Устройство для бесконтактного измерения тока и напряжения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее лазерный источник света, оптически связанный с расщепителем, в каждом из двух образованных с противоположных сторон проводника с током оптических каналов установлены друг за другом поляризатор, модулирующий электромагнитооптический кристалл , расположенный в электрическом и магнитном полях проводника с током, анализатор и фотоприемник, общие для выходных канальных цепей блок суммиг рования и блок вычитания, входы которых подключены к выходам фотоприемников , отличающееся тем, чтот с целью повышения помехозащищен ности , в него введены дополнительные модулирующие электромагнитооптические кристаллы и отражатели, причем кристаллы размещены в оптических каналах попарно симметрично по разные сторо- § ны от проводника с током, а отража (Л тели установлены в транзитных вершинах полученных контуров под углом 45 к пащакхцим и отраженным лучам.

СОКИ СОВЕТСКИХ

III

РЕСПУБЛИК,.Я „„ А цяу 0 01 R 13/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3009103/1&-21 (22) 18.11.80 (46) 30.12.83. Бюл. 9 48 (72) Б. И. Блажкевич, В. Г. Николайченко И Б. К. Казуров (71) Проектно-конструкторское бюро электрогидравлики (53) 621 ° 317 ° 7(088.8) (56) 1.- Заявка Великобритании

Р 1570802, кл. 0 01 R 15/07, 1980.

2. Оптический метод непрерывного измерения тока и напряжения высоковольтных линий. Экспресс-информация

ВИНИТИ "Контрольно-измерительная техника", М., 1977, Р 9, реф. 53, с. 4348, рис. 5. (54 )(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ SECKOHTAKTHOГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее лазерный источник света, оптически связанный с расщепителем, .в каждом из двух образованных с противоположных сторон проводника с то= ком оптических каналов установлены друг за другом поляризатор, модулирующий электромагнитооптический кристалл, расположенный в электрическом и магнитном полях проводника с током, анализатор и фотоприемник, общие для выходных канальных цепей блок сумми-, рования и блок вычитания, входы которых подключены к выходам фотоприемников, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьааения помехоэащищенности, в него введены дополнительные модулирующие электромагнитооптические кристаллы и отражатели, причем кристаллы размещены в оптических каналах попарно сюеаетрично по разные сторо- Е

С2 ны от проводника с током, а отражатели установлены s транзитных вершинах полученных контуров под углом

45 к падающим и отраженным лучам.

1064211

Изобретение относится к электрс = измерительной технике и предназначено для использования при контроле электрических параметров высоковольтных цепей в условиях воздействия мешающих электромагнитных полей.

Известно устройство для бесконтакт ного измерения тока и напряжения, содержащее оптически связанные и установленные друг за другом лазерный источник света, поляризатор, два 10 электромагнитооптических кристалла, расположенных в электрическом и магнитном полях, проводники с током по разные стороны от него, два отражателя, размещенных между кристаллами 15 под углом 90 друг к другу и под углом 45 к падающим и отраженным лучам, анализатор и фотоприемник, к выходу которого подключен вычислительный блок f1) .

Укаэанное устройство обладает высокой помехозащищенностью, однако характеризуется значительной сложностью построения вычислительного блока.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для бесконтактно го измерения тока и напряжения, содержащее лазерный источник света, оптически связанный с расщепителем, в каждом из двух образованных с противоположных сторон проводника с током оптических каналов установлены друг за другом поляризатор, модулирующий электромагнитооптический кристалл, расположенный в электрическом З5 и магнитном полях проводника с током, анализатор и фотоприемник, общие для выходных канальных цепей блок сумми-. рования и блок вычитания, входы которых подключены к выходам фотопри- 40 емников (2) ..

Недостаток известного устройства заключается в низкбй помехозащищенности. В частности, при воздействии мешающих (сторонних) электромагнит- 45 ных полей на выходной сигнал, отображающий напряжение, накладывается токов,ая составляющая помехи, а на выходной сигнал, отображающий ток потенциальная составляющая помехи.

Цель изобретения — повыШение помехоэащищенности подобного измерительного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения тока и напряжения, содержа-5 щее лазерный источник света, оптически связанный с расщепителем, в каждом из двух образованных с противоположных сторон проводника с током оптических каналов установлены друг 60 эа другом поляризатор, модулирующий электромагнитооптический кристалл, расположениый в электрическом и магнитном полях проводника с током, анализатор и фотоприемник, общие для 65 выходных канальных цепей блок суммирования и блок вычитания. входы которых подключены к выходам фотоприемников, введены дополнительные модулирующие электромагнитооптические кристаллы и отражатели, причем кристаллы размещены в оптических каналах попарно симметрично по разные стороны от проводника.с током, а отражатели установлены в транзитных Вершинах полученных контуров под углом 45 к падающим и отраженным лучам.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для бесконтактного измерения тока и напряжения.

Устройство содержит гелий-неоновый лазерный источник 1 монохроматичвского света, оптически связанный с расщепителем 2. В пеРвый из двух образованных оптических каналов входят установленные друг за другом поляризатор 3, модулирующий электромагнитооптический (кварцевый) кристалл 4, отражатель 5, кристалл 6, отражатель

7, кристалл 8, отражатель 9, кристалл 10, анализатор 11 и фотоприемник 12. Второй канал включает в себя установленные друг за другом поляризатор 13, кристалл 14, отражатель 9, кристалл 15, отражатель 7, кристалл

16, отражатель 5, кристалл 17, анализатор 18 и фотоприемник 19.

На выходах устройства предусмотрены блок 20 суммирования и блок 21 вычитания, входы которых подключены к выходам фотоприемников 12 и 19.

Кристаллы 4 и 8, 6 и 10, 14 и 16, 15 и 17 размещены в оптических каналах попарно симметрично по разные стороны от проводника 22 с током в его электрическом и магнитном полях. Отражатели 5, 7 и 9 установлены в транзитных вершинах полученных контуров под углом 45О к падающим и отраженным лучам.

Устройство работает следующим образом.

От лазерного источника 1 света луч поступает в расщепитель 2, где расщепляется на два потока света.

Эти потоки после поляризации в поляризаторах 3 и 13 проходят вокруг проводника 22 с током в противоположных направлениях соответственно череэ кристаллы и отражатели 4-5-6-7-8-9-10 и 14-9-15-7-16-5-17 и имеют линейную поляризацию, параллельную проводнику 22.

Каждый электромагнитооптический кристалл обладает одинаковым коэффициентом преломления по двум оптическим осям, отличающимся от показателя преломления по третьей оптической оси. При пропускании луча света с линейной поляризацией через кристалл с отклонением от третьей оптической оси возникают одновременно линейная

1064211 и круговая поляризации и выходной луч расщепляется на два эллиптичес ких поляризованных луча с одинаковой растянутостью эллипсов поляризации и взаимной перпендикулярностью их главных осей, В зависимости от приложенного электрического поля изменяется разность скоростей распространения для лучей с нротивоположньми направлениями поляризации и при малик углах относительно оси эффект сложения лучей на фотоприемниках 12 и 19 после прохождения анализаторов, 11 и 18 можно представить как вращение направления поляризации линейно поляризованного луча с углом = 15

= СЕ, где С вЂ” постоянная эффекта, Š— напряженность .электрического поля, 1 — длина кристалла.

На электромагнитооптические кристаллы воздействует и магнитное поле, под действием которого происходит вращение направления поляризации линейно поляризованного луча с углом ,Км = В Н 3 где  — постоянная Вердета, H — напряженность магнитного г5 поля.

Проводник 22 с током в месте расположения электромагнитооптических кристаллов создает электромагнитное поле с напряженностями Е и Н соответ ственно электрического и магнитного полей. Вращение направления поляризации для противоположно расположенных по отношению к проводнику 22 кристаллов, через которые проходит один из потоков света. составляет З5 ж = 2 (мэ Фас 4 2(KiЕ+ КгН

Для другого потока света справед- ливо 40

Мг =К Е1КгИ-К„Е+Кгй -2К Е+ЯКгЕ где К» и К вЂ” постоянные градуировки.

Выходные сигналы фотоприемников 12 и 19 соответствуют: 45

U(z -2Jp (К» Е + К Н)

-2J0 (-K где J — интенсивйость световых луО чей.

Сигнал на выходе блока 20 суммирования определяется как

U zp = U(z + Ugg = -4s; KzH, а на выходе блока вычитания 21 — как

UZ(U «2 Ukg — 4 о . При воздействии на устройство помехи с напряженностью электромагнитных полей E Нq и Е < Н для противоположно расположенных по отношению к проводнику 22 кристаллов вращение напряжения поляризации можно представить для одного потока света в виде фС„„=К,(Е+Е„)+ Кг(Н-НД К1(Е Ег Мг Н+Нг1 а для другого потока света — в виде

6(ги К (ЕФ Ед +Кг(Н-1«1-К Е-Ег1 kz(S Sг).

Тогда как для результирующего сигнала на выходе блока 20 суммирования расчетное выражение будет иметь вид

= -JpК,(4H + 2(H — Н„)), гэn а для результирующего сигнала на выходе блока вычитания, 21

Ну(= -Jy К1- (4Е + 2(Е - Е )).

Так как расстояние между проводником 22 и электромагнитооптическими кристаллами меньше, чем расстояние, до источника помех, погрешность от воздействия внешних электромагнитных полей оказывается весьма малой.

Предлагаемое устройство позволяет одновременно контролировать ток и напряжение в высоковольтных цепях при воздействии мешающих электромагнитных полей и дает воэможность размещать измерительнь и преобразователь непосредственно на проводнике с током беэ гальванической связи.

1064211

fit

Заказ 10516/46

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Л. Морозов

Редактор Л. Лежнина Техред N.Òeïåð КорРектоР Г.Реыетник