Устройство для бесконтактного измерения тока и напряжения

Устройство для бесконтактного измерения тока и напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ая> <в 1

4(5D G 01 R 15 07

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПМЙ (21) 3671688/24-21 (22) 15 ° 12.83 (46) 15.06.85. Бюл. Ф 22 (72) О.Г.Влох и А.И.Деревягин (71) Львовский ордена Ленина государственный университет им. Ив.Франко (53) 621 ° 317.7(088.8) (56) 1. Заявка Великобритании

В 1570802, кл. G 1„А, 1980.

2. Rogers А.I ° Method for

simultane ons measuremert of

curret and voltage on high—

voltage lines using optical

techniques "Proc. Inst. Elec, 8ng", 1976, 123, Н- 10, р. 957. 960., (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ», содержащее установленные друг за другом источник оптического излучения, поляризационную расщепительную приз-. .му, электрогирационный кристалл, первый анализатор, размещенный Ilo направлению распространения первого из образованных потоков света, и первый фотоприемник, выход которого соединен с входом первого измерительного усилителя, последовательно включенные второй анализатор, второй фотоприемник и второй измерительный усилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем; что, с целью упрощения и повьппения точности измерения, в него введена отражательная призма, а в качестве элтекрогирационного кристалла использован кристалл zsracca rn 3, причем отражательная призма расположена над поляризационной расщепительной призмой с возможностью пропускания через кристалл второго из образованных потоков света перпендикулярно первому, пространственная диагональ кристалла ориентирована параллельно линиям напряженности электрического поля, а второй анализатор размещен за кристаллом по направлению распространения второго потока света.

11ь1884

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в контрольно-измерительной аппаратуре высоковольтных электрических цепей. 5

Известно устройство для измерения тока и напряжения, содержащее установленные друг за другом источник оптического излучения, поляризатор, первый электрооптический 10 кристалл, первое отражающее .зеркало, вращающуюся пластину, второе отражающее зеркало, второй электрооптический кристалл, анализатор ,и фотоприемник, выход которого соединен с входом вычислительного блока, а также блок управления, функционально связанный с анализатором и вычислительным блоком (1) .

Недостатки известного устройства заключаются в значительной конструктивной сложности, обусловленной, в частности, применением одновременно двух электрооптических кристаллов, и низкой точности измерения, пред- д5 определенной большим количеством расчетных операций, выполняемых вычислительным блоком с накапливающимися погрешностями, Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для бесконтактного измерения, тока и напряжения, содержащее источ-. .ник оптического излучения, на выходе которого расположена поляризационная расщепительная призма, в каждом из двух образованных оптических каналов — установленные друг за другом электрогирационный кристалл (кристалл кваца), анализатор и фото40 приемник, выход которого соединен с входом соответствующего измери-. тельного усилителя, а также блоки суммирования и вычитания, входы которых подключены к выходам обоих

45 измерительных усилителей j2) .

В этом устройстве луч лазера расщепляется на два поляризованных потока, которые направляются на два кристалла кварца, расположенных 50 параллельно друг к другу по обе стороны от высоковольтного токонесущего проводника. При этом в одном из кристаллов поворот плоскости поляризации света равен суммарному 55 действию эффекта электрогирации и эффекта фарадея, а во втором— их разности. Лучи света, прошедшие через кристаллы, регистрируются отдельными фотоприемниками, а электронные блоки суммирования и вычитания формируют выходные сигналы, пропорциональные сумме и разности сигналов фотоприемников, т.е. пропорциональные измеряемым току и напряжению.

Однако известное устройство характеризуется конструктивной сложностью (вследствие применения двух электрогирационных кристаллов) и невысокой точностью измерения (из-за погрешностей суммирования и вычитания), Целью изобретения является упрощение измерительного устройства и повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения тока и напряжения, содержащее установленные друг за другом источник оптического излучения, поляризационную расщепительную приз:му, электрогирационный кристалл, 1 первый анализатор, размещенный по направлению распространения первого из образованных потоков света, и первый фотоприемник, выход которого соединен с входом первого измерительного усилителя, последовательно включенные второй анализатор, второй фоториемник и второй измерительный усилитель, введена отражательная призма, а в качестве электрогирационного кристалла использован кристалл класса щ 3, причем отражательная призма расположена над поляризационной расщепительной призмой с воэможностью пропускания через кристалл второго из образованных потоков света перпендикулярно первому, пространственная диагональ кристалла ориентирована параллельно линиям напряженности электрического поля, а второй анализатор размещен за кристаллом по направлению распространения второго потока света.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства для бесконтактного измерения тока и напряжения. устройство содержит установленные друг эа другом источник 1 оптического излучения (лазер), поляризационную расщепительную призму 2, электрогирационный кристалл 3 з 1 класса а 3, находящийся в магнитном и электрическом полях высоковольтного токонесущего проводника 4.и ориентированный пространственной диагональю параллельно линиям напряженности электрического поля, анализатор 5, размещенный по направлению распространения первого из образованных потоков света, и фотоприемник 6, выход которого соединен с входом измерительного усилителя 7. В состав устройства входят также отражательная призма 8, расположенная над поляризационной призмой 2 с возможностью пропускания через кристалл 3 второго из образованных потоков света перпендикулярно первому, анализатор 9, размещенный за кристаллом 3 по направлению распространения второго потока света, фотоприемник 10 и измерительный усилитель 11, последовательно включенные вслед за анализатором 9, Отражательная призма 8 изготовлена из стекла, обладающего небольшими значениями постоянной Верде, ее отражающие поверхности не вносят эллиптичности в поляризованный луч.

В качестве электрогирационного кристалла 3 могут использоваться кристаллы NH CH A1(Se04)< 12Н О, ИН СНЗА1 ($04) 2 12H 0, Pb (И05), обладающие симметрией т3.

Лазер 1, анализаторы 5 и 9, фотоприемники 6 и 10, измерительные усилители 7 и 11 размещены на значительном расстоянии от высоковольтного проводника 4, обеспечивающем безопасность персонала, проводящего измерения, и допустимый уровень высоковольтных наводок на чувствительные электронные схемы усилителей. Анализаторы 5 и 9 устанавливают в положение 50Х пропускания.

Поляризационная расшепительная призма 2, отражательная призма 8 и электрогирационный кристалл 3 выполнены как единое целое (например, склеены) и размещены в непосредственной близости от проводника 4 таким образом, чтобы пространственная диагональ кристалла 3, вдоль которой измеряется эффект электрогирации, была параллельна линиям напряженности электрического поля.

161884. 4

Устройство работает следующим образом.

Луч лазера 1 падает на поляризационную расщепительную призму 2, 5 где расщепляется на два перпендикулярно поляризованных световых потока одинаковой интенсивности, распространяющихся во взаимно перпендикулярных направлениях. Один

10 из потоков распространяется в кристалле 3 вдоль силовых линий магнитного поля, Другой поток после двухкратного отражения в отражательной призме 8 попадает на электрогираf5 ционный кристалл и распространяется в нем вдоль пространственной диагонали параллельно линиям напряженности электрического поля, т.е. перпендикулярно первому потоку. Оба

20 потока после прохождения кристалла 3 попадают на анализаторы 5 и 9, воспринимаются фотоприемниками 6 и 10, где интенсивности световых лучей преобразуются в электричес.;ие сигна25 лы, и усиливаются измерительными усилителями 7 и 11.

При проведении измерений в каждом из потоков происходит поворот плоскости поляризации света: в первом—

30 íà Y под действием эффекта Фарадея, вызванного магнитным полем измеряемого тока, во втором - на У под действием эффекта линейной электрогирации, вызванного электрическим полем измеряемого напряжения. Углы поворота плоскости поляризации связаны линейными соотношениями с измеряемыми величинами

40 где 5 — постоянная Верде, — длина кристалла в направ45 лении регистрации эффекта

Фарадея, — длина волны оптического излучения, П вЂ” показатель преломления о

S0 кристалла 3; — коэффиниент электрогирации; — длина кристалла 3 в направлении регистрации

55 эффекта электрогирации.

Таким образом, выходные сигналы усилителей 7 и 11 связаны линейными соотношениями с измеряемыми величи- .

5 1161884

80/хРВ Я

Составитель Л.Морозов

ТехредМ.Гергель Корректор Л.Бескид

Редактор М.Бандура

Заказ 3966/48 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 нами. Это обусловлено тем, что

J"HJ) - 0 @ j EJ$ = 0, .. о о измерения тока защищен от воздеиствия измеряемого напряжения и. наоборот, канал измерения напряжения защищен 5 от воздействия измеряемого тока.

Вследствие квадратичного электрооптического эффекта при наложении электрического поля вдоль пространственной диагонали кристалл 3 класса щ 3 оста 1 ется оптически изотропным, что не вносит эллиптичности в лучи света, распространяющиеся в этом кристалле.

Предложенное устройство содержит >S один электрогирационный кристалл вместо двух, используемых в известном устройстве (2), и имеет более простую схему регистрации, не требующую специальной настройки (обычные- М усилители вместо усилителей, производящих суммирование или вычитание двух входных сигналов).

Точность подобного измерения тока и напряжения оказывается более высокой, поскольку результаты раздельного измерения свободны от погрешностей, возникающих в процессе суммирования и вычитания двух сигналов.

Точность измерений оказывается выше, чем в известном устройстве (2), также за счет использования более совершенного кристалла класса п 3, поскольку данный кристалл не обладает линейным электрооптическим эффектом, квадратичной электрогирацией, естественной оптической активностью, которые в (2) накладываются на основной эффект и вносят дополнительные погрешности, особетонно при изменении температуры окружающей среды.