Устройство для измерения напряженности электрического поля

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ, содержащее размещенный в исследуемом поле интеграЛЬно-оптический элемент,.вход которого через первый из ВОЛОКОННЫХ световодов соединен с выходом источника света, детектор излучения с фотоприемником, вход которого через второй волоконный световод подключен к выходу интегрально-оптического элемента, индикатор , вход которого соединен с выходом детектора излучения, отличающееся тем, что, с д-глью расширения диапазона и повышения точности измерения, оно снабжено третьим ВОЛОКОННЫМ световодом, в детектор излучения введены дополнительный фотоприемник и блок сравнения, интегрально-оптический элемент выполнен из сегнетоэлектрика, внутри которого образованы связанные полосковые световоды со встречно направленными оптическими осями и фиксированными начальными отклонениями показателей прелсялления в области их связи, причем вход и выход одного из полосковых световодов совмещены . с входом и упомянутым выходом интег (Л рально-оптического элемента, выход другого полоскового световода, являюцийся другим выходом интегральнооптического элемента, через третий ВОЛОКОННЫЙ световод подключен к входу дополнительного фотоприемникаf входы блока сравнения срединены с , выходами О(боих фотоприемников а егс выход совмещен с выходом детектора излучения. | 4;: а

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (19) (11) 3(51) 0 01 R 13/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К - АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3507550/1.8-21 (22) 18. 08. 82 (46 ) 07. 07. 84. Бюл. 9 25 (72 ) Б. М. Машковцев, 10. Н. Балодис и Н.П.Горбачева (71) Ленинградский электротехниче-.. ский институт связи им. проф.M.А.БончБруевича (53) 621. 317. 7 (088. 8) (56) 1. Заявка Великобритании

)) 1570802, кл. G 1 А, 1980.

2. Thacher P.D. А linear electrooptic effect in ferroele ctric cerami с s: PLZT 12/40/60. -" IE EE Trans", vol. SU-19«1972, 9 2, р. 147-156 (прототип ) . (54 ) (57 ) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ, содержащее размещенный в исследуемом поле интегрально-оптический элемент,.вход которого через первый из волоконных световодов соединен с выходом источника света, детектор излучения с фотоприемником, вход которого через второй волоконный световод подключен к выходу интегрально-оптического элемента, индикатор, вход которого соединен с выходом детектора .излучения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с ц лью расширения диапазона и повышения точности измерения, оно снабжено третьим волоконным световодом, в детектор излучения введены дополнительный фотоприемник и блок сравнения, интегрально-оптический элемент выполнен из сегнетоэлектрика, внутри которого образованы связанные полоско. вые световоды со встречно направлен- ° ными оптическими осями и фиксированными начальными отклонениями показателей преломления в области их связи, причем вход и выход одного из полосковых световодов совмещены 3 с входом и упомянутым выходом интегрально-оптического элемента, выход другого полоскового световода, являющийся другим выходом интегрально- %. оптического элемента, через третий волоконный световод подключен к вхо- ф ду дополнительного фотоприемника, входы блока сравнения срединены с, выходами обоих фотоприемников« а егс выход совмещен с выходом детектора излучения.

1101746

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено.для использования при исследовании постоянных и переменных электрических полей как в неограниченных, так и в ограниченных (замкнутых) пространствах газообразных и жидких сред, причем при различных давлениях и в широком диапазоне температур.

Известно устройство для измерения параметров электрического поля проводника c - =током, содержащее оптически связанные .и установленные друг за другом вокруг токопровода источник света, поляризатор, первый кварцевый электрооптический элемент, 15 два уголковых отражателя, второй кварцевый электрооптический элемент с кристаллическими осями, направленными противоположно осям первого электрооптического элемента, àíà- 20 лизатор и фотоприемник, выход которого подключен к входу индикатора )1).

Недостатки данного устройства свя. заны со значительной конструктивной сложностью и узкой областью практи- 25 ческого применения, ограниченной исследованием попей линий электропередач.

Наибсщее близким техническим решением к изобретению является устрой- 30 ство для измерения напряженности электрического поля, содержащее размещенный в исследуемом поле керами.ческий интегрально-оптический элемент, снабженный поляризатором, вход 35 которого через первый из волоконных световодов соединен с выходом источника света, и анализатором, выход которого подключен к входу фотоприемника детектора излучения, индикатор, вход которого соединен с выходом фотоприемника t2j .

Однако в известном устройстве пластинка электростатической керамики должна быть заключена междУ поля- 45 ризатором света и анализатором, что усложняет и удорожает конструкцию и ее изготовление, накладывает существенные ограничения на возможности миниатюризации. К размерам самой

50 керамической пластинки предьявляются противоречивые требования: увеличение толщины пластинки повышает чувствительность устройства, но одновременно увеличивает вносимые оптические потери, что лимитирует возможности 55 повышения чувствительности. Исполь" эуемый электрооптический эффект является линейным лишь в ограниченной области напряженностей поля (примерно от 20 до 20 10 В/см), что сужает 60 диапаэон измерения. Кроме того, линейному электрооптическому эффекту в керамике присущ гистереэис, что отрицательно сказывается на точности измерения. 65

Цель изобретения - расширение диа. пазона и повышение точности измерения напряженности электрического поля.

Поставленная цель достигается тем, что у строй ство для из мере ния нанряженности электрического поля, содержащее размещенный в исследуемом поле интегрально-оптический элемент, вход которого через первый из волоконных световодов соединен с выходом источника света, детектор .излучения с фотоприемником, вход которого через второй волоконный световод подклю-. чен к выходу интегрально-оптического элемента, индикатор, вход которого соединен с выходом детектора излучения, снабжено третьим волоконным световодом, в детектор излученйя введены дополнительный фотоприемник

-и блок сравнения, интегрально-оптический элемент выполнен из сегнетоэлектриха, внутри которого Образованы связанные полосковые световоды со встречно направленными оптическими осями и фикбированными начальными отклонениями, показателей преломления в области их связи, причем вход и выход одного из полосковых световодов совмещены с входом и упомянутым выходом интегрально-оптического элемента, выход другого полоскового световода, являющийся другим выходом интегрально-оптического элемента, через третий волоконный световод подключен к входу дополнительного фотоприемника, входы блока сравнения соединены с выходами обоих фотоприемников, а его выход совмещен с выходом детектора излучения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройст. ва для измерения напряженности электрического поля; на фиг. 2 — конструкция примененного интегрально-оптического элемента.

Устройство содержит источник (полупроводниковый лазерный диод) 1 света, волоконный световод 2, интегрально-оптический элемент 3 типа направленного ответвителя) со связанными полосковыми световодами 4 и 5, образованными внутри пластинки из монокристалла Ь< ТаО (подложки), волоконные световоды 6 и 7, детектор 8 излучения с фотоприемниками (фотодиодами) 9 и 10 и блоком 11 сравнения, индикатор 12. Вход интегрально-оптического элемента 3 (вход полоскового световода 5} через волоконный световод 2 соединен с выходом источника 1 света. Входы фотоприемников 9 и 10 детектора 8 излучения через волоконные световоды 6 и 7 подключены к выходам интегрально-оптического элемента 3 (выходам полосковых световодов 4 и 5) . Входы блока 11 сравне3. 1101746

Фиг.2

Составитель Л.Морозов

Редактор Н. Данкулич Техред С. Легеза- Корректор С. Шекмар

Заказ 4758/29 Тираж Ж 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

I ния детектора 8 излучения соединены с выходами фотоприемников 9 и 10. Вход индикатора 12 соединен с выходом детектора 8 излучения (выходом блока 11 сравнения). Полосковые световоды 4 и 5 интегрально-оптического элемента 3 имеют встречно-. направленные оптические оси и фиксированные начальные отклонения + Зп показателей преломления от среднего значения П в области их связи.

Устройство работает следующим образ ом.

При помещении интегрально-оптического элемента 3 в исследуемое поле оптические оси полосковых световодов 4 и 5 направлены параллельно вектору напряженности Е поля. Мощность световой, волны, излучаемой источником 1 света, по волоконному световоду 2 на вход полоскового световода 5 интегрально-оптического элемента 3 Перераспределяется по полосковым световодам 4 и 5 в области их связи в результате измерения коэффициентов преломления световодов под действием электрического поля.

Противоположная ориентация оптиче ских осей полосковых световодов 4 и5

I в области их связи обеспечивает противоположные знаки индуцированных измеряемым электрическим полем изменений показателей преломления: в одном светодиоде — увеличение, в другом - уменьшение, что предопределяет высокую чувствительность интегрально-оптического элемента 3 как датчика напряженности поля. С выходов полосковых световодов 4 и 5 перераспределенный свет по волоконным световодам 6 и 7 подводится к фотоприемникам 9 и 10 и далее на блок 11 сравнения. Выходной сигнал блока 11 сравнения подается на вход индикатора 12.

10 Расширение пределов измерения напряженности электрического поля .. (уменьшение чувствительности, загрубление датчика поля) достигается установкой интегрально-оптического 5 элемента 3 в исследуемом поле так, чтобы оптические оси полосковых световодов 4 и 5 в области их связи были направлены под углом к.вектору напряженности поля. Для удобства фиксации разных положений интегрально-оптического элемента 3 его можно смонтировать на диэлектрической державке поворотного устройства соответствующей конструкции.

Отсутствие в пре агаемом устройстве токопроводящих астей,обеспечивает минимальное ис жение исследуемого электрического поля и осуществле. ние измерения напряженности Е с повьхаенной точностью. Введение в детектор 8 излучения блока 11 сравнения позволяет устранить влияние на точность измерения колебаний интенсивности излучения источника 1 света.