉冲电流测量系统。

背景技术

随着高电压技术的发展，脉冲电流信号测量技术日益受到人们的重视。检测电力设备局部放电信号，确定脉冲电流下绝缘介质的击穿特性，研究绝缘材料电晕特性等都需要对脉冲电流信号进行准确测量和无畸变传输。

目前，普遍采用的电流信号测量系统主要由电流互感器(CT)、信号传输电缆和终端设备构成。由于传统电流互感器受磁饱和、涡流效应、铜耗、磁滞损耗等问题的影响，以及信号电缆频带限制、绝缘强度低和抗干扰能力差的缺点，使得传统电流信号测量系统无法应用于高电位脉冲电流信号的准确测量。

洛氏(Rogowski)线圈作为一种电流传感器已被广泛应用于脉冲大电流测量系统中，对于纳秒级微小电流信号测量，Rogowski线圈也具有很大的优势。光纤的出现使得信号传输路径更加多样化。首先，光纤传输可使测量系统的高低压终端实现电气隔离。其次，1m长光纤的交流闪络电压大于100kV，所以可以用光纤隔离很高的点位。随着光纤的普遍使用，基于法拉第磁致旋光效应原理研制的全光纤型电流测量系统在一些特殊领域得到应用，然而其稳定性和测量精度难以得到保证，其次，该测量系统昂贵的造价限制限制了自身发展。为了实现高电位下脉冲微小电流的准确测量和无畸变传输，必须采用其他的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合式光电脉冲电流测量系统，旨在解决现有的电流测量系统的稳定性和测量精度难以得到保证的问题。

本发明的技术方案如下：

一种混合式光电脉冲电流测量系统，其包括感应线圈和光纤传输模块，所述光纤传输模块包括高压侧的前置放大电路和驱动电路；光纤和低压侧的光信号接收与转换电路，所述感应线圈连接前置放大电路，所述前置放大电路、驱动电路、光纤和光信号接收与转换电路依次连接。

所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述感应线圈采用高频洛氏线圈。

所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述前置放大电路包括第一电阻、第二电阻、开关和第一高速大电流运算放大器，所述第一电阻和第二电阻串联连接，第一电阻连接洛氏线圈的输出端，第二电阻接地；所述开关为一单刀双掷开关，开关的第一活动端连接洛氏线圈的输出端，第二活动端连接到第一电阻和第二电阻的连接点；第一高速大电流运算放大器的正向输入端连接开关的固定端；第一高速大电流运算放大器的反向输入端与输出端连接形成反馈回路。

所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述驱动电路包括第二高速大电流运算放大器、第三电阻、第四电阻和稳压器，第三电阻一端连接前置放大电路的输出端，另一端连接第二高速大电流运算放大器的正向输入端；稳压器通过第四电阻连接在第二高速大电流运算放大器的正向输入端上；第二高速大电流运算放大器的反向输入端连接第二高速大电流运算放大器的输出端；第二高速大电流运算放大器的输出端连接发射头。

所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述发射头采用集成光纤发射头，采用的型号为HFBR-1414。

所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述第一高速大电流运算放大器和第二高速大电流运算放大器的型号均为OPA690。

所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述前置放大电路中的第一电阻和第二电阻的阻值之和为50Ω。

所述的混合式光电脉冲电流测量系统，其中，所述光信号接收与转换电路采用与高压侧光纤发射端相匹配的光纤接收器，其型号为HFBR-2416TZ，且该光纤接收器内部集成了一个PIN型光电二级管和将光信号转换为模拟电压信号的电路。

本发明的有益效果：本发明通过使用高频带的Rogowski线圈测量脉冲电流信号；用高速大电流放大器OPA690代替传统放大器，采用电压信号驱动和集成光纤发射头，研制出一套混合式光电电流测量系统，可测量微安级电流，测量带宽可达22MHz，非线性度小于0.1％。本发明中所需器件可在电子市场购得，与普遍的数字传输方式相比较，成本低廉。

附图说明

图1是本发明中电流测量系统的高压侧前置放大电路图。

图2是前置放大电路的方波响应结果图。

图3是高压侧驱动电路。

图4是高压侧驱动电路的方波响应结果图。

图5是光纤传输模块电路图。

图6a和图6b是光纤传输模块的幅频和相频响应特性曲线。

图7是光信号接收与转换电路图。