Устройство для измерения высокого напряжения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ ШPEHИЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее источник монохроматического излучения, первый поляризатор, первую ячейку Керра, световой вход которой оптически связан с выходом первого поляризатора , а электрический вход соединен с клеммами для подключения первого источника напряжения, анализатор , фотоприемник, вход которого оптически связан с выходом анашизатора , отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения путем компенсации температурной погрешности и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения сравнения двух напряжений , в него введены делитель светового потока, дихроичное зеркало, второй поляризатор и вторая ячейка Керра, причем делитель светового потока установлен между выходом источника монохроматического излучения и входами обоих поляризаторов, оси поляризации которых ориентированы взаимно перпендикулярно, дихроичное зеркало оптически связано с S по прозрачному входу с выходом одной ячейки Керра, по отражающему (Л входу - с выходом другой ячейки Керра, а по выходу - со входом анализатора, ось поляризации которого ориентирована под углом 45 к осям поляризации обоих поляризаторов, световой вход второй ячейки Керра оптически связан с выходом второго поляризатора, а электрический вход соединен с клеммами для подключения второго источника напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (1)4 G 01 R 13/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3701020/24-21 (22) 15.02.84 (46) 15.08.85. Бюл. ))- 30 (72) В.M. Свищ (53) 621.317.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 646261, кл. G 01 R 15/07, 1977.

Журавлев Э.Н. и др. Оптоэлектронные методы измерения напряжений и токов в высоковольтных цепях. — "Известия АН СССР, Энергетика и транспорт", 1978, Ф 3, с. 31 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее источник монохроматического излучения, первый поляризатор, первую ячейку

Керра, световой вход которой оптически связан с выходом первого поляризатора, а электрический вход соединен с клеммами для подключения первого источника напряжения, анализатор, фотоприемник, вход которого оптически связан с выходом анализа-, .тора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем компенсации температурной погрешности и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения сравнения двух напряжений, в него введены делитель светового потока, дихроичное зеркало, второй поляризатор и вторая ячейка Керра, причем делитель светового потока установлен между выходом источника монохроматического излучения и входами обоих поляризаторов, оси поляризации которых ориентированы взаимно перпендикулярно, дихрончное зеркало оптически связано по прозрачному входу с выходом одной ячейки Керра, по отражающему входу — с выходом другой ячейки

Керра, а по выходу — co входом анализатора, ось поляризации котоо рого ориентирована под углом 45 к осям поляризации обоих поляризаторов, световой вход второй ячейки Керра оптически связан с выходом второго поляризатора, а электрический вход соединен с клеммами для подключения второго источника напряжения.

1173325

50

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в контрольноизмерительной аппаратуре высоковольтных электроустановок. Изобретение может быть также использовано для измерения и других физических величин, предварительно преобразованных в напряжение.

Целью изобретения является повы- 10 шение точности измерения путем компенсации температурной погрешности и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения сравнения двух напряжений. t5

На чертеже представлена функцисг-: нальная схема предложенного устройства для измерения высокого напряжения.

Устройство содержит источник 20 монохроматического излучения I, делитель 2 светового потока, поляризаторы 3 и 4, ячейку 5 Керра, электрический вход которой соединен с клеммами 6 и I для подключения 25 первого источника напряжения, ячейку 8 Керра, электрический вход которой соединен с клеммами 9 и .10 для подключения второго источника напряжения, дихроичное зеркало 11, анализатор 12, фотоприемник 13, вспомогательные зеркала 14 и 15. Делитель 2 светового потока установлен между выходом источника 1 монохроматического излучения и входами поляризаторов 3 и 4, оси поляризации которых ориентированы взаимно перпендикулярно. Световой вход ячейки 5 Керра оптически связан с выходом поляризатора 3, а световой 40 вход ячейки 8 Керра — с выходом поляризатора 4. Дихроичное зеркало 11 оптически связано по прозрачному входу с выходом ячейки 5 Керра, по отражающему входу — с выходом ячейки 8 Керра, а по выходу — с входом анализатора 12, ось поляризации коо торого ориентирована под углом 45 к осям поляризации обоих поляризаторов. Вход фотоприемника 13 оптически связан с выходом анализатора 12. Вспомогательные зеркала

14 и 15 обеспечивают организацию соответствующих оптических связей.

Устройство работает следующим образом. !

В исходном состоянии световой поток с круговой поляризацией от источника 1 монохроматического излучения попадает на делитель 2 и делится им на две равные части также . с круговой поляризацией. Одна часть светового потока поступает на поляризатор 3, а вторая, отражаясь от зеркала 14, — на поляризатор 4. Так как оси поляризации их взаимно перпендикулярны, то плоскости поляризации световых потоков после поляризаторов 3 и 4 также оказываются взаимно перпендикулярными и попадают на световые входы ячеек 5 и 8

Керра. ячейки 5 и 8 Керра установлены так, что их электроды перпендикулярны плоскостям поляризации входных световых потоков. Это обеспечивает параллельность плоскостей поляризации проходящих через ячейки

5 и 8 Керра световых потоков и электрических полей, возникающих в них при приложении напряжений к электродам. Однако в исходном состоянии напряжения к электродам не приложены, и с выходов ячеек 5 и

8 Керра выходят световые потоки с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. С выхода ячейки 5

Керра световой поток поступает на дихроичное зеркало 11 со стороны пропускания, а .с выхода ячейки 8 Керра, отражаясь от зеркала 15, — со стороны отражения. В результате после дихроичного зеркала 11 получается суммарный световой поток, составляющие которого имеют взаимно перпендикулярные плоскости поляризации.

Кроме того, в результате идентичности ячеек 5 и 8 Керра и соответствующей установки остальных оптических элементов после делителя 2 светового потока до дихроичного зеркала 11, обеспечивающих равную оптическую длину путей двух световых потоков, колебания электрической (и магнитной) составляющей обоих слагаемых и в световом потоке после дихроичного зеркала 11 оказываются синфазными.

Оптические длины путей этих световых потоков могут быть и неравными, но отличаются на целое число длин волны светового потока.

Таким образом, после дихроичного зеркала 11 в результате сложения двух световых потоков с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации без сдвига фаз образуется ли1173325. нейно поляризованный световой поток с плоскостью поляризации, расположенной под углом 45 0 (по диагонали) к плоскостям поляризации слагаемых световых потоков,.который попадает на анализатор 12 с плоскостью поляризации, перпендикулярной плоскости поляризации падающего светового потока. В результате световой поток через анализатор 12 не проходит и Hà 10 фотоприемник 13 не попадает °

При измерении одного напряжения оно прикладывается к электродам одной из ячеек Керра, например ячейки 5. В результате этого пронорцио- 15 нально приложенному напряжению изменяется коэффициент преломления активного вещества ячейки 5 Керра для светового потока с плоскостью поляризации, перпендикулярной элек- gp тродам. Изменяется оптическая длина пути светового потока, прошедшего через ячейку 5 Керра, и вносится сдвиг фазы этого светового потока по отношению к световому потоку, прошедшему через ячейку 8 Керра. Плоскость поляризации светового потока после дихроичного зеркала 11 разворачивается и проходит через фазы круговой и эллиптической поляризации в зависимости от величины приложенного к ячейке 5 Керра напряжения. Световой поток на выходе анализатора 12 изменяет интенсивность, и выходной электрический сигнал фотоприемника 13 зависит от величины измеряемого напряжения.

При изменении температуры окружающей среды изменяется температура активного вещества обеих ячеек 5 и 6 Керра. Одновременно одинаково изменяются оптические длины путей обоих световых потоков и тем самым исключается погрешность измерения напряжения от изменения температуры.

При подаче напряжений на электроды ячеек 5 и 8 Керра при их равенстве одинаково изменяются оптичес- . кие длины путей обоих световых потоков и сдвиг фаз их отсутствует. В ! результате на выходах анализатора

12 и фотоприемника 13 сигналы также отсутствуют, если подаваемые на электроды ячеек 5 и 8 Керра напряжения различны, например на ячейке 5

Керра напряжение больше, то различны и оптические длины путем световых потоков. При этом разность их зависит от разности напряжений, и на выходах анализатора 12 и фотоприемника 13 появляются сигналы, также зависящие от разности приложенных к ячейкам 5 и 6 Керра напряжений.

Таким образом, предложенное устройство характеризуется повышенной точностью измерения напряжения в результате исключения погрешности из-за изменения температуры окружающей среды. Кроме того, данное устройство позволяет сравнивать два напряжения, например производить их сложение или вычитание.

1173325

Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5046/44

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

Составитель Л. Морозов

Редактор Л. Веселовская Техред Л.Микеш Корректор Г. Решетник