全介质光纤输出型瞬态电流测量装置的制作方法

本实用新型属于瞬态电流测量设备技术领域，特别是一种全介质光纤输出型瞬态电流测量装置。

背景技术：

高压实验、雷电、核电等产生的高强瞬态电磁场会对线缆等金属导体产生极强的耦合作用，继而在线缆端口感应过电压和过电流，如果感应电压、电流高于线缆终端设备或者元器件的安全阈值，系统就会受到损坏。线缆在高强瞬态电磁场激励下的感应电流究竟有多大，需要通过瞬态电流测量装置进行观测。在获得感应电流，并对其特性进行分析之后，可以研究针对该感应电流的耦合滤波和防护方法，提高线缆终端设备的生存能力。

国内外绝大多数的瞬态电流观测都通过rogowski线圈实现，并通过同轴线传输采集的电流信号(如专利：开口式罗氏线圈201520308037.0及专利：一种开口式罗氏线圈201721351249.2等)，然而，在高强瞬态电磁场环境下，同轴传输线的耦合效应突出，对电流的测量精度影响较大。此外，现有具有光传输特性的电流测量装置(如专利：高塔雷电流测量装置和方法201510242291x)，一般通过rogowski线圈外接光发射机实现，线圈与发射机之间具有同轴过渡段，且同轴过渡段贴近电流源，高强电流流经线圈时对同轴线的耦合效应也较为突出，而且光信号的接收与转换放大带宽低频截止频率小于50hz，对常见电力传输线的耦合电流测量时，极易受到工频信号的影响。

因此，现有技术存在的问题是：瞬态电流测量装置由于受到高强瞬态电磁场和高强电流影响，测量精度低、测量带宽窄。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种全介质光纤输出型瞬态电流测量装置，测量精度高。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：

一种全介质光纤输出型瞬态电流测量装置，包括瞬态电流测量传感器1，用于对瞬态电流信号进行采样采集；

电光转换模块2，用于将来自瞬态电流测量传感器1的采样电信号进行调理，并转换成光信号；

光电转换模块3，用于将来自电光转换模块2的光信号转换成电信号，并进行放大与补偿、非线性校正；

数据采集存储模块4，用于数字化采集存储来自光电转换模块3的电信号；

稳压单元5，用于对供电模块6整流输出电压进行滤波处理，产生低纹波电源，对电光转换模块2供电；

供电模块6，用于输出整流电压；

所述瞬态电流测量传感器1置于开缝金属壳体7内，电光转换模块2、供电模块6和稳压单元5置于屏蔽腔室8内，所述屏蔽腔室8与开缝金属壳体7一体连接；所述光电转换模块3与数据采集存储模块4置于屏蔽室9内；

所述电光转换模块2的信号输入端与瞬态电流测量传感器1相连，其信号输出端与光电转换模块3的输入端相连，所述光电转换模块3的输出端与数据采集存储模块4相连，所述电光转换模块2的电源输入端通过稳压单元5与供电模块6相连。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：

1、测量精度高：电光转换模块通过导线直接电性连接瞬态电流测量传感器，并置于与线圈一体连接的小型全封闭屏蔽腔室内，外界的电磁场无法对其产生耦合；整个装置除全介质光缆外，均置于屏蔽壳体内，确保了装置的抗干扰性，精度高；

2、测量频带宽：光电转换模块利用放大器件与光电器件二者的非线性特征相互补偿，可实现信号校正，工作频带为100hz～100mhz；

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本实用新型全介质光纤输出型瞬态电流测量装置的结构框图。

图2是图1中电光转换模块的结构框图。

图3是图1中光电转换模块的结构框图。

图4是图1中电光转换模块的电路图。

图中，瞬态电流测量传感器1，电光转换模块2，光电转换模块3，数据采集存储模块4，供电模块6，稳压单元5，开缝金属壳体7，屏蔽腔室8，屏蔽室9，

第一三极管t1，第二三极管t2，光纤发射器f1，第一电阻r1，第二电阻r2，第一至第四电容c1、c2、c3、c4。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型全介质光纤输出型瞬态电流测量装置，包括：

瞬态电流测量传感器1，用于对瞬态电流信号进行采样采集；

电光转换模块2，用于将来自瞬态电流测量传感器1的采样电信号进行调理，并转换成光信号；

光电转换模块3，用于将来自电光转换模块2的光信号转换成电信号，并进行放大与补偿、非线性校正；

数据采集存储模块4，用于数字化采集存储来自光电转换模块3的电信号；

稳压单元5，用于对供电模块6整流输出电压进行滤波处理，产生低纹波电源，对电光转换模块2供电；

供电模块6，用于输出整流电压；

所述瞬态电流测量传感器1置于开缝金属壳体7内，电光转换模块2、供电模块6和稳压单元5置于屏蔽腔室8内，所述屏蔽腔室8与开缝金属壳体7一体连接；所述光电转换模块3与数据采集存储模块4置于屏蔽室9内；

所述电光转换模块2的信号输入端与瞬态电流测量传感器1相连，其信号输出端与光电转换模块3的输入端相连，所述光电转换模块3的输出端与数据采集存储模块4相连，所述电光转换模块2的电源输入端通过稳压单元5与供电模块6相连。

瞬态电流测量传感器1为rogowski线圈，磁芯为锰芯，磁芯外紧裹一层绝缘层，并紧密缠绕漆包铜线，铜线末端连接金属膜采样电阻，线圈整体置于开缝的金属壳体内，间隙用绝缘介质填充，采样输出信号直接电输入至电光转换模块；

可在恶劣环境下进行瞬态电流捕捉。

供电模块6为锂电池供能，稳压单元5对整流输出电压进行滤波处理，有效降低电源线上的耦合噪声，继而产生低纹波电源，为所述电光转换模块提供驱动能源。抗干扰能力强，性能稳定。

优选地，所述电光转换模块2的信号输入端与瞬态电流测量传感器1之间通过导线直接相连。

电光转换模块2，与述瞬态电流测量传感器1通过导线连接，无需任何电接口，并置于与所述瞬态电流测量传感器开缝金属外壳一体连接的小型全封闭屏蔽腔室内，用于消除空间中的电磁干扰等对所测信号的影响。

优选地，所述电光转换模块2的信号输出端与光电转换模块3的输入端之间通过全介质光缆相连。全介质光缆不含金属加强筋，作为信号传输媒介，连接电光转换和光电转换模块，中间无需任何电接口，不会受到外界电磁场的干扰。整个装置除全介质光缆外，均置于屏蔽壳体内确保了装置的抗干扰性，精度高。

如图2所示，所述电光转换模块2包括依次串联的信号调理单元21和半导体发光组件22，所述信号调理单元21的信号输入端用于与瞬态电流测量传感器1相连，半导体发光组件22的输出端用于与光电转换模块3的输入端相连。

如图3所示，所述光电转换模块3包括依次串联的光接收组件31、放大补偿单元32、非线性校正单元33、阻抗变换单元34和驱动输出单元35；

所述光接收组件31的输入端用于与半导体发光组件22的输出端相连，所述驱动输出单元35的输出端用于与数据采集存储模块4相连。

如图4所示，所述电光转换模块2包括第一三极管t1、第二三极管t2、光纤发射器f1、第一电阻r1、第二电阻r2、第一至第四电容c1、c2、c3、c4；

所述第一三极管t1的基极用于与所述瞬态电流测量传感器1相连，第一三极管t1的集电极同时与光纤发射器f11a+端、第三电容c3和第四电容c4相连，第一三极管t1的发射极与第二三极管t2的基极和第一电阻r1相连；

所述第二三极管t2的集电极与光纤发射器f1c-端相连，第二三极管t2的发射极与第一电容c1和第二电阻r2相连；

所述光纤发射器f1nc端接地，a+与电容c2相连；

所述第一电阻r1、第二电阻r2、第一至第四电容c1、c2、c3、c4的另一端接地。

所述第二三极管t2发射极通过并联的频率补偿电容c1和电阻r2接地，使得所述瞬态电流测量装置的工作频带变宽，宽度介于100hz～100mhz。