全光纖電流互感器信號檢測系統(tǒng)的研究與實現(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、測量范圍大等優(yōu)點，具有良好的市場與廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文針對閉環(huán)干涉式全光纖電流互感器輸出信號的特點，設(shè)計了以單片F(xiàn)PGA為核心的信號檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括硬件電路與基于FPGA的軟件實現(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、自動增益控制以及AD、DA轉(zhuǎn)換；軟件實現(xiàn)主要包括時序控制、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）信號分析與模擬。使用Matlab對全光纖電流互感器輸出信號進(jìn)行模擬，驗證了數(shù)字梳狀濾波器對有用信號的提取、模擬開關(guān)對尖峰脈沖的剪切的可行性；使用Multisim搭建信號模擬器，用于硬件電路仿真調(diào)試。
　　2）硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)。設(shè)計了低噪聲I/V轉(zhuǎn)換電路，設(shè)計時引入接地保護(hù)環(huán)實現(xiàn)了引腳間

3、漏電流的減?。辉O(shè)計了尖峰脈沖剪切電路，實現(xiàn)對尖峰脈沖的剪切；設(shè)計了交直流分離電路，實現(xiàn)對交直流分量分別進(jìn)行放大并為兩分量間的除法運(yùn)算做準(zhǔn)備；設(shè)計了數(shù)字中頻峰值檢測電路并應(yīng)用于具有精密放大倍數(shù)的自動增益控制電路中，實現(xiàn)了對系統(tǒng)的輸入動態(tài)范圍與檢測精度的提高；設(shè)計了時鐘消抖電路，實現(xiàn)了FPGA輸出的時鐘邊沿抖動對數(shù)據(jù)采集影響的消除。
　　3）系統(tǒng)的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)。設(shè)計了時序控制單元實現(xiàn)了系統(tǒng)各個模塊的時序同步與控制；設(shè)計了方波與數(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)計了兩個除法器分別實現(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，實現(xiàn)了系統(tǒng)的檢測結(jié)果直接為電流的值。
　　對系統(tǒng)的各個模塊進(jìn)行測試可知，前置預(yù)處理電路實現(xiàn)了對信號的調(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)輸入信號在較大動態(tài)范圍內(nèi)將輸出信號峰峰值穩(wěn)定在2±0