基于光信号的直接丈量办法

弁言

在电力继电保护体系中，相位丈量是一个常常性项目，从传统的“过零”法丈量的情况看，要丈量两个交换信号的相位角，通常的做法是将两个交换信号举行扩大、整形，成为在过零点厘革的方波，同时还要在一个回路中举行比力，进而丈量出同频信号的相位差（Δtx）这一主要参数。但是屡屡现场丈量必要接入的信号比力多，这很容易惹起接线的错误。别的，对线路举行相位丈量时有多个回路信号接入装备，倘使在现场显现接线错误，大概仪器内里通道之间的断绝显现成绩，很容易惹起回路之间的短路，招致事故产生。

基于以上情下达况，必需从原理上改动传统的丈量办法以顺应测试历程的必要。

用光信号同步的直接丈量办法和布局

本计划接纳了一种直接的丈量办法，不必要将 2 个现场交换信号引入到同一个装备，即丈量历程是分散在各个信号的回路独立举行的。这种直接的丈量办法的条件是必需有一个同步信号作为丈量基准，如此才干在各个独立回路的丈量回路之间创建起关联，以便最初丈量出Δtx 和 T0。在这里接纳的是红外光信号举行同步相位丈量的办法，使用光信号作为同步信号源，不必要在电路上的毗连干系就可以举行同步，同时还可以使用它作为数据通讯的载体。

本体系包含一个主机和几个丈量部件。主机是体系的中心局部，而丈量部件的数目取决于实践丈量的必要（比如在丈量六角图时，就应该是 6 个丈量部件），主机是由 MCS-51 系列的 AT89C51 单片机为主体的局部，边沿电路比力简便。它主要依托一个光发射器和一个光吸收器构成通讯接口，单片机的输入端颠末反相器驱动今后控制光发射器向丈量部件发射调制光信号。而单片机的输入直接与光吸收器相连，光吸收器把丈量部件发来的调制光信号举行解调，单片机则可以经过步骤识别编码信号。光发射器主要用来启动丈量历程，而光吸收器则完成主机与丈量部件之间的数据通讯。

直接丈量法的原理

主机一方面控制丈量历程，向各个丈量部件发射红外光同步信号启动丈量，另一方面各个部件完成丈量今后，经过红外光通讯将各个部件的丈量数据汇总到主机，然后举行盘算以确定被测参数，即引入三维变量的直接丈量办法代替直接丈量法。这种直接丈量办法不再必要直接丈量时差，只需创建每个参数和光同步信号之间的时间干系，再经过盘算求出时差。回路不再必要在电路上的毗连，仅仅依托一个光同步信号就可以直接地丈量到多个丈量回路参数之间的相位干系。

这种办法的优点在于：各个丈量回路不再必要参考点的毗连，回路相对独立，分散丈量各自的交换信号过零时候与光同步信号之间的时间差，以作为相位丈量的基本参数。它们之间的关联不是靠电路情势的毗连，而是依托光信号，如此就可以根绝回路之间的短路产生，别的，还可以变小仪器的连线。光信号除了作为同步信号外，还作为数据传输通道，各个丈量回路将丈量数据经过光的传输，会合在主机局部终极完成参数的数值体现。

事情历程

在一个丈量周期开头，由主机控制光发射器发射一个同步红外光信号，丈量部件的光吸收器都能在同一时候吸收到这一信号，各个丈量部件的单片时机同时启动举行各自的丈量历程，完成丈量历程后，再由各个部件的单片机依次将丈量数据传送回主机，主机单片机经过光吸收头，依次吸收到各个丈量部件的数据并汇总这些基本数据，最初经过盘算后主机就体现相应的数字值，至此完成一个丈量周期。

主机局部

第一阶段，主机光发射器发射同步光信号，启动各个丈量部件同时进入丈量形态，此时，单片机的 P3.4/T0 引脚设置为输入形态，当事情时会产生调制信号，颠末反相器 74LS04 驱动光电发送器，依照步骤的商定这个信号是表现“启动”的光信号，即经过该光信号向每个丈量部件传送开头丈量的同步信号。

第二阶段，每个丈量部件同时进入丈量，丈量完成后再由各个部件依次将丈量数据传送回主机。主机对 P3.3/INT1 引脚的脉冲举行丈量和步骤识别，颠末解码确定丈量部件所发射的信号，完成“取回数据”的事情。

丈量局部

每个丈量部件电路布局如图 1 所示，此中以 UA1（OP07）为主的局部是信号扩大器，比如在以钳形电流作为对电流信号的丈量时，输入的电信号寻常比力小，必需颠末扩大处理。而以 UA2（LM331）为主的局部则是过零比力电路，主要用于将信号转换为过零厘革的方波，这个方波的上升沿表现交换信号的过零点。在图 1 中还包含光电耦合器 SA1（TIL117），它一方面举行电路断绝，同时还将方波信号转换为 TTL 电平以便在单片机的 P3.2（INT0）上举行丈量，这个引脚设置为输入形态，使用软件很容易对方波信号的上升（或下降）沿举行丈量。与现有电路比力，其丈量局部简化了很多，传统电路是对两个回路的交换信号举行处理—即将两个信号的过零点在一个装备中举行直接比力以确定出相位差（Δtx）。而该电路不再基于对两个信号之间直接举行比力，且丈量办法也产生了很大的改动，它是接纳一个公用的光脉冲作为丈量同步信号。

丈量完成后由丈量部件单片机的 P3.4/T0 引脚输入开关量信号，颠末反相器 74LS04 驱动光电发送器，然后经过光信号向主机传送每个丈量部件的丈量数据。由于对每个丈量部件都举行了编号，各个丈量部件的事情步骤会依据本身序号依次向主机发送数据。

事情时序

图 2 形貌了举行数据通讯的时序干系，当光吸收器输入信号显现下降沿（即 Ps=0）时，表现吸收到主机的信号，上升沿到来时开头计时，并且今后的数据传送也是以这个上升沿为参照标准。丈量时间 Txi +T0i 和 Txj+T0j 不大于 40ms。关于第一个丈量部件在同步信号启动丈量今后再延时 TM1≥Txi +T0i 就可以传送数据了。为了可靠，本计划取 TM1=50ms 作为丈量历程的延长时间。设每次传送数据的时间为 TN，那么第二个丈量部件传送数据的延时就是第一个延长时间加上 TN，即：TM2= TM1+TN，后方的延时 TM 的盘算依次类推。

主时机依据这个历程在其内里存储区依次保存各个局部的丈量数据，以便厥后的盘算和体现。

结语

这种直接丈量的办法是在传统的丈量办法基本上的一种改良，光信号作为一个参照量被引入到丈量历程，依托盘算机的控制、存储、运算和处理等功效，取得终极的参数数据。由于这种办法依托光信号作为同步和数据传输，多个丈量回路不再必要在电路上的直接毗连，而是独立举行，这关于处理实践成绩来说十分有效。