利用光測量組件的光電式用電量計量表的制作方法

專利名稱：利用光測量組件的光電式用電量計量表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用光計量裝置的光電式用電量計量表(以下稱為″DM)。本發(fā)明特別涉及采用光電流變換器(以下稱為″CT″)和光電位變換器(以下稱為″PT″)的光電式用電量計量表，該CT和PT形成一個具有無分離隔離器件和不受噪聲和其它電浪涌的影響的接收的光計量裝置，借此可以容易地以可靠的方式進行算術(shù)乘法運算和其它運算。
通常為了測量電流和電壓傳統(tǒng)上采用的計量裝置根據(jù)系統(tǒng)電壓的幅值需要一種獨立的隔離，而獨立的隔離費用很高。另外，其重量增加，在干擾和其它電浪涌從外部引入的情況下，該計量裝置沒有抗干擾的功能。
另外在傳統(tǒng)的測量裝置的情況下，由于采用鐵芯，而因磁飽合致使波形畸變。此外，由于諧波共振現(xiàn)象可能引起測量誤差。
本發(fā)明力圖克服上述傳統(tǒng)技術(shù)中的各種缺點。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種光電式用電量計量表，在該用電量計量表中使用了初、次級完全互相隔離的光電流和光電位變換器，以便不再需要使用單獨的隔離器件，從而可免受干擾和各種電浪涌的影響。
為達到上述目的，本發(fā)明特征在于把采用了已經(jīng)開發(fā)出的光CT和光PT通過光纖與本發(fā)明的光電DM相連接。另外，從光發(fā)射裝置中發(fā)出的光束通過光纖射入光學計量裝置(下文稱為″MOF″)。該光束經(jīng)光MOF調(diào)制后，被一光接收裝置通過光纖接收。接著，由一個光接收電路將調(diào)制過的光束轉(zhuǎn)換成電信號，然后，對轉(zhuǎn)換的電壓、電流信號進行調(diào)零，接著將電壓、電流信號相乘得到功率信號。使功率信號中的有功功率信號分量和無功功率信號分量彼此分離。分別完成該有功分量和無功分量的相加，這樣便得到了使用功率的最終的有功功率值和無功功率值。把計算出的有功功率值和無功功率值分別按白天，晚上和午夜分類，以便顯示按這些分類時段相加的數(shù)值。
為使在電源出現(xiàn)故障時也能安全地保持上述數(shù)據(jù)，在電源電路中提供了一個備用電池，以便在電源發(fā)生故障時可以確保有15秒左右的時間完成存儲數(shù)據(jù)的工作。
另外，在電源故障期間，把各種功率數(shù)據(jù)存入一個EEPROM中，當電源恢復工作后，自動地加入這些存儲的數(shù)據(jù)，以便恢復乘法運算。
因此，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，可以方便地進行算術(shù)計算、積分和其它運算和顯示，并且不受干擾和其他電浪涌的影響。
通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例加以詳細描述，上述目的和其它的優(yōu)點將變得更加清楚。


圖1示出了本發(fā)明的光電式用電量計量表的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2示出了光發(fā)射器驅(qū)動電路；圖3示出了光接收器驅(qū)動電路；圖4示出了自動調(diào)零電路；圖5示出了電壓、電流乘法電路；圖6示出了使有功功率和無功功率彼此分離的電路；圖7示出了將相應(yīng)各相的有功功率和無功功率相加的電路；圖8示出了將絕對值轉(zhuǎn)換成有效值的電路；圖9示出了將電壓轉(zhuǎn)換成頻率的電路；圖10示出了電源電路。
圖1是關(guān)于本發(fā)明光電式用電量計量表的結(jié)構(gòu)框圖。
根據(jù)本發(fā)明的光電式用電量計量表包括一用于驅(qū)動光發(fā)射器的光發(fā)射器驅(qū)動電路10，該光發(fā)射器通過光纖將光束輸送到已研制出的光計量裝置200；用于通過光纖從MOF 200接收作為調(diào)制過的光電壓、電流信號以便將它們轉(zhuǎn)換成電信號的光接收器和光接收電路；用于校準光接收電路20的轉(zhuǎn)換過的電壓和電流信號以使波的中點處于零電位點的調(diào)零電路30；將調(diào)零電路30的輸出電壓和電流信號相乘以便得到功率信號的乘法電路40；用來分離乘法電路40的功率信號以便得到有功和無功功率信號的有功/無功功率分離電路50；將有功/無功功率分離電路50的有功和無功功率按相應(yīng)的相求和的功率求和電路60；將功率求和電路60的有功和無功功率的絕對值轉(zhuǎn)換成有效值的有效值轉(zhuǎn)換電路70，用于產(chǎn)生相應(yīng)于有效值轉(zhuǎn)換電路70輸出的頻率的脈沖的電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路80；用于計算和積分電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路80的脈沖信號以及儲存和顯示積分數(shù)據(jù)的積分和顯示電路90；用來供給上述電路電功率的電源電路100；還包括用來在電源發(fā)生故障時能確保一段用于儲存數(shù)據(jù)的時間的電池備用電路。
光MOF200包括初、次級彼此隔離的光CT和光PT。在光MOF200和光電DM中間有四根光纖與每一套光MOF200相聯(lián)。從DM的光源發(fā)出的光束分別到達光MOF的光CT和光PT。然后，光束經(jīng)過被電流和電壓的光CT和光PT的調(diào)制過程，調(diào)制過的光束通過相應(yīng)的光纖傳到DM的光接收器。
由于電源系統(tǒng)是三相的，所以光發(fā)射器及其驅(qū)動電路10共包括六個光源和光驅(qū)動電路，其中三個用于電壓，另外三個用于電流。光接收器及其驅(qū)動電路20也共包括六個光接收器和驅(qū)動電路，其中三個用于電壓，另外三個用于電流。
這樣，光發(fā)射器驅(qū)動電路10設(shè)計成可發(fā)射出一定強度量的光線，同樣的電路需提供6個。
其中，當調(diào)制后的光線從光MOF200通過光纖到達光接收器時，光接收器驅(qū)動電路20根據(jù)入射光的強度用功率強度進行再調(diào)制。為了提高輸入電阻，達到低噪聲差分放大，并減少溫度變化的干擾，而使用包括兩個場效應(yīng)管Q21，Q22的雙場效應(yīng)管的FET20。此外，運算放大器(OP AMP)U20進行差分放大，以便可以輸出與光束量成正比的電信號。該光接收器驅(qū)動電路20也包括六個同樣的電路。
通過DM進行調(diào)零的含義如下即交流正弦波交替地變化到相交在零點的正負兩側(cè)，但由于光纜的彎曲，正弦波將要偏向正半周或負半周。為了防止發(fā)生這種現(xiàn)象。而將信號波的中心點自動地調(diào)到零點。
自動調(diào)零電路30包括一個用于放大光接收電路20的輸出信號的前置放大級31；一個用于穩(wěn)定放大信號，并且用來消除諧波噪聲的濾波器；一個用于積分濾波器32的信號和檢測直流分量的直流信號檢測級33；一個用于微分濾波器32的信號，以便去掉直流分量和只檢測交流分量的交流信號檢測級34；一個用于將交流信號部分除以直流信號部分的零點計算ICU32，以便在不管直流部分幅值如何的情況下，獲得始終交替通過零電位的交流信號；一個用于在輸出這些放大信號之前，放大和過濾零點運算ICU32的輸出信號的放大和輸出級36。
同時，(電壓)×(電流)運算電路40包括一個僅運算ICU40。在電壓和電流的正弦波中，信號波被進行一種算術(shù)運算，輸出得到信號波的形式是電壓和電流的乘積。
當電壓和電流在信號波狀態(tài)下經(jīng)過算術(shù)運算的情況時，獲得的算術(shù)運算結(jié)果是以信號波的形式，而不是一個直流電流，由于電壓和電流間的相角不同而使信號波零點偏向正或負半周。如果電壓電流間相角差為0，即它們有相同的相角，則形成的信號波僅在正半周。如果電流相角超前或滯后電壓，則信號波將與相角差成比例地偏向負半周。
基于這個原因，偏向于正半周的過零點的部分對應(yīng)于有功功率，而偏向于負半周的過零點的部分對應(yīng)于無功功率。所以，有效/無功功率分離電路50在三套中提供，每一套包括有功功率分離組件51和無功功率分離組件52，這樣可分離信號波以便輸出交替過零電位的信號波。
另外，有功功率和無功功率是按相應(yīng)的相獲得的。因此，求和電路60包括；用來對有功功率和無功功率的R，S和T狀態(tài)求和的求和級61A和61R，以及第一放大級和第二放大級62A，63A，62R和63R。
有效值轉(zhuǎn)換電路70將相應(yīng)的有功功率和無功功率的信號波轉(zhuǎn)換成與波的有效值相同的交流信號。
用于有功功率和無功功率的有效值轉(zhuǎn)換電路70的結(jié)構(gòu)是彼此相同的，因此，提供了兩個電路70。
電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路80將已轉(zhuǎn)換過的直流信號(已轉(zhuǎn)換成有效值)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于直流電壓的脈沖系列以便對它們進行積分。首先，對高頻進行變換，然后再進行分頻以便獲得一個適合數(shù)量的脈沖。
在電路中，傳送脈沖時，要形成一種隔離。為了這個目的，將一光電偶合器用于光隔離脈沖傳輸過程。另外，為了處理有功功率和無功功率；提供了兩套電路80。
在電源電路中，使用變壓器降低電源電壓，然后進行整流和穩(wěn)定，這樣得到一個正的直流電源。另外，恒壓源IC用來獲得恒定電壓。電源通過dc/dc變換器供給，以便使相應(yīng)運算電路(它們包括一個積分數(shù)字部分和一個模擬部分)所用的電源獨立，并且使電源的隔離性能更高。為了在電源發(fā)生故障時，能提供一個用于暫時存儲數(shù)據(jù)的工作電源，而提供了一個小電池和充電/放電電路。
積分和顯示是由四套LCD和一個CPU控制的。采用專用的CPU，以使脈沖的數(shù)量，積分值和各個時間設(shè)定可以通過鍵輸入。
至于數(shù)據(jù)的儲存，錄入EEPROM的數(shù)據(jù)即使在沒有提供一個單獨電源的情況下也能永久地保存住。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的光電DM的一個光發(fā)射器的驅(qū)動電路，該電路用于將光束傳送到光MOF。
+12V的電源Vcc通過電阻R12供給，如果由齊納二極管ZD11產(chǎn)生一個穩(wěn)定的參考電壓，則把這個電壓供給至OP放大器U10的同相端。
OP放大器U10的輸出供給光源驅(qū)動晶體管Q11的基極，一個+12V的電位通過電阻R11和可變電阻器VR11，以便通過晶體管Q11的發(fā)射極供給到光源LD10的陽極上。光源LD10的陰極接零電位，因此光源LD10發(fā)射出光束。
在這種情況下，與在晶體管Q12的發(fā)射極檢測的電流成正比的電壓信號供給OP放大器U10的同相端，以便形成校正電路。從而使從光源LD流出的電流恒定。這樣，從光源LD10發(fā)射出的光強度也是恒定的。
在這種情況下，如果調(diào)整該可變電阻VR11的阻值，可使從光源LD10流出的電流改變，因此可以設(shè)定光強度。另外，電容C11和C12連接到電源端，這樣，消除了電源的干擾，并且穩(wěn)定了電流。
圖3示出了本發(fā)明的光電DM的光接收器的驅(qū)動電路，該電路接收來自光MOF的調(diào)制光束。
+12V電源供給光接收器PD20的陽極，形成從光接收器PD20的陰極通過電阻R21，R22，VR21和R23到地的連接。電流流過光接收器PD20，該電流正比于入射到光接收器PD20上的光束強度，從+12V電源流出并順序通過光接收器PD20及電阻R21，R22，VR21和R23。
通過調(diào)節(jié)可變電阻VR21，可以改變電流，這與電路中的偏置調(diào)整類似。
正比于通過光接收器PD20的電流的電壓值在電阻R21和R22的連接點上產(chǎn)生。這個電位供給作為雙極型場效應(yīng)管FET20組成部分的晶體管Q21的柵極。
晶體管Q21的漏極與+12V的電源連接，而源極通過電阻R24接地。
在這種情況下，按照供給晶體管Q21的柵極電平，電流從晶體管Q21的漏極經(jīng)源極和電阻R24流至地。在電阻R24與漏極間存在一個與該流過的電流相對應(yīng)的電位。
這個電位供給OP放大器U20的反相輸入端。晶體管Q22的漏極接電源+12V，源極經(jīng)電阻R25接地。
但是，因為晶體管Q22的柵極接地，所以，這時在晶體管Q22的漏極和源極間沒有電流流過，但由于受到溫度變化的影響，漏極和源極間還是流過極微弱的電流。
正比于這個電流的電位也出現(xiàn)在電阻R25和晶體管Q22的源極間的連接點上。該電位加在OP放大器U20的同相輸入端上。
OP放大器U20進行差分放大，以便按射入到光接收器上的光強度輸出電壓。
作為OP放大器U20和光接收器PD 20的電流路徑的電阻R23和可變電阻VR21的接點連接到電阻R26，以便把輸出的一部分反饋，將輸出信號的一小部分供給至輸入端。
在電阻R21和R22的連接點和電阻VR21和R23的連接點之間連接一個電容C21，信號分量流過這個電容C21，也是為了降低噪聲。
電容C22和C23與OP放大器U20的電源端相連接，以便吸收噪聲和穩(wěn)定電源電壓。
圖4示出了本發(fā)明的光電DM中用于防止信號電平偏移到正側(cè)或負側(cè)的自動零點校準電路。
信號通過電阻R31供給到OP放大器U31的反相輸入端(-)，從OP放大器U31的輸出端通過電阻R32到反相輸入端(-)形成一個連接，OP放大器U31的同相輸入端(+)與地相連接。這樣，OP放大器U31起到一個放大器的作用，其放大倍數(shù)由電阻R31與R32的比值確定。電容C31和C32與OP放大器U31的電源端相連，以便可以吸收噪聲，并且可使電源電壓穩(wěn)定，前置放大就是這樣完成的。
經(jīng)OP放大器U31放大后的信號通過電阻R33輸出，電阻R33與電容C33一起完成信號穩(wěn)定器和消除諧波噪聲的濾波器的功能。
濾波后的信號通過電阻R34和電容C34的組合，以便使信號源接通地，只留下直流分量。通過另一路徑，信號通過電容C35和電阻R35的組合，使得直流分量流入地，只留下信號分量。
這樣就使直流信號分量與交流信號分量彼此分離，以便供給運算ICU32的輸入端。
算術(shù)運算的結(jié)果從進行計算的運算IC U32的輸出端獲得，該計算依據(jù)下列公式Vout＝Z2(交流分量)1×1(直流分量)這樣所得的結(jié)果是一個不管直流分量的大小如何而總是在零電位點交變的交流信號波形。
電容C36和C37接算術(shù)運算IC U32的電源端Vcc。以消除噪聲和穩(wěn)定電源。
經(jīng)算術(shù)運算過的信號供給OP放大器U33的同向輸入端(+)。該OP放大器U33的反相輸入端(-)通過電阻R36接地。該OP放大器U33的輸出側(cè)經(jīng)電阻R37和VR31接反向端(-)，實現(xiàn)一個反饋。該OP放大器U33作為一個同相放大器使用。其放大率由R36和R37+VR31確定。
在此情況下，電阻R37是固定的，通過改變可調(diào)電阻VR31調(diào)節(jié)放大器的放大率。輸出信號通過電阻R38輸出，再經(jīng)電容C40濾波，這樣可實現(xiàn)穩(wěn)定和濾去諧波。電容C38和C39接OP放大器U33的電源端；以便吸收噪聲和穩(wěn)定電源。
圖5示出一個根據(jù)本發(fā)明的光電DM的電壓-電流乘法電路，該電路可以計算功率值。
從自動調(diào)零電路30輸出的電壓信號通過電阻R42供給運算IC U40。該電流信號被連接電阻R41和VR41后接地的電路分壓。這樣，通過改變可變電阻VR41調(diào)節(jié)分壓比后的信號供給算術(shù)IC U40。該算術(shù)運算IC U40輸出電平等價于(X電壓)X(Y電流)。
運算IC U40與可變電阻VR 42和VR43相接，以便使供給電壓輸入端和電流輸入端的信號可以調(diào)節(jié)和得到穩(wěn)定。在無信號期間，可以借助可變電阻VR44調(diào)節(jié)零電位。
此外，電容C41和C42與算術(shù)運算IC U40的電源端相接，以便吸收電源噪聲和穩(wěn)定電源。
算述運算IC U40直接對電壓信號正弦波進行算術(shù)運算，其輸出也為正弦波。因此，如果在到來的這兩個信號間無相位差，則得到的信號偏置到正側(cè)，而如果相位差增加則會有更多的信號偏置到負側(cè)。
圖6示出了本發(fā)明光電DM的有功和無功功率分離電路，該電路將總的功率中的有功功率和無功功率彼此分離。
有功/無功功率分離電路50用于將有功功率和無功功率彼此分離開。該電路50包括一個用來分離通過零點偏置向正半周的信號的有功功率分離部分51；及一個用來分離通過零點偏置的負半周的信號的無功功率分離部分52。這樣，就使偏置正側(cè)的信號與偏置負側(cè)的信號彼此分離。
首先，對用來獲得有功功率的有功功率分離部分的OP放大器U51的操作情況進行描述。
二極管D51連接在OP放大器U51的反饋回路中，借助反饋使非線性得到改善。交流特性取決于OP放大器U51回路增益的頻率特性。
前提是OP放大器U51的反相輸入端(-)和同相輸入端(+)的電位必須永遠相等。這樣，當輸入電壓為零時，反向輸入端電壓也為零。因此，OP放大器U51的輸出為二極管D51提供一個正向偏置電壓，最終可達到總的平衡。
如果+1V輸入到同相端(+)，則反向輸入端(-)也必須為+1V，因此，通過二極管D51的輸出變?yōu)?1V。
這樣，當一個正電壓輸入時，輸出電壓與輸入電壓相同。
但是，如果輸入電壓為負，二極管D51將反向偏置，通過二極管的輸出電位為零。進一步講，OP放大器U51的輸出端將降至負供給電壓。
這樣，對于一個正的輸入輸出一個相同電壓，為一個負輸入提供一個切換，于是只有偏向正半周的有功功率分量被輸出。
這里，為了改善交流特性而使用一個電容C53和為了穩(wěn)定輸入信號而裝一個電阻R51。另外，為了吸收電源噪聲和穩(wěn)定電源而將電容C51和電容C52相連接。
同時，將對無功功率分離部分52的OP放大器U52的操作情況進行描述。即，輸入信號通過電阻R52供給OP放大器U52的反相輸入端，而其同相輸入端接地。因此，OP放大器U52起一個從輸出側(cè)到反相輸入端進行反饋的放大器的作用。
這里，二極管D53的作用是進行整流，而二極管D52用于將電壓箝位在0.6V左右，以使OP放大器U52不能反向飽合。這樣，使OP放大器U52不進入飽合區(qū)，使其響應(yīng)速度變快。
由于上述結(jié)構(gòu)，使負輸入在輸出前反相為正相輸入，但正輸入不能反相為負輸入而只能不予考慮。
通過這樣的操作，可以分離出偏置負側(cè)的無功功率。
圖7示出了本發(fā)明的光電式DM的功率求和電路，該電路對相應(yīng)的相的有功功率和無功功率進行求和。
三組有功信號R，S，T通過R611，R612和R613供給算術(shù)運算的IC U61的同相輸入端，算術(shù)運算IC U61的輸出端經(jīng)電阻R615與算術(shù)運算IC U61的反相輸入端相連，以便使算術(shù)運算IC U61可以作為一個加法器。
算術(shù)運算IC U61的同相輸入端經(jīng)電阻R614接地，以便穩(wěn)定電路。
這樣，通過電阻R611，R612和R613輸入到算術(shù)運算IC U61的三相有功功率經(jīng)相加，反相并通過其輸出端輸出。
這些輸出的信號通過電阻R616供給OP放大器U62的同相端，OP放大器U62的同相輸入端通過R617接地，這樣電路將得到穩(wěn)定。從OP放大器U62的輸出端通過電阻V611和R618到OP放大器U62的反相端形成一反饋回路，以便使U62起到放大器的作用。另外，放大電平可通過改變VR611調(diào)節(jié)。OP放大器U62的輸出信號經(jīng)電阻R619和R620進行分壓，使該信號過電容C615，最后留下純交流信號。
這些信號是通過對R，S，T相的有功功率求和后形成的那些信號。并且它們通過反相放大端兩次，即通過運算IC U61和OP放大器U62，結(jié)果其相位與輸入信號的相位相同。
三組R，S和T無功信號通過電阻R621，R622和R623供給算術(shù)運算IC U63的反相輸入端(-)。此外，在算術(shù)運算IC U63的輸出端和反相輸入端(-)之間連接有電阻R625，使算術(shù)運算IC U63的同相輸入端(+)經(jīng)電阻R624到地之間連接，從而使IC U63起到加法器的作用。
這樣，算術(shù)運算IC U63的輸出信號通過電阻R626供給OP放大器U64的反相輸入端(-)。另外，為穩(wěn)定電路，OP放大器U64的同相輸入端(+)通過電阻R628接地。此外，從OP放大器U64的輸出端經(jīng)電阻VR621和R628到OP放大器U64的反相輸入端(-)形成一反饋回路，這樣，OP放大器U64將作為放大器使用。放大電平隨R626與R628+VR621的比率變化，放大電平通過改變VR621來調(diào)節(jié)。
OP放大器U64的輸出信號經(jīng)電阻R629和R630的分壓后，經(jīng)過電容C625，最終輸出信號的純交流分量。
這些信號為R，S，T相的無功功率相加后的信號，這些信號通過反相端兩次，即算述運算IC U63和OP放大器U64，這樣它們的相位與輸入信號同相。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的光電式DM的有效值轉(zhuǎn)換電路，該電路將具有絕對值的信號中絕對值轉(zhuǎn)換成有效值。
該電路用以獲得輸入電壓的有功和無功功率的正弦波的有效值。
信號供給算術(shù)運算IC(AD536)U71的一端Vin，電容分別與+12V電源端和Cav端相連接。
電壓供給RL端，將此電壓經(jīng)電阻R73，VR71，R74，R71和R72分壓，用可變電阻VR71調(diào)節(jié)。進行這樣的調(diào)節(jié)，以便使輸出在無信號時電位為零。
供給上述的各連接的電壓經(jīng)過下述處理。即，絕對值取自算術(shù)運算ICU71，然后，進行乘方和被一個反饋輸出除。其后，用濾波器對這些結(jié)果取平均，便得到有效值。
圖9示出根據(jù)本發(fā)明的光電式DM和電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路，該電路產(chǎn)生相應(yīng)于該電壓頻率的脈沖。
按照本發(fā)明的電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路包括一個用于對輸入信號進行積分和將積分結(jié)果與參考值進行電壓比較以便將它們變換成相應(yīng)頻率的信號的電壓-頻率變換器80；一個用來使電壓-頻率變換器U80的輸出信號經(jīng)多級分頻以便使分頻后的頻率信號具有確定頻率的分頻單元；以及一個用來電隔離分頻單元的輸出脈沖信號，以便將它們送到積分部分單元和顯示電路的脈沖傳輸部分。
首先，輸入信號被電阻R81和電容C81積分后，供給電壓-頻率變換器(LM331)U80的Vin端。+12V電源經(jīng)電阻R82，VR81，R83，R84和R85分壓，并經(jīng)電容C82，C83和C84加以穩(wěn)定，其次，被可變電阻VR81校準以便供給Vb端作為參考電壓。
這樣，電壓-頻率變換器U80把Vin端的正電壓與Vb端的參考電壓進行比較，從而可使輸出的信號頻率與Vin端的輸入電壓成正比。
這樣獲得的頻率信號脈沖的高度通過電阻R88和齊納二極管ZD81而成為5V，再經(jīng)U91，U92，U93，U94分頻，借此給出最后的脈沖輸出。
為了使這些脈沖與積分值電隔離，將這些脈沖分壓后，供給晶體管Q91的基極。同時，+5V的電位通過電阻R93和光偶合器U95的LED正極，負極，以及晶體管Q91的集電極和它的發(fā)射極接地。這樣，光偶合器U95的LED按照脈沖發(fā)出閃爍光。
這樣，作為一個光偶合器U95的光接收器的光電晶體管被激發(fā)，于是產(chǎn)生隔離的脈沖輸出。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明光電式DM的電源電路，該電路給各個電路供電。
如圖10所示，電源電路100給各個組件供電，它包括一個用于在電源故障時提供數(shù)秒鐘電源的儲電池；和一個用來控制儲電池的充電/放電備用電路。
當電源供給輸入端時，諧波被接地的電容C1和C2濾掉。另外，尖峰噪聲和過電壓被電容C3削減，而各種電源噪聲被噪聲濾波器101濾去。
經(jīng)噪聲濾波器101濾波后的電源降至全波13V和6V。
降低后的電源經(jīng)二極管D1-D4和D5-D8的全波整流，并且經(jīng)過電容C6，C7，C8和C9加以穩(wěn)定之后成為類似直流電流的脈動電流。
而后，使它們經(jīng)調(diào)節(jié)器U1，U2和U3后成為穩(wěn)定的+12V，-12V和+5V的直流電源。該直流電源再經(jīng)電容C10，C11和C12穩(wěn)定，并防止調(diào)節(jié)器U1，U2和U3產(chǎn)生寄生振蕩。
這些+12V，-12V和+5V的電源分別供給需穩(wěn)定電源的各個內(nèi)部電路。
+5V的電源經(jīng)二極管D11供給dc/dc轉(zhuǎn)換器105，以便進一步對其進行穩(wěn)定，而后，供給積分和顯示電路90。
同時，備用電池部分104接收穩(wěn)定后的+5V電源來監(jiān)視故障，并在電源故障期間將儲電池BAT的電能供給dc/dc轉(zhuǎn)換器105。
在穩(wěn)定的+5V電源經(jīng)過二極管D10后，備用電池部分104由電阻R1和電容C13來充電。充電后的電源供給晶體管Q1的基極。繼電器REL1由晶體管Q1控制，通過繼電器REL1的閉合，電池BAT的電能通過二極管D13供給dc/dc轉(zhuǎn)換器105。
這樣，已充入電容C13的電平接通晶體管Q1以便接通繼電器REL1。通過繼電器的閉合，電池BAT的電能供給dc/dc轉(zhuǎn)換器105。在平時，電池BAT靠通過電阻R2的有限電流充電。
這樣，晶體管Q1被通過電阻R1流入電容C13的電流充電電平而使接通，因此，繼電器REL1在電源故障時能保持接通，以便使電池BAT的電能可以供給dc/dc轉(zhuǎn)換器105。結(jié)果，使供給積分電路100的電源維持數(shù)秒時間。這樣，積分和顯示電路90可在電源故障期間存儲計算數(shù)據(jù)到當前時刻。
根據(jù)上面所描述的本發(fā)明，該光MOF檢測電流和電壓，并與DM相連接。因此，不需單獨的隔離器件，就可免受線路噪聲的影響，于是可實現(xiàn)可靠的算術(shù)運算和積分運算。
權(quán)利要求
1.一種采用光學測量裝置的光電式用電量計量表，包括用于驅(qū)動光發(fā)射器的光發(fā)射器驅(qū)動電路，該光發(fā)射器通過光纖將光束送到已開發(fā)出的光學測量裝置(MOF)；用于通過光纖從該MOF接收調(diào)制后的光電壓和電流信號以便將它們轉(zhuǎn)換成電信號的光接收器和光接收電路；用于對該光接收電路的轉(zhuǎn)換的電壓和電流信號進行調(diào)節(jié)，以便使波的中心點位于零電位點的零點調(diào)節(jié)電路；用來將該零點調(diào)節(jié)電路的輸出電壓和電流信號相乘以形成功率信號的乘法電路；用于分離該相乘電路的功率信號為有功功率和無功功率的有功/無功功率分離電路；用于對相應(yīng)各相的有功/無功功率分離電路的有功功率和無功功率求和的功率求和電路；用于將該功率求和電路的有功功率和無功功率的絕對值轉(zhuǎn)換成有效值的有效值轉(zhuǎn)換電路；用于相應(yīng)于該有效值轉(zhuǎn)換電路的輸出，產(chǎn)生頻率脈沖的電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路；用于算術(shù)運算和積分該電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路的脈沖信號和用于存儲和顯示積分數(shù)據(jù)的積分和顯示電路；以及用于供給上述電路電能的電源電路，該電路還包括一用于在電源故障時保證存儲數(shù)據(jù)操作時間的備用電池電路。
2.如權(quán)利要求1所述的光電式用電量測量表，其中該光發(fā)射器和其驅(qū)動電路包括總數(shù)為六的光源和驅(qū)動電路，其中三個用于電壓，三個用于電流；并且該光接收器及其驅(qū)動電路也包括總數(shù)為六的光接收器和驅(qū)動電路，其中三個用于電壓，三個用于電流。
3.如權(quán)利要求1所述的光電式用電量測量表，其中該自動調(diào)零電路包括用于放大該光接收電路的輸出信號的前置放大級；用于穩(wěn)定放大信號和除去諧波噪聲的濾波器；用于對該濾波器的信號積分和檢測直流分量的直流信號檢測單元；用于微分該濾波器的信號以去掉直流分量和僅檢測交流部分的交流信號檢測單元；用于將交流信號分量除以直流信號分量的零點算術(shù)運算IC，以便在不管直流分量大小的情況下來獲得總是交替地過零電位的交流信號；以及用于在輸出前對該零點算術(shù)運算IC輸出的信號進行放大和濾波的放大和輸出單元。
4.如權(quán)利要求1所述的光電式用電量測量表，其中該有功/無功功率分離電路包括用于從該算術(shù)運算電路接收信號波后分離偏置到正側(cè)過零點的信號的有功功率分離單元，以及用于從該算術(shù)運算電路接收信號波后分離偏置到負側(cè)的過零點信號的無功功率分離單元，上述兩單元形成一組用于輸出過零點電位點的交流信號波的一組單元，以及其中該有功/無功功率分離電路包括三組所述的單元。
5.如權(quán)利要求1所述的光電式用電量測量表，其中該電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路包括用于對輸入信號積分和將積分結(jié)果與參考值電壓比較以便將它們轉(zhuǎn)換成相關(guān)頻率的信號的電壓-頻率變換器；用于對該電壓-頻率變換器的輸出信號進行多級分頻以便使分頻后的信號具有一確定的頻率的分頻單元，以及用于將該分頻單元的輸出脈沖信號進行電隔離，以便將它們送到該積分單元和該顯示電路的脈沖傳輸單元。
6.一種使用光學測量裝置(MOF)的光電式用電量測量表，包括光源和具有光MOF的光接收器，該光MOF用于通過光CT和光PT檢測的三相電流和電壓，該光CT和該光PT與該光MOF和若干條光纖相連，該光PT產(chǎn)生光束并使該光束射向所說的光MOF，該光CT用于從該光MOF接收調(diào)制的光束并把它們轉(zhuǎn)換成電流和電壓信號；用于計算功率值以便獲得有功功率和無功功率的信號處理單元；積分和顯示單元，該單元用于積分計算的功率值，以便在每個時間間隔顯示該功率值，以及用于計算相應(yīng)于每個設(shè)定時間的用電量，并進行處理、存儲和顯示，將該功率數(shù)據(jù)存在EEPROM中，以及具有備用電池的電源供給裝置，可用于在電源發(fā)生故障期間為在一定時期內(nèi)存儲數(shù)據(jù)提供電能。
全文摘要
一種使用了光學計量裝置(MOF)的光電式用電量計量表。包括光發(fā)射器驅(qū)動電路；光接收器驅(qū)動電路；調(diào)零電路；乘法電路；有功/無功功率分離電路；功率求和電路；有效值轉(zhuǎn)換電路；電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路；積分和顯示電路；以及一個電源電路。在該用電量計量表中，不需單獨的隔離設(shè)備，并且該用電量計量表可以對相應(yīng)的值進行可靠的算術(shù)運算和積分。
文檔編號G01R21/133GK1151527SQ9611327
公開日1997年6月11日 申請日期1996年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月30日
發(fā)明者李元彬, 曹洪根, 宋正茂, 金堯喜, 金永洙 申請人:韓國電力公司