Устройство для бесконтактного измерения силы тока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТОКА, содержащее на стороне высокого потенциала установленные последовательно по ходу световых лучей поляризатор, преобразователь силы тока в угол поворота плоскости поляризации и двухлучевой анализатор, а на стороне низкого потенциала - первьй и второй источники излучения, сопряженные с двумя индвидуальными колоконными световодами, первый из которых другим концом подключен к первому входу поляризатора, генератор частоты модуляции, первый выход которого соединен с одним из управляющих входов второго источ1шка излучения, два фотоприемника , оптически связанных через третий и четвертьм волоконные световоды с выходами , вухлучевого анализатора, два усилителя фототока с регулируемыми коэффициентами передачи , сигнальные входы которых соединены с выходами соответствующих фотоприемников , блок суммирования и блок вычитания, входы которых подключены к выходам усилители фототока, первьй дифференциальный усилитель, один из входов которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход с управляющим входом одного из усилителей фототока, второй дифференци: альньш усилитель, один из входов которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход - к управляющему входу другого усилителя фототока, первьй селективнь.й усилитель , вход .которого соединен с выходом блока вычитания, первьй синхронный детектор, один из входов кото (Л рого подключен к выходу первого селективного усилителя, а другой вход к второму выходу генератора частоты модуляции, фильтр нижних частот и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены третий дифференциальньй уси00 литель, второй селективнй усилитель и второй синхронньй детектор, а по ляризатор выполнен в виде двухлучевой о призмы, причем один из.входов третьего дифференциального усилителя САд соединен с шиной нулевого потенциала , другой вход - с выходом второго синхронного детектора, а выход с другим управляющим входом второго источника излучения, выход блока суммирования подключен к входу второго селективного усилителя и другому входу второ: о дифференциального усилителя , выход блока вычитания через фильтр нижних частот соединен с другим входом первого дифференциального усилителя, один из входов второго син

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 4(51) G 01 R 13/40- ..

1;:..

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3544420/24-21 (22) 17. 01. 83 . (46) 30.01.85, Бюл. и 4 (72) С.Ф.Глаголев, В.П.Зубков, Т.П.Казакова, Л.А.Кузнецова, Т.Г.Палей, В.Б.Архангельский и M.N.×åðBèíñкий (71) Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянного тока (53) 62 1.317.71(088.8) (56) 1. Сида Мукахино. Беспроводный трансформатор тока. — "Денки гидзюцу"

1967, т. 11, У 8, с. 23-25, рис. 6.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 1022058, кл. С 01 R 13/40, 1982. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТОКА, содержащее на стороне высокого потенциала установленные последовательно по ходу световых лучей поляризатор, преобразователь силы тока в угол поворота плоскости поляризации и двухлучевой анализатор, а на стороне

: низкого потенциала — первый и второй источники излучения, сопряженные с двумя индвидуальными волоконными световодами, первый из которых другим концом подключен к первому входу поляризатора, генератор частоты модуляции, первый выход которого сое". динен с одним иэ управляющих входов второго источника излучения, два фотоприемника, оптически связанных через третий и четвертый волоконные световоды с выходами,",вухлучевого анализатора, два усилителя фототока с регулируемыми коэффициентами передачи, сигнальные входы которых соединены с выходами соответствующих фотоприемников, блок суммирования и блок вычитания, входы которых подключены к выходам усилителй фототока, первый дифференциальный усилитель, один из входов которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход— с управляющим входом одного из усилителей фототока, второй дифференци.. альный усилитель, один из входов ко-торого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход — к управляющему входу другого усилителя фототока, первый селективньй усилитель, вход .которого соединен с выходом блока вычитания, первый синхронный детектор, один из входов кото- Е рого подключен к выходу первого селективного усилителя, а другой вход — %ФУ к второму выходу генератора частоты модуляции, фильтр нижних частот и регистрирующий прибор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены третий дифференциальный усилитель, второй сел"ктивнй усилитель и второй синхронный детектор, а поляризатор выполнен в виде двухлучевой призмы, причем один из.входов третьего дифференциального усилителя соединен с шиной нулевого потенциала, другой вход — с выходом второго синхронного детектора, а выход— с другим управляющим входом второго источника излучения, выход блока сум- файв мирования подключен к входу второго селективного усилителя и другому входу второ": о дифференциального усилителя, выход блока вычитания через фильтр нижних частот соединен с другим входом первого дифференциального усилителя, один из входов второго син! 137403 хронного детектора подключен к выходу второго селективного усилителя, а другой вход — к второму выходу генератора частоты модуляции, соединенному с управляющим входом первого

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначе-. но для использования при измерении тока высоковольтных линий электропередач постоянного и переменного на- 5 пряжений.

Известно устройство для бесконтактного измерения силы тока, содержащее источник поляризованного света, оптически связанный с преобразователем силы тока в угол поворота плоскости поляризации, двухлучевую призму, установленную на пути следования светового потока между упомянутым преобразователем и двумя фотоприемниками, !5 о выходы которых подключены к сигнальным входам соответствующих усилителей фототока, блок суммирования и блок вычитания, входы которых соединены с выходами усилителей фототока, а выходы — с первыми входами синхронных детекторов, генератор сигналов, выход которого подключен к вторым входам синхронных детекторов, дифференциальный усилитель, один из входов которого соединен с выходом источника опорного напряжения, другой вход — с выходной цепью блока суммирования, а выход — с управляющими входами обоих усилителей фототока, 30 регистрирующий прибор, вход которого через один из синхронных детекторов подключен к выходу блока вычитания (1) .

Недостаток известного устройства 35 заключается в том, что при его практическом использовании имеют место значительные аддитивная и мультипликативная погрешности измерения, обусловленные неодинаковыми чувствитель- 40 ностями фотоприемников.

Наиболее близким к изобретению является устройство для бесконтактного измерения силы тока, содержащее на стороне высокого потенциала уста- 45 источника излучения, другой конец второго волоконного световода подключен к второму входу поляризатора, а вход регистрирующего прибора..соединен с выходом первого синхронного детектора. новленные последовательно по ходу световых лучей поляризатор, преобразователь силы тока в угол поворота плоскости поляризации (ячейку Фарадея) смеситель и двухлучевой анализатор, а на стороне низкого потенциала первый и второй источники излучения, оптически связанные через первый и второй волоконные световоды со входами соответственно поляризатора и смесителя, генератор частоты модуляции, выход которого соединен с управляющим входом второго источника излучения, два фотоприемника, оптически связанных через третий и четвертый волоконные световЬды с выходами двухлучевого анализатора, два усилителя фототока с регулируемыми коэффициентами передачи, сигнальые входы которых соединены с выходайи соответствующих фотоприемников, блок cymarрования и первый блок вычитания, входы которых подключены к выходам уси" лителей фототока, первый дифференциальный усилитель, один из входов которого соединен с шиной нулевого потенциала„ а выход - с управляющим входом одного из усилителей фототока, второй дифференциальный усилитель, один из входов которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход — к управляющему входу другого усилителя фототока, селективный усилитель, вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, синхронный детектор, один из входов которого подключен к выходу селективного усилителя, другой вход — к выходу генератора частоты модуляции, а выход — к другому входу первого дифференциального усилителя, второй блок вычитания, один из входов которого через первый фильтр нижних частот, другой вход через последовательно включенз 11374 ные фильтр верхних частот, выпрямитель н второй фильт нижних частот соединены с выходом блока суммирования, а выход подключен к другому вхо— ду второго дифференциального усилителя, регистрирующий прибор, вход которого соединен с выходом первого блока вычитания (2) .

Недостатком указанного устройства является невысокая точность измерения 1р вследствие наличия в его составе специального смесителя двух лучей. Реальный смеситель, выполненный в виде полупрозрачного зеркала или светоделительного кубика, изменяет поляризацию;проходящего через него света. Неполяризованный свет, проходя смеситель, становится частично поляри зованным и из-за этого при неточной взаимной установке .анализатора и смесителя возникает мультипликативная погрешность, так как из суммарного сигнала неполностью исключается вклад от второго источника излучения; поляризация света, прошедшего ячейку

Фарадея, дополнительно изменяется при прохождении смесителя, что приводит к значительным аддитивной и мультипликативной погрешностям измерения. 30

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства для бесконтактного измерения силы тока.

Устройство содержит на стороне высокого потенциала установленные последовательно по ходу светогых лучей поляризатор 1, выполненный в виде двухлучевой призмы, преобразователь 2 силы тока в угол поворота плоскости

Цель изобретения — повышение точности измерения измерительного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного 35 измерения силы тока, содержащее на стороне высокого потенциала установ". ленные последовательно по ходу световых лучей поляризатор, преобразователь силы тока в угол поворота плос- 40 кости поляризации и двухлучевой анализатор, а на стороне низкого потенциала — первый и второй источники излучения, сопряженные с двумя индивидуальнымн волоконными световодами, 45 первый из которых другим концом под" ключен к первому входу поляризатора, генератор частоты модуляции, первый выход которого соединен с одним из управляющих входов второго источника 50 излучения, два фотоприемника, оптически связанных через третий и четвертый волоконные световоды с выходами двухлучевого анализатора, два усилителя фототока с регулируемыми 55 коэффициентами передачи, сигнальные входы которых соединены с выходами соответствующих фотоприемников, блок

03 4 суммирования и блок вычитания, входы которых подключены к выходам усили,телей фототока, первый дифференциальный усилитель, один из входов кото— рого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход — с управляющим входом одного из усилителей фототока, второй дифференциальный уеилитель, один из входов которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход — к управляющему входу другого усилителя фототока, первьй селективный усилитель, вход которого соединен с выходом блока вычитания, первый синхронный детектор, один из входов которого подключен к выходу первого селективного. усилителя, а другой вход— к второму выходу генератора частоты модуляции, фильтр нижних частот и регистрирующий прибор, введены третий дифференциальный усилитель, второй селективный усилитель H второй синхрон" ный детектор, а поляризатор выполнен .в виде двухлучевой призмы, причем один из входов третьего дифференциального усилителя соединен с шиной нулевого потенциала, другой вход— с выходом второго синхронного детектора, а выход — с другим управляющим входом второго источника излучения, выход блока суммирования подключен к входу второго селективного усилителя и другому входу второго дифференциального усилителя, выход блока вы— читания через фильтр нижних частот соединен с другим входом первого дифференциального усилителя, один из входов второго синхронного детектора подключен к выходу второго селективного усилителя, а другой вход — к второму выходу генератора частоты модуляции, соединенному с управляющим входом первого источника излучения, другой конец второго волоконного световода подключен к второму входу поляризатора, а вход регистрирующего прибора соединен с выходом первого синхронного детектора.

1137403 поляризации (ячейку Фарадея) и двухлучевой анализатор 3 (призму Волластона). На стороне низкого потенциала расположены первый и второй ис— точники 4 и 5 излучения, соединенные 5 с помощью волоконных световодов

6 и 7 со входами поляризатора 1, генератор 8 частоты модуляции, фотоприемники 9 и 10 оптически связанные через волоконные световоды 11 и 12 с выходами анализатора 3, усили-" тели 13 и 14 фототока с регулируемыми коэффициентами передачи, блок 15 суммирования блок 16 вычитания, дифк ференциальные усилители 17-19, ис-. точник 20 опорного напряжения, фильтр 2 1 нижних частот, селективные усилители 22 и 23, синхронные детек.торы 24 и 25 и регистрирующий прибор 26. Парафазные выходы генератора 8 частоты моцуляции соединены с управляющим входом источника 4 и с одним из управляющих входов источника 5 излучения. Сигнальные входы усилителей 13 и 14 фототока подключены к выходам фотоприемников 9 и 10, ) управляющие входы к выходам дифференциальных усилителей 17 и 18, а выходы — к входам блока 15 суммировнаия и блока 16 вьгитания. Один из входов дифференциального усилителя 17 соединен с шиной нулевого потенциала„ а другой вход через фильтр 21 нижних частот — с выходом блока 16 вычитаниями подключенным к 35 входу селективного усилителя 22. Один из входов дифференциального усилителя 18 соединен с выходом источника 20 ..опорного напряжения, а другой вход — c выходом блока 15 сумми- 40 рования, подключенным к входу селективного усилителя 23. Один из входов синхронного детектора 24 соединен с выходом селективного усилиI теля 22 другой вход — с выходом ге- 5

Ф нератора 8 частоты модуляции, а выход с входом регистрирующего прибо ра 26. Один из входов синхронного детектора 25 подключен к выходу селективного усилителя 23, другой вход — к выходу генератора 8 частоты модуляции. Один из входов дифферен. циальнаго усилителя 19 подключен к шине нул-.ë:=;æо потенциала, другой вход — к выходу синхронного детектора 25 9 + выход — к дpy ÃÎì управляющему входу источника 5 излучения.

Работа устройства происходит следующим образом.

Свет от источников 4 и 5 излучения поочередно через волоконные световоды 6 и 7 поступает на два входа двухлучевого поляризатора 1. Питание источников 4 и 5 излучения осуществ-! ляется от генератора 8 частоты мо,дуляции, который подключается к ним поочередно на половину периода частоты модуляции. В качестве источников 4 и 5 излучения могут использоваться полупроводниковые лазеры или светодиоды, а для введения излучения в волокно может использоваться непосредственный оптический контакт, фоконы, линзы или микрообъективы.

Из поляризатора 1 выходит линейно поляризованный свет с модуляцией по плоскости поляризации, причем глу— р бина модуляции составляет 90. Свет проходит преобразователь 2 силы измеряемого тока в угол поворота плоскости поляризации — ячейку Фарадея.

В простейшем случае, как условно показано на-схеме, ячейка представляет собой стержень из диамагнитного стекла, расположенный вдоль силовых линий магнитного поля измеряемого тока f. После преобразователя свет поступает на двухлучевой анализатор 3, который разделяет падающий поток на два потока, имеющих ортогональную поцяризацию. Азимут анализатора 3 выбирается таким образом, чтобы азимуты обеспечиваемой о им поляризации отличались на +45 от азимута поляризации света, выходящего из поляризатора 1. После анализатора 3 два выходных пучка по волоконным световодам 11 и 12 поступают ча фотоприемники 9 и 10,которые преобразуют падающие на них потоки иэлучения в электрические сигналы.Последние усиливаются усилителями 13 и 14 фототока. Суммарный и разностный сигналы образуются на выходах соответ, ственно блока 15 суммирования и блока 16 вычитания, Одновременное исключение постоянной составляющей разностного сигнала и переменной составляющей частоты модуляции в суммарном сигнале позволяет искпючить аддитивную и-мультипликативную погрешности î". неодинаковых чувствительностей фотоприемников 9 и 10, коэффициентов пропуска7 1137 ния световодов 6, 7, 11 и 12, потоков излучения источников 4 и 5.

С этой цельюпостоянная составляющая разностного сигнала через фильтр 21 нижних частот поступает после усиления в дифференциальном усилителе 17 на управляющий вход усилителя 13 фототока.и изменяет коэффициент передачи усилителя 13 до исчезновения постоянной составляющей разностного сигнала. Так образуется первая пет-ля обратной связи. Переменная состав,ляющая суммарного сигнала усиливается селективным усилителем 23, выпрямляется синхронньы детектором 25 и по- 15 сле усиления выпрямленного напряжения в дифференциальном усилителе 19 воздействует на соответствующий управляющий вход источника 5 излучения до исчезновения переменной составляю- 2О щей суммарного сигнала. Так образуется вторая петля обратной .связи.

Для стабилизации чувствительности (коэффициента преобразования) всего устройства в целом необходимо стабибилизровать постоянную составляющую сУммарного сигнала. Для этого на

403 8 входы дифференциального усилителя 18 подаются постоянная составляющая суммарного сигнала и опорное напряжение от источника 20. Разность этих напряжений после усиления поступает на управляющий вход усилителя 14 фототока и изменяет его коэффициент передачи до выполнения условия равенства опорного напряжения и постоянной составляющей суммарного сигнала. Так образуется третья петля обратной связи.

Одновременная работа трех петель обратной связи позволяет исключить погрешности измерения тока, которые характерны для известного устройст1 ва (211 и обусловлены неидеальностью

) смесителя двух потоков излучения.

Предложенное устройство обладает универсальностью, позволяющей использовать его при различных рабочих напряжениях без изменения конструкции основных узлов. С увеличением рабочего напряжения необходимо только увеличивать длину световодов 6,7, 11 и 12, поэтому стоимость, габариты и надежность устройства практически не зависят от рабочего напряжения.

ВНИИПИ Заказ !0516/33

Тираж 748 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4