有源光纤直流电流传感器的低功耗技术研究

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随着高压直流输电技术的快速发展,对其测量设备的要求越来越高。运用光纤传感技术设计的光电传感器作为目前主要的测量设备,已经应用到实际测量中,但是高压侧电路的功耗问题,一直是这种传感器设计的重点和难点,本文将进行有源光纤直流电流传感器的低功耗技术分析和研究。本文分析比较了高压直流电流测量的方法,选用了以分流器为传感元件的测量方法,设计了以激光器为高压侧的供能电源的有源光纤直流电流传感器。在一次转换器的低功耗设计上,采用了基于V/F转换和A/D转换的两种方案,并对这两种方案提出了不同的解决方法。采用分立元件搭建V/F转换电路的设计方案,在6.5V的供电电压下,高压侧的功耗最大为0.715mW,用模拟电路来实现的一次转换器易受温度和噪音等影响,因此这种转换器不适合户外环境使用;采用集成V/F转换芯片来实现一次转换器的设计方案,以5V电源供电时,高压侧电路的最大功耗为48.6mW。由于V/F转换的方案响应速度较慢,A/D转换的方案正好能解决这个问题。本文采用内含12位AD转换器的MSP430单片机完成样机的搭建。TI公司的MSP430芯片是一款微功耗的单片机,通过低功耗外围电路和编码方式的设计,进行了数据的采集和分析。实验结果显示,该方案下,高压侧系统的功耗小于50mW,整个系统的线性度优于0.5%。本文完成了对系统硬件和软件的设计,不仅搭建了实验样机,也进行了理论上的软件仿真,对不同方案下设计的有源光纤直流电流传感器,进行了高压侧电路功耗的实验数据的分析。最后对全文的工作做出总结,提出对未来的展望。
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