Способ измерения амплитуды и формы импульсов высокого напряжения и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения импульсных и переменньгх напряжений. Целью изобретения является повышение точности измерения высоких напряжений. Предложенный способ заключается в следующем. Осуществляется модулирование измеряемого и образцового злектрических сигналов ячейкой Керра и затем сравнивают их. Для повьшения,точности вводится операция самокалибровки системы измерения, которая заключается в следующем . После преобразования образцового низковольтного импульса в цифровой код и восстановления его формы осуществляется сравнение с формой исходного образцового импульса и определяется ошибка преобразования. В соответствии с выявленной ошибкой корректируют восстановленную после кодирования форму измеряемого импульса и сравнивают ее с формой .образцового низкого напряжения. По результату сравнения определяют амплитуду им с S пульса высокого напряжения. Для дос (/) тижения цели в устройство, содержащее источник 1 монохроматического излучения , светоделитель 2, поляризатор 3, ячейки 4 Керра, источники 5 и 6 измеряемого высокого и образцового низкого напряжения, собирающую линзу 8, фотоприемник 9, конденсаторы 23 и

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (П) А1 (50 4 G 01 R 13/40// С 01 R 15/07

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 Ъ | |1

ОПЙСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !;,и, Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3825744/24-21 (22) 18.12,84 (46) 30. 10.86. Бюл. № 40 (72) P.P. Канкия (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 370534, кл. G 01 R 19/00, 1971..

Авторское свидетельство СССР № 1092417, кл. G 01 R 13/40, 15/07, 1983. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ И

ФОРМЫ ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения импульсных и переменных напряжений. Целью изобретения является повышение точности измерения высоких напряжений. Предложенный способ заключается в следующем.

Осуществляется модулирование измеряемого и образцового электрических сигналов ячейкой Керра и затем сравнивают их ° Для повышения точности вводится операция самокалибровки системы измерения, которая заключается в следующем. После преобразования образцового низковольтного импульса в цифровой код и восстановления его формы осуществляется сравнение с формой исходного образцового импульса и определяется ошибка преобразования. В соответствии с выявленной ошибкой кор ректируют восстановленную после кодирования форму измеряемого импульса и сравнивают ее с формой .образцового низкого напряжения. По результату сравнения определяют амплитуду им

Я пульса высокого напряжения. Для достижения цели в устройство, содержащее источник 1 монохроматического излучения, светоделитель 2, поляризатор С

3, ячейки 4 Керра, источники 5 и 6 измеряемого высокого и образцового низкого напряжения, собирающую линзу

8, фотоприемник 9, конденсаторы 23 и

24, введены анализатор 7, дифференциатор 10, элемент 11 задержки, аналого-цифровой преобразователь 12, регистр 13, оперативные запоминающие

1267262 элементы 14 и 19, -18M 15, блок 16 формирования и синхронизации импульсов, логические элементы 17, 18 ИЛИ, счетчики 20 и 21. ? с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения импульсных и переменных напряжений, а также для ввода в ЭВМ и обработки информации, представленной световыми сигналами, полученными с модуляторов оптического излучения °

Цель изобретения — повышение точности измерения высоких напряжений (ВН) эа счет возможности измерения формы импульса ВН и осуществления самокалибровки измерительной системы.

На фиг.1 изображено устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.3 — алгоритм работы ЭВМ.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения, светоделитель 2, поляризатор 3, ячейку 4

Керра, источник 5 измеряемого ВН, источник 6 образцового низкого напряжения (НН), анализатор 7, собирающую линзу 8, фотоприемник 9, дифференциатор 10, элемент 11 задержки, аналогоцифровой преобразователь (АЦП} 12, регистр 13, первый 14 оперативный запоминающий элемент (ОЗЭ), ЭВМ 15, блок 16 формирования и синхронизации импульсов, логические элементы ИЛИ 17 и 18, второй ОЗЭ 19, первый 20 и второй 21 счетчики и генератор 22 счетных импульсов.

В оптическом тракте последовательно друг за другом установлены: источник 1 монохроматического излучения, светоделитель 2,,поляризатор 3, ячейка 4 Керра с основным и дополнительным оптическими каналами, проходящими между обкладками плоскопараллельных конденсаторов 23 и 24, подключенные к источникам S и 6 измеряемого ВН и образцового НН, анализатор 7, собирающая линза 8 и фотоприемник 9, распо. ложенный в фокальной плоскости линзы.

45 в нулевое состояние. Запускается генератор 22 счетных импульсов и вклю5

10 !

Выход фотоприемника 9 подключен к входу дифференциатора 10 и элемента

11 задержки, выход которого подсоединен к входу АЦП 12, Выходы АЦЛ 12 подключены к информационным входам регистра 13, к выходам которого подсоединены информационные входы первого ОЗЭ 14, выходы которого подключены к информационным входам 3ВМ 15. Выход дифференциатора 10 соединен с первым входом блока 16 формирования и синхронизации, второй н третий выходы которого через первые входы логических элементов ИЛИ 17 и 18 подключены к входам "Зались-чтение" ОЗЭ 14 и 19.

Первый выход блока 16 формирования и синхронизации подключен к стробирующнм входам АЦП 12 и регистра 13, а также к счетному входу двоичного счетчика 20 экстремумов пропускания.

Выходы счетчика 20 подключены к адресным входам ОЗЭ 14 и 19. Выход генератора 21 счетных импульсов подключен к второму входу блока 16 формирования и синхронизации и счетному входу второго счетчика 21. Выходы счетчика 21 подсоединены к информационным входам

;последовательно второго ОЗЭ 19 и ЭВМ 15. При этом управляющие импульсы из ЭВМ 15 подаются к входам установки нуля счетчиков 20 и 21, запуска источников 6 и 5 образцового

НН, измеряемого ВН, и генератора 22 счетных импульсов и на вторые входы логических элементов ИЛИ 17 и 18.

Устройство работает следующим образом.

В ЭВМ вводятся значение полуволнового напряжения низковольтной части ячейки Керра, коэффициент трансформации и исходные данные об образцовом низковольтном импульсе. По командам, поступающим из ЭВМ 15, первый ?О и второй 21 счетчики устанавливаются измеряемого импульса осуществляется аналогично. Параллельно процессу преобразования измеряемого импульса осуществляется обработка данных об обра зцовом импульсе, сравнение с исходным импульсом и корректировка..После .завершения данного процесса данные, записанные в ОЗЭ 14 и 19, об измеряемом импульсе переписываются в ЭВМ 15, осуществляется обработка данных с учетом корректировки и восстанавливается форма и амплитуда измеряемого импульса, осуществляется его сравне ние с образцовым, определяется разница по амплитуде между импульсами в известные моменты времени. Измеряемый импульс нормируется и результат измерения выводится на устройства отображения. Значение измеряемого ВН определяется по выражению: где U — - мгновенное значение измеряемого ВН;

Х/I — относительная интенсивность

Щ потока, зафиксированная фо30 топриемником, n = 0,1,2,3,...,К вЂ” число экстремумов пропускания;

U — полуволновое напряжение ячейки, т.е. напряжение, которое необходимо приложить к ячейке для получения первого экстремума пропускания светового луча.

Напряжение 0 является постоянной величиной для конкретной ячейки и оп40 ределяется параметрами заполнителя и геометрией конденсатора ячейки Керра,т.е.

U = a/4Â1, (3) где d — межэлектродное расстояние в

45 плоском конденсаторе, f — - длина электродов конденсато ра

 — постоянная Керра диэлектрика, заполняющего ячейку.

Постоянная В является функцией следующих параметров:

В=К(Е,п, Т), 5 .где Я вЂ” относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика

n — - показатель преломления, Т вЂ” температура.

3 1267262

4 чается источник 6 образцового НН, Луч света от источника 1 монохроматического излучения формируется светоделителем 2 в два параллельных пучка.

Эти пучки проходят через поляризатор 5.

3, который позволяет установить исходную поляризацию света относительно направления приложенных электрических полей, а затем через диэлектрическую жидкость, заполняющую ячейку 4 Керра. Луч, прошедший через конденсатор

24, модулируется образцовым напряжением, проходит анализатор 7 и линзу 8 и попадает на фотоприемник 9, который преобразует в электрический сигнал модулированный образцовым напряжением . оптический сигнал. Сигнал с выхода фотоприемника 9 одновременно подается на входы дифференциатора 10 и элемента 11 задержки, в котором задерживается на время, необходимое для форlf мирования импульсов стробирования и т/X = з . †(U/U ) 1

Ttl 2 записей. Выход элемента 11 задержки или подключен к входу АЦП 12, который

Б = Б. п + — arcsin Т ? преобразует аналоговый сигнал с выхода фотоприемника 9 в цифровой код.

Выход дифференциатора 10 подключен к входу блока 16 формирования и синхронизации, в котором вырабатываются импульсы управления записей V« Ä U z Ä

ОЗЭ 14 и 19 и импульсы стробирования

V АЦП 12 и регистра 13. Количество строб-импульсов соответствует числу экстремумов и подсчитывается счетчиком 20..

По фронтам сформированных в блоке

16 строб-импульсов V осуществляется съем информации с АЦП 12 и запись параллельным кодом информации в регистре 13, а по срезам этих импульсов сдвиг информации в регистр. Сформированным по срезу строб-импульса импульсом Uz, через элемент ИЛИ 17 осуществляется запись данной информации об экстремумах амплитуды в ОЗЭ 14, адресные входы которого управляются выходами счетчика 20.

Информация о времени наступления экстремумов снимается по фронтам импульсов U 2, сформированных в блоке

16 из фронтов строб-импульсов U u записывается в ОЗЭ 19 в паузе между счетными импульсами. График, поясняющий принцип работы, показан на фиг.2 °

Этот .процесс продолжается до окон5 чания образцового импульса, после чего данные, записанные в ОЗЭ 14 и t9 переписываются в ЭВМ tS и запускается источник 5. Процесс преобразования

1267262 Ь скими каналами, проходящими между обкладками плоскопараллельных конденса-! торов, подключенных к источнику измеа ряемого высокого напряжения и источ нику образцового низкого напряжения, ,собирающую линзу, фотоприемник, расположенный в фокальной плоскости

Параметры Я, п, Т не являются независимыми.

Предлагаемое устройство измеряет амплитуду и форму импульсного сигнал

ВН, осуществляет самоповерку и калиб ровку измерительной системы. С уче-. том того, что оптико-электронные измерительные устройства устанавливают связь между измеряемой величиной и физическими константами активных ве- 1р ществ, причем в основе указанной связи лежат фундаментальные физические процессы, появляется возможность использования таких измерителей в качестве рабочего эталона высокого напря- 15 жения, Кроме того, уменьшается время измерения и обработки результатов измерения. формула изобретения

1. Способ измерения амплитуды и формы импульсов высокого напряжения при помощи поля образцового низкого напряжения, содержащий модулирование измеряемого и образцового электрических сигналов ячейкой Керра и сравнение сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в процесс измерения вво- Зо дится операция самокалибровки системы измерения, заключающаяся в том, что образцовый низковольтный импульс в реальном масштабе времени преобразуют в цифровой код, восстанавливают

ЗS его форму и сравнивают с формой ис-. ходного образцового импульса, па результатам сравнения сигналов выявляют ошибку преобразования, измеряемый импульс ВысОкОГО напряжения преОбра 4О зуют в цифровой код, восстанавливают его форму, корректируют в соответствии с выявленной ошибкой, сравнивают откорректированную форму импульса высокого напряжения с формой образцового низкого напряжения и по результату сравнения определяют амплитуду импульса высокого напряжения.

2. Устройство для измерения амплитуды и формы импульсов высокого напряжения, содержащее последовательно соединенные источник монохроматического излучения, светоделитель, поляризатор, ячейку Керра с двумя оптичелинзы, отличающе е ся тем, что, с целью повышения точности измерения, между ячейкой Керра и линзой установлен анализатор, а также введены аналого-цифровой преобразователь, регистр, два оперативных запоминающих элемента, дифференциатор, ЭВМ, два счетчика, генератор счетных импульсов, блок формирования и синхронизации, два логических элемента ИЛИ и элемент задержки, вход которого подключен к выходу фотоприемника и входу дифференциатора, выход элемента задержки подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с информационными входами последовательно соединенных регистра, первого оперативного запоминающего элемента и ЭВМ, выход дифференциатора соединен с первым входом блока формирования и синхронизации, первый выход которого подключен к стробирующим входам аналого-цифрового преобразователя и регистра, а также к счетному входу первого двоичного счетчика, выходы которого соединены с адресными входами первого и второго оперативных запоминающих элементов, второй и третий выходы блоков формирования и синхронизации через первые входы логических элементов ИЛИ соединены с входами "Запись-чтение" первого и второго оперативных запоминающих элементов соответственно, выход генератора счетных импульсов соединен с вторым входом блока формирования и синхронизации и счетным входом второго счетчика, выходы которого подключены к информационным входам последовательно соединенных второго оперативного запоминающего элемента и ЭВМ. пои этом входы установки нуля счетчиков и запуска генераторов образцового низкого, измеряемого высокого напряжения и счетных импульсов, вторые входы логических элементов.ИЛИ соединены с управляющими выходами ЭВМ.

1267262

4 рп

udvp

Put. Я

Составитель А.Заборня

Техред Л.Олейник Корректор А. Зимокосов

Редактор Л.Пчелинская

Заказ 5766/40 Тирах 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ухгород, ул. Проектная, 4