Устройство для передачи и приема световых сигналов

Устройство для передачи и приема световых сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ., АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советекмн

Соцналнетнчвскнн

Республик о955165 (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 09. 01. 80 (21) 2868282/18-24 (51jNL. Кл. а 08 С 23Ф00 с присоединением заявки М

3Ъоударсткккый коинтет

СССР по долам иэабретеннй н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30. 08. 82 ° Бюллетень М 32

Дата опубликования описания 30.08.82 (53 ) УД К 621. 398 (088. 8) (72) Авторы кзобретення

В,И.Еремин, B,С.Горшков, Е.Ф.Данькин и В.Д":Вербицкий

1";:.. (7l ) Заявитель (4} УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА

СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к систе- . мам световых сигналов управления, в частности в высоковольтной преобразовательной технике, а именно к системам светового управления высоковольтными тиристорными вентиля5 ми (ВТВ) преобразовательных мостов электропередач постоянного тока высокого напряженив.

Известно., что для передачи сигналов управления ВТВ с потенциала земли на высокий потенциал к каждому модулю или к каждой силовой тиристорной ячейке используются различные системы светового управления. 15

Известна световая система помодульного управления тиристорными блоками, содержащая резервированные с необходимой кратностью источники и приемники излучения, линзовую систе- ео му и высоковольтный .распределительный волоконный световод коллекторного типа, торцы жгутов которого сопряжены с приемниками излучения. Излучение источников фокусируется опти- ческой системой на входное отверстие концентрирующего устройства, соединенного со световодом коллекторного типа, находящимся на высоковольтном тиристорном блоке и разводится жгутами световода по фотоячейкам каждого модуля блока. Цель этого изобретения - увеличение надежности, изоляционной прочности и КПД системы (1 ).

Наряду с положительными качествами система подвержена, влиянию запыленности открытых элементов оптики.

Не исключено влияние параэитных засветок. Возможно нарушение юстировки оптической системы под действи.ем вибраций или механических воздействий. Эти факторы могут привести к нарушению работоспособности или к отказу системы. Кроме того, в процессе монтажа системы. требуется протедение взаимной отттической юстиров»

<и компонентов систем& как на потен

В 95516 циале земли так и на потенциале ВТВ, а также требуется проведение ревизий по проверке сохранности юстировки. Все это связано с затратами на обслу>нивание. В системе не решается вопрос о равномерности распределения светового сигнала по жгутам светово. да, что снижает эффективность исполь. зования источника излучения. Система конструктивно малопригодна для 10

ВТВ, выполняемых в герметичном корпусе с изоляцией жидким или газообразном диэлектриком.

Наиболе близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для передачи и приема световых сигналов, содержащее на передающей стороне источники излучения, выход каждого из которых оптически сопряжен со входом световода, на при- 0 емной стороне выходы световодов через фотоячейки соединены со входамиисполнительных .элементов, а также волокнистую матрицу, выполненную из световодов.

Известное устройство обеспечивает возможность резервирования источников и приемников излучения < 2 J.

Недостатками устройства являются слон<ность изготовления волоконной мат.

30 рицы в особенности для системь>, имеющей большое количество источников и приемников излучения, низкая равномерность деления светового сигнала от каждого источника по приемникам, так как для равномерного деления тре- 35 буется принятие специальных технических решений. по обеспечению равномерной освещенности торцов входных пучков, что во многих случаях трудно реализовать. Это, в конечном счете, d0 сни>нает надежность управления и эффективность использования источников излучения, Цель изобретения — повышение надежности устройства и расширение его функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены отра>натели в виде прозрачных пластин и блоки контроля мощности излучателя, а в оп- >О тическую линию связи включен оптический смеситель, выполненный на удлиненной призме, обеспечивающей многократное отражение световых сигналов от боковых ее граней, между выходом ы каждого источника излучения и входом световода установлен отражатель на прозрачной пластине, ось наклона

5 4 которой сопряжена с входом блока контроля мощности излучателя.

Коррус приемной стороны устройст ва заполнен жидким или газообразным диэлектриком, световод выполнен в виде стержня, а на выходном торце оптического смесителя установлен механический улавливатель. .На фиг. 1 и 2 показана схема устройства.

Устройство содержит источники 1 излучения, выполненные на оптических квантовых генераторах, волоконные световоды 2, оптический смеситель 3, световоды 4, фотоячейки >, исполнительные элементы 6, выполненные Hd высоковольтных тиристорных вы.ключателях, прозрачные пластинь> 7, .световоды 8, блоки 9 контроля мощ.ности излучателей, стержневой свето"

:вод IO, герметизирующую втулку 1, I.

На потенциале земли, например в шкафу управления, размещены дн;а источника 1 излучения оптического диапазона,.в качестве которых использованы полупроводниковые оптические квантовые генераторы (ПКГ), например, арсенидгаллиевые, работающие в импульсном режиме, Излучение ПКГ фокусируется на торцы жгутов высоковольтного стекловолоконного светово-! да 2. Световод содержит два жгута, по числу ПКГ, Сечение жгутов выбрано таким, чтобы все излучение ПКГ фокусировалось на их торце. Длина световода и его конструкция выбираются из условия обеспечения надежной электрической изоляции ВТВ, Коллектор световода может иметь круглое или квадратное сечение.

Торец коллектора световода 2 сопрягается разъемнь>м соединением с торцом оптического смесителя 3.

В качестве оптического смесителя используют одиночный световод в виде прямоугольной призмы квадратного сечения. Смеситель изготавливается из оптического стекла с высоким светопропусканием.

Боковая поверхность смесителя мо" жет быть со светоизолирующим покрытием или без него. В последнем случае она должна иметь минимальную площадь оптического контакта с защитным кожухом.

Для конкретного случая применения разработан оптический смеситель из стекла К8 с размерами 6><6><120 мм с полированными гранями. При освеще955165

5 нии входного торца этого смесителя коническим пучком света с диаметром пятна на торце 2..мм и углом при вер шине 40 > на его выходном торце независимо от положения пятна на входном 5 торце достигается однородная освещенность с неравномерностью, не превышающей 5Ф. Это свойство позволяет. испольэовать такой смеситель в предлагаемой системе управления для сло- 10 жения световых сигналов от нескольких источников и равномерного распределения их по всем приемникам.

По сравнению с волоконной матрицей, использованной в прототипе, кон- 15 струкция и технология изготовления подобного оптического смесителя значительно проще. В то же время достигается более высокая равномерность светоделения, не требуется равномер- 20 ного освещения входных торцов жгутов световода 2 и упрощаются требования, к источникам излучения и к их стыковке со световодами.

В отличие от концентратора, пред- 25 ложенного в аналоге, оптический смеситель обеспечивает гарантируемую равномерность деления светового сигнала.

Выходной торец смесителя 3 совме- 50 щается с торцом коллектора высоковольтного стекловолоконного световода 4 коллекторного типа.

Световод 4 и смеситель 3 могут быть оформлены в виде неразборной конструкции как один элемент оптической системы. При этом смеситель может быть соединен с коллектором любым способом, дающим хорошее светопропускание и механическую прочность, Световод 4 имеет количество жгутов, равное количеству фотоячеек Б в элементах б. Длина жгутов выбирается минимальной, но достаточной для разводки их к фотоячейкам. Торцы жгу 45 тов сопрягаются с оптическим входным окном фотоприбора, использованного в фотоячейке, в качестве которого может быть применен фотодиод, фототранзистор, фоторитистор и др.

Сечение жгутов световода 4, их

50 стыковка с фотоприбором и параметры

ПКГ выбираются такими, чтобы коэффициент передачи света на чувствительную площадку фотоприбора был максимальным и чтобы на выходе .жгутов могла быть обеспечена мощность излучения, достаточная для надежного управления фотоячейкой, Для обеспечения необходимой надежности фотоячейки g на каждом элементе б дублированы.

В системе предусмотрены контроль мощности излучения ПКГ, производимый с помощью прозрачной пластины

7, световода 8 и блока 9. Пластина

7 изготовляется из оптического стекла и устанавливается между ПКГ и торцом жгута световода 2 под углом к оси излучения.

Устройство работает сЛедующим образом.

Оптические квантовые генераторы

1 запускаются электрическими импульсами, поступающими на их вход от системы управления преобразовательным мостом. Эти импульсы преобразуются ПКГ в импульсы излучения оптического диапазона. Часть излучения (1-23) отра>кается пластиной 7 на то рец световода 8, по оторому поступает в блок 9 контроля. По жгутам световода 2 излучение обоих ПКГ поступает в оптический смеситель 3, который обеспечивает равномерную освещенность торца коллектора световода 4 излучением от ка>кдого ПКГ.

Благодаря этому к каждой фотоячейке 5 по одному жгуту поступает излучение по обоих ПКГ, т,е. обеспечивается дублирование оптического сигнала. ботоячейка 5 преобразует световые сигналы излучения в электрические, которые поступают в схему формирования сигналов управления для силовых тиристоров модуля.

На каждом модуле фотоячейки дублированы. Такая схема резервирования источников излучения и фотоячеек (перекрестное дублирование) позволяет обеспечить высокую надежность световой системы управления.

На фиг. 2 приведен пример выполнения системы светового управления

ВТВ с масляной изоляцией. Оптический тракт такой системы в отличие от системы, приведенной на фиг. 1, до". полняется высоковольтным жестким закуумнопрочным световодом 10 стерж" невого типа, проходящим внутрь корпуса вентиля через направляющую и герметизирующую втулку 11. Это дает . возможность реализовать герметичный ввод световода внутрь корпуса

ВТВ. Световод имеет сечение, одинаковое с торцом световода 2. На корпусе смесителя 3 устанавливает95 ся механический улавливатель, позволяющий монтировать световод 10 через направляющую и..герметизирующую втулку, 11.

Конструкция световода 10, .смесителя 3, световода 4 и фотоячеек 5 . должна быть рассчитана для работы в масле. Принцип действия этого варианта сиатемы ветового:управления аналогичен, описанному выше.

Использование предлагаемого устройства.позволяет повысить надежност светового управления вцсоковольтHblMH тиристорными вентилями за счет обеспечения необходимой кратности резервирования простыми средствами, исключения влияния засветки и запыленности, исключения возможности нарушения юстировки оптической системы, а также за счет равномерного распределения оптического сигнала по фотоячейкам. Упрощение эксплуатации системы обеспечивается исключением юстировки, увеличением периода профилактического обслуживания. Предлагаемая система передачи световых сигналов управления имеет более широкую область применения, так как может быть использована для электрических аппаратов как с воздушной, так и с масляной и элегазовой изоляцией.

Формула изобретения

1. Устройство для передачи и приема световых сигналов, содержащее

5165 . 8 на передаЬщей стороне источники излучения, выход: каждого из которых оптически сопряжен с входом световода, на приемной стороне выходы световодов через фотоячейки соединены с входами исполнительных элементов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, в уст-. ройство введены отражатели в виде о прозрачных пластин и блоки контроля мощности излучателя, а в оптическую ь. линию связи включен оптический смеситель, выполненный на удлиненной призме, обеспечивающей;многократ з ное оТражение световых сигналов от боковых ее граней, между выходом каждого источника излучения и входом световода установлен отражатель на прозрачной пластине, ось наклона которой сопряжена с входом блока контроля мощности излучателя.

2. Устройство по и. 1, о т л. ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, корпус приемной стороны устройства заполнен жидким или газообразным диэлектриком, световод выполнен в виде стержня, а на входном торце оптического смесителя установлен механический улавливатель.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 540337, кл.. H 02 P 13/16, 1972.

2. Патент США Ю 3541341, кл. 250"227, 1962 {прототип).

5 THp3N одписное

ВНИИПИ Гбсударственного коиитета,СССР. по делан изобретений и открытий

3 l3035, Москва, N-)$., Рауаская н ., д. 4/5 аказ лиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель Е. ба кеев

Редактор И. Янович Техред f., Харитончик Корректор Ю. Иакаренко