AMethodforLinearizationofOpticallyInsulatedVoltageTransducers(翻译)范例.doc

光隔离电压传感器的线性化方法 摘要：——以小电压系统监测的来看，因为对新的高质量电能的需求在电网中扩散开来，测量传感器必须有越来越大的带宽和精确度。种类繁多的基于不同运作原则的电压传感器被做出来了。特别是那些基于电隔离和光隔离并具有数字通信的传感器似乎能提供精确干扰监测的合适特征。不管怎样它们也常常有着高昂的成本，所以严重的限制了它们的发展扩散。模拟信号的光隔离传感器能提供一切需求的特征值，然而它是通过非线性设备获得的。因此在本文中提出了一个低成本的电力系统用模拟信号通信的线性光隔离电压传感器的思想。这个思想是用来完成一个设计，仿真，实现被呈现的电压传感器原型。实验得出的特征显示，尽管成本低，该传感器有非常好的精确度，带宽和线性度。 关键词：——传感器，电压测量，电力系统测量，电能质量，频率响应，线性化。 介绍 随着电网中的电力电子的发展和更新换代，传导干扰越来越多的影响着电力网络的振幅和频率。作为一个测量电能和电能质量的仪器，必须满足公共分配系统的电能质量国际标准。这个国家标准致力于扩展被测量干扰的带宽上限，因为以工业工厂兼容性的角度来看传导干扰必须被明确在增大的频率范围。因此商业仪表必须面临在增大的频率范围内监测能量的质量这一问题。并且总所周知的事电能质量监测链的第一环就是电压和电流传感器。另一个监测仪器必须保证的的重要事情是电隔离，以保证操作者的安全。 因良好的电绝缘性从而在实用点安装最多的典型电压电流测量传感器通常工作在狭窄的50-400Hz频率。很显然这些限制使它们在分析高频谐波和低频简谐波成分时十分没用。 基于各种各样运作原理的其他种类的电压传感器也被开发出来了。特别是，有一些通过在传感器的输入和输出端用光传导链的手段来实现电隔离，它们都是使用光传导来传递数字信号的信息。有些被引用的文章提出了有高精确度和带宽的电压传感器是如何实现的。同时它们也以不低的成本为特点。当然作者也提出了如何做出低成本光隔离电压传感器的方法，在那些文章中，输入端的信号被转变为数字信号然后通过光传导到输出端。 在本文中则使用了另一种方法：输入端信号被转变为成正比的光信号然后通过光传导传递模拟信号。总之，因为电/光能转换是非线性的，所以描述了一个低成本的光传导线性化的方法。使用这种新的办法能观察到有明显的性能改进。此外做出来的原型机解决了测量传感器的带宽限制和误差这两个问题，并能同时保证低成本和绝缘特性。 在第二部分介绍了光隔离的线性化，在第三部分描述了这个电压传感器是如何设计的。第四部分展现了PSpice环境下的仿真。最后在第五部分做了这个电压传感器原型机的实验性试验，以在为特定目的而做的自动化测量站环境下评估它的表现。 线性化方法 众所周知，一个光信号发射器有非线性的电/光能转换特性。在能量系统应用程序中这个事实是绝对的，光传导意味着只能以数字信号频道实现电隔离。事实上无论串行还是并行的数字信号传递都是由一系列有序脉冲组成，每个脉冲只与高低电平有关，即使该频道的传播波形产生了一个失真，信息还是能保留下来。光传导频道最重要的一个参数就是与频率带宽成反比的响应时间，即响应时间越小，频带越宽，所以频道的波特率越高。 相反的，在模拟光传导频道，因为信号是与传播的波形有关，失真必须确保尽可能的最小。 这篇文章的基础理论来自控制系统理论，如果非线性系统工作在线性部分的工作点周围并插入在闭环反馈控制系统，它就能被看做一个线性系统。 问题中的案例，这个非线性系统就是光信号发射器（OT），如果它与光信号接收器（OR）配对，输入和输出电流的关系就是非线性的，因为输入电流与传递的光信号是非线性的。这种情况的一个简化的框图为图1 图 1 图 21 €1个。OT的特点：输入电流在0-30mA，最大反向电压9V，-3dB频率带宽9MHz。 为了表征OT/OR1和OT/OR2的开环电流-电流转化曲线，必须做一个自动测量站。它由PXI平台，3个6?位数和10nA的分辨率的数字万用表，1个可编程的直流电源，由它们做了很多实验。首先，以OT电流15mA作为参考电流计算了这两组的输入输出电流的比率，分别是222.38和222.48，然后使OT中的电流在10μA~30mA之间变化。 它们的值为15mA时的比率的变化，图3.b是3.a的放大。可以看出在低输出电流时变化非常大，输入电流低于1mA时变化小于5%。此外，分析曲线的形状可以明白输入输出电流时非线性的。 图 3 图 4 图 5 (VIN)连接在第一模块，是一个由电阻和电容组成的带一个可