FPGA控制的全光纤电流互感器信号检测与控制系统

"全光纤电流互感器控制电路设计，通过单片FPGA实现信号检测与控制，具有高测量准确度，适用于电力电网需求。" 全光纤电流互感器是一种先进的电流测量技术，它克服了传统电磁式电流互感器在高压和特高压环境下的绝缘难题以及磁饱和导致的精度降低问题。在智能电网和特高压电网中，全光纤电流互感器因其高精度、低失真和抗电磁干扰的优势，成为重要的电流检测设备。 本文的核心在于采用FPGA（现场可编程门阵列）作为控制核心来设计全光纤电流互感器的信号检测与控制硬件电路。FPGA的优势在于其灵活性和高速处理能力，能够满足系统对实时性和精度的严格要求。控制电路的设计中，FPGA不仅负责数据处理，还承担了时序控制的关键任务，确保各个模块间操作的精确同步。 信号检测与控制电路的整体架构包括前端的光纤传感头、光电探测器、隔直、放大、滤波、A/D转换、FPGA处理单元、D/A转换以及相位调制器。光纤传感头捕捉到的相位差信息转化为光信号，经光电探测器转化为电信号。此电信号经过前置放大及滤波电路，增强信号并去除噪声，随后通过A/D转换器转变为数字信号，进入FPGA进行解调、积分和滤波处理。 在FPGA内部，阶梯波生成算法根据处理后的数据计算出阶梯波的台阶高度，这个高度与待测电流大小成正比。阶梯波与调制方波在时序控制单元的协调下叠加，由D/A转换器输出模拟电压波形，驱动相位调制器，实现电流测量的闭环反馈。同时，阶梯波台阶高度数据通过UART发送至控制计算机，上层软件可以进一步计算得到实际的电流值。 系统的时序控制是整个设计中的关键环节，要求A/D采集、数字阶梯波反馈、数据输出等环节与方波调制严格同步。这确保了系统在100 A到4 000 A的额定一次电流范围内，能够保持0.2 S级的测量准确度，满足电力电网的高标准要求。 总结来说，全光纤电流互感器通过FPGA为核心的控制电路，实现了高效、精准的电流检测，为电力系统的安全运行提供了可靠保障。其设计中融合了先进的光学传感技术、数字信号处理和精确的时序控制，充分展示了现代电力测量技术的创新和发展。