發(fā)布時間：2017-06-30 06:18

  本文關(guān)鍵詞：全光纖電流互感器信號檢測系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：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的新型裝置,因其抗干擾能力強、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)計時引入接地保護環(huán)實現(xiàn)了引腳間漏電流的減小;設(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)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算以及Faraday相移與比例系數(shù)的除法運算,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±0.2V的設(shè)計指標(biāo)。系統(tǒng)實際測得的被電流調(diào)制的方波幅值大小比較接近理論算得的方波幅值,且在待測電流較小時,系統(tǒng)的相對誤差較大,在待測電流較大時,系統(tǒng)的相對誤差較小,較好的完成了系統(tǒng)設(shè)計。
【關(guān)鍵詞】：光纖電流互感器 閉環(huán)檢測 FPGA 自動增益控制
【學(xué)位授予單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN911.23;TM452
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 課題背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容13-16
• 第二章 光纖電流互感器信號檢測理論及分析16-26
• 2.1 全光纖電流互感器的工作原理16-18
• 2.2 全光纖電流互感器閉環(huán)檢測原理18-23
• 2.2.1 方波調(diào)制21
• 2.2.2 數(shù)字階梯波反饋調(diào)制21-23
• 2.3 全光纖電流互感器輸出信號的特點23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 光纖電流互感器信號模擬及處理26-36
• 3.1 互感器輸出信號模擬26-32
• 3.2 前置預(yù)處理模塊32-35
• 3.2.1 I/V轉(zhuǎn)換及放大模塊33
• 3.2.2 尖峰脈沖剪切模塊33-35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 第四章 信號檢測系統(tǒng)設(shè)計36-66
• 4.1 信號檢測系統(tǒng)總體設(shè)計方案36-38
• 4.2 硬件電路設(shè)計38-59
• 4.2.1 I/V轉(zhuǎn)換電路38-41
• 4.2.2 固定放大電路41
• 4.2.3 尖峰脈沖剪切電路41-44
• 4.2.4 交直流分離電路44-47
• 4.2.5 自動增益控制電路47-54
• 4.2.5.1 低噪前置程控放大電路49-52
• 4.2.5.2 峰值檢測52-54
• 4.2.6 A/D轉(zhuǎn)換電路54-56
• 4.2.7 D/A轉(zhuǎn)換電路56-57
• 4.2.8 印制電路板設(shè)計57-59
• 4.3 系統(tǒng)的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)59-64
• 4.3.1 時序控制單元設(shè)計61-62
• 4.3.2 方波與階梯波生成單元設(shè)計62
• 4.3.3 相關(guān)解調(diào)單元設(shè)計62-63
• 4.3.4 除法單元設(shè)計63-64
• 4.4 本章小結(jié)64-66
• 第五章 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析66-73
• 5.1 系統(tǒng)測試方案66-67
• 5.2 系統(tǒng)測試結(jié)果67-72
• 5.2.1 自動增益控制電路測試67-69
• 5.2.2 尖峰脈沖剪切電路測試69-71
• 5.2.3 系統(tǒng)總體測試71-72
• 5.3 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-75
• 參考文獻(xiàn)75-78
• 致謝78-79
• 附錄A（攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文）79

【相似文獻(xiàn)】

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