全光纖電流互感器信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、全光纖電流互感器（AFOCS，All Fiber optic current sensor）是一種基于法拉第磁光效應(yīng)的用于電流測(cè)量或繼電保護(hù)的新型裝置，因其抗干擾能力強(qiáng)、絕緣性能好、測(cè)量范圍大等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的市場(chǎng)與廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文針對(duì)閉環(huán)干涉式全光纖電流互感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以單片F(xiàn)PGA為核心的信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括硬件電路與基于FPGA的軟件實(shí)現(xiàn)，硬件電路主要包括I/V轉(zhuǎn)換、固定放大、尖峰脈沖剪切、交直流分

2、離、自動(dòng)增益控制以及AD、DA轉(zhuǎn)換；軟件實(shí)現(xiàn)主要包括時(shí)序控制、方波與階梯波生成、相關(guān)解調(diào)及除法器。
　　本文主要研究內(nèi)容有：
　　1）信號(hào)分析與模擬。使用Matlab對(duì)全光纖電流互感器輸出信號(hào)進(jìn)行模擬，驗(yàn)證了數(shù)字梳狀濾波器對(duì)有用信號(hào)的提取、模擬開關(guān)對(duì)尖峰脈沖的剪切的可行性；使用Multisim搭建信號(hào)模擬器，用于硬件電路仿真調(diào)試。
　　2）硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)了低噪聲I/V轉(zhuǎn)換電路，設(shè)計(jì)時(shí)引入接地保護(hù)環(huán)實(shí)現(xiàn)了引腳間

3、漏電流的減小；設(shè)計(jì)了尖峰脈沖剪切電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)尖峰脈沖的剪切；設(shè)計(jì)了交直流分離電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)交直流分量分別進(jìn)行放大并為兩分量間的除法運(yùn)算做準(zhǔn)備；設(shè)計(jì)了數(shù)字中頻峰值檢測(cè)電路并應(yīng)用于具有精密放大倍數(shù)的自動(dòng)增益控制電路中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的輸入動(dòng)態(tài)范圍與檢測(cè)精度的提高；設(shè)計(jì)了時(shí)鐘消抖電路，實(shí)現(xiàn)了FPGA輸出的時(shí)鐘邊沿抖動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)采集影響的消除。
　　3）系統(tǒng)的FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)了時(shí)序控制單元實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各個(gè)模塊的時(shí)序同步與控制；設(shè)計(jì)了方波與數(shù)

4、字階梯波生成單元，并將兩者疊加后再輸出給DA，實(shí)現(xiàn)了方波與階梯波相位的嚴(yán)格同步并降低系統(tǒng)的復(fù)雜度；設(shè)計(jì)了兩個(gè)除法器分別實(shí)現(xiàn)交直流分量的除法運(yùn)算以及Faraday相移與比例系數(shù)的除法運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果直接為電流的值。
　　對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行測(cè)試可知，前置預(yù)處理電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的調(diào)理，有效去除了因調(diào)制產(chǎn)生的尖峰脈沖；改進(jìn)自動(dòng)增益控制電路后，電源噪聲降低了24倍，并且能夠?qū)崿F(xiàn)輸入信號(hào)在較大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)將輸出信號(hào)峰峰值穩(wěn)定在2±0