光电传感器在变电站通信控制系统中的应用分析研究 电子通信技术专业.docx

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1、光电传感器在变电站通信控制系统中的应用摘要随着光电传感器技术的不断成熟，其在变电站自动化系统中的实用化成为研究的重点。本文在分析了光电传感器性能特点的基础上，从通信方式和通信系统结构的影响两个方面阐述了光电传感器的应用对变电站通信控制系统的影响。并结合我国变电站自动化系统的现状，重点探讨了光电传感器在变电站自动化系统中的应用方法和步骤：利用仪用传感器单元实现光电传感器与通信网络的接口；根据通信技术的发展状况和变电站的应用需求，光电传感器的接入方式可以分为三种不同的形式。光电传感器作为新型的电子式互感器，其应用将对变电站自动化系统产生深远的影响。关键词：光电传感器；变电站自动化系统；光电接口；网

2、络通信摘要I引言11光电传感器的介绍21.1 光电传感器的概述21.2 光电传感器的原理21.3 光电传感器的性能和特点32光电传感器的应用范围52.1 光源本身是被测物的应用实例52.1.1 红外线辐射温度计52.1.2 热释电传感器在人体检测、报警中的应用92.2 被测物吸收光通量的应用实例152.3 被测物体反射光通量的应用实例172.4 被测物遮挡光通量的应用实例233光电传感器的应用对变电站通讯系统的影响253.1 直接改变变电站通讯系统的通信方式253.2 对通信系统结构的影响264光电传感器在变电站自动化系统中的应用274.1 兼容传统互感器，点对点通信和过程总线相结合阶段274

3、.2 过程总线共享传感器数据阶段284.3 过程总线和站级总线统一，全站共享数据阶段28结论29致谢错误!未定义书签。参考文献31光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。光电传感器作为一种新型的电压电流测

4、量装置，与传统电磁式互感器相比较，具有绝缘强度高、动态范围大、频带宽、抗干扰能力强、不会产生磁饱和及铁磁谐振、体积小、重量轻、造价低等一系列优点。自20世纪60年代以来，光电传感器经历了原理性研究、试验样机和现场挂网运行等阶段。目前国外已经有部分实用化产品投入市场，但真正得到大规模的应用还有一个过程，而且国内变电站自动化系统的应用水平不一，如何让光电传感器在变电站自动化系统中得到应用并提高变电站自动化系统的水平，成为光电传感器研究的重点。变电站通信控制系统是变电站自动化系统的重要组成部分，其技术水平直接关系到变电站自动化系统的性能。随着电子技术和通信技术的飞速发展，变电站通信系统也经历了集中式

5、、功能分布式和分散分布式等阶段。而通信系统的发展变化总是与变电站的测控、保护装置的发展变化相适应的。随着光电传感器在变电站中的应用，将对变电站通信控制系统产生深远的影响，并提高其自动化应用水平。1光电传感器的介绍1.1 光电传感器的概述光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换

6、的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。1.2 光电传感器的原理由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是

7、多种多样的,按光电元件（光学测控系统）输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法可分为透射（吸收）式,漫反射式,遮光式（光束阻档）三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射到光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关。光敏二极

8、管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时,它与普通二极管一样，反向电流很小（VµA）,称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号

9、放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=(l+)Icbo(很小)，比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子空穴对，使得基极产生的电流Ib增大,此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流IC=(l)Ib,可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。1.3 光电传感器的性能和特点光电传感器(C)PtiCElectricTranSdUCer,0ET)根据传感头

10、设计原理的不同可以分为有源型光电传感器(ACtiVeoET,AOET)和无源型光电传感器(PaSSiVeOET,POET)两种。前者在高压端采用新型传感头得到性能优越的电信号，利用光电转换为数字信号传输到低压端；后者主要是利用Faraday磁光效应(电流传感器)和Pockels电光效应(电压传感器)调制光信号，传感过程中不涉及电信号。虽然Ae)ET和Pc)ET的传感原理差别很大，但传感特性和输出接口却存在很多的共同性，主要体现在以下几个方面：1暂态响应范围宽，谐波测量能力强暂态特性的优劣是判断一种互感器能否在电力系统中获得应用的一个重要参数，特别是与继电保护动作时间的配合。传统电磁式互感器由于

11、存在铁芯，对高频信号的响应特性较差，不能正确反映一次侧的暂态过程。而光电互感器传测量的频率范围主要由电子线路部分决定，没有铁芯饱和的问题，因此能够准确反映一次侧的暂态过程。一般可设计到0.1HZ至UlMHz,特殊的可设计到200MHZ的带通。光电传感器的结构可以测量高压电力线路上的谐波。而电磁感应互感器是难以达到的。2数字接口，通信能力强由于光电传感器下传的就是光数字信号，与通信网络容易接口，旦传输过程中没有测量误差。同时随着微机化的保护控制设备的广泛采用，光电互感器可以直接向二次设备提供数字量，这样就能省去原来保护装置中的变换器和A/D采样部分，使二次设备得到大大的简化，推动保护新原理的研究

12、。3体积小，重量轻、易升级，满足变电站小型化与紧凑型的要求由于光电传感器是靠传感头和电子线路进行信号的获取和处理，体积小，重量一般在I(MX)kg以下，便于集成在AlS或GIS中，这样将大大减少变电站的占地面积，满足变电站小型化和紧凑化的要求。同时光电互感器通过少量光缆与二次设备连接，可使电缆沟和电缆大为减少。如果间隔内的控制和保护等设备下放开关柜，将使变电站布置更紧凑。提高安全运行水平，经济效益显著。光电互感器还具有绝缘结构简单，绝缘性能好，造价低；不存在铁磁谐振问题；不存在CT二次开路、PT二次短路问题，以及不存在易燃、易爆危险等优点。但上面介绍的3个主要方面直接影响着变电站通信控制系统的

13、通讯方式和系统结构，将对变电站自动化系统的发展有着重要影响。2光电传感器的应用范围烟尘浊度监测仪。防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。光电池在光电检测和自动控制方面的应用光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压；光电转换效率高，光谱

14、范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。2.1 光源本身是被测物的应用实例光的照度E的单位是IX（勒克斯），它是常用的光度学单位之一，它表示受照物体被照亮程度的物理量，可以用照度计来测量。光电池（外加柔光罩）光电池也叫太阳能电池，直接把太阳光转变成电。因此光电池的特点是能够把地球从太阳辐射中吸收的大量光能转化换成电能。光电池是一种特殊的半导体二极管，能将可见光转化为直流电。有的光电池还可以将红外光和紫外光转化为直流电。光电池是太阳能电力系统内部的一个组成部分，太阳能电力系统在替代现在的电力能源方面正有

15、着越来越重要的地位。2.1.1 红外线辐射温度计1 .红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计外形激光仅用于瞄准a红外线辐射温度计外形b红外线辐射温度计用于食品温度测量红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围可以从-3OC3OOrC,中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。红外线辐射温度计2 .在非接触体温测量中的应用红外线辐射温度计用于人体额温测量红外测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。近20年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列，并备有各种选件和计算机软件，每一系列中又有各种型号及规格。3 .红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用采用红外成像检测技术可以对正在运行的设备进行非接触检测，拍摄其温度场的分布、测量任何部位的温度值，据此对各种外部及内部故障进行诊断，具有实时、遥测、直观和定量测温等优点，用来检测发电厂、变电所和输电线路的运转设备和带电设备非常方便、有效。利用物（冷藏牛奶和面食）- p I I I