Способ измерения высокого напряжения и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре высоковольтных электроустановок , а также для измерения физических величин, предварительно преобразованных в напряжение. Цель изобретения состоит в повышении точности измерения и в обеспечении сравнения двух напряжений. Спо соб предусматривает оптическую обработку луча света с круговой поляризацией при пропускании его через активную среду, на которую воздействуют измеряемым напряжением. С этой целью в устройство для осуществления способа дополнительно введены делитель 2 светового потока, дихроичное, зеркало 11, второй поляризатор 4 и вторая ячейка 6 Керра. На чертеже изображены источник 1 монохроматического излучения, делитель 2 светового потока, поляризаторы 3 и 4, ячейки (Л 5 и 6 Керра, клеммы 7, 8 и 9, 10, дихроичное зеркало 11, анализатор 12, фотоприемник 13 и вспомогательные зеркала 14 и 15. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5И 4 G 01 R 13/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДМ СТВЕННЫй КОМИТЕТ CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3701020/24-21 (22) 15.02.84 (46) 23.11.86. Бюл. Ф 43 (72) В.И.Свищ (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 646261, кл. G 01 R 15/07, 1977.

Журавлев Э.Н. и др. Оптоэлектрон ные методы измерения напряжений и токов в высоковольтных цепях, — Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1978, Р 3, с.31. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДПЯ ЕГО ОСУ111ЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре высоковольтных электроустановок, а также для измерения физических величин, предвари„,SU,„, 1272258 А 1 тельно преобразованных в напряжение.

Цель изобретения состоит в повьппении точности измерения и в обеспечении сравнения двух напряжений. Спо соб предусматривает оптическую обработку луча света с круговой поляризацией при пропускании его через активную среду, на которую воздействуют измеряемым напряжением. С этой целью в устройство для осуществления способа дополнительно введены делитель 2 светового потока, дихроичное зеркало ll, второй поляризатор 4 и вторая ячейка 6 Керра. На чертеже изображены источник I монохроматического излучения, делитель 2 светового потока, поляризаторы 3 и 4, ячейки

5 и 6 Керра, клеммы 7, 8 и 9, 10, дихроичное зеркало 11, анализатор 12, фотоприемник 13 и вспомогательные зеркала 14 и 15. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

1272258

Изобретение относится к электро1 измерительной технике, предназначено для использования в контрольноизмерительной аппаратуре высоковольтных электроустановок и может быть 5 также использовано для измерения других физических величин, предварительно преобразованных в напряжение.

Цель изобретения — повышение точности измерения путем компенсации температурной погрешности и обеспечение возможности сравнения двух напряжений между собой.

На чертеже представлена функциональная схема устройства дпя измерения высокого напряжения, реализующего предпагаемый способ.

Устройство содержит источник 1

I монохроматического излучения, делитель 2 светового потока, поляризаторы 3 и 4, ячейки 5 и 6 Керра, электрический вход ячейки 5 Керра соединен с клеммами 7 и 8 для подключения

25 первого источника напряжения, электрический вход ячейки 6 Керра 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 ориентирова- 35 ны взаимно перпендикулярно. Световой вход ячейки 5 Керра оптически связан с выходом поляризатора 3, а световой вход ячейки 6 Керра — с выходом поляризатора 4. Дихроичное зеркало 0

11 оптически связано по прозрачному входу с выходом ячейки 5 Керра, по отражающему входу — с выходом ячейки

6 Керра, а по выходу — с входом анализатора 12, ось поляризации которо- 45 о го ориентирована под углом 45 к осям поляризации обоих поляризаторов.

Вход фотоприемника 13 оптически связан с выходом анализатора 12. Вспомогательные зеркала 14 и 15 обеспечива- 5О ют организацию соответствующих оптических связей.

Устройство работает следующим образом.

B исходном состоянии световой по- 55 ток 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 другая, 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 6 Керра.

Ячейки 5 и 6 Керра установлены так, что их электроды 7, 8 и 9, перпендикулярны плоскостям поляризации входных световых потоков. Это обеспечивает параллельность плоскостей поляризации проходящих через ячейки

5 и 6 Керра световых потоков и электрических полей, возникающих в них при приложении напряжений к управляющим электродам 7, 8 и 9, 10. Однако в исходном состоянии напряжения к электродам 7, 8 и 9, 10 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 6 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 6 Керра и соответствующей установки остальных оптических элементов после делителя 2 светового потока до дихроичного зеркала ll обеспечивающих равную оптическую длину путей двух световых потоков, колебания электрической (и магнитной) составляющих в обоих слагаемых и в световом потоке после дихроичного зеркала ll оказываются синфазными. Оптические длины путей этих световых потоков могут быть и неравными, но отличающимися 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 линейно поляризованный световой поток

1272258

10 с плоскостью поляризации, расположенной под углом 45 (по диагонали) к плоскостям поляризации слагаемых световых потоков, который попадает на анализатор 12 с плоскостью поляризации, перпендикулярной (диагонали) плоскости поляризации падающего светового потока. В результате световой поток через анализатор

12 не проходит и на фотоприемник

l3 не попадает.

При измерении одного напряжения оно прикладывается к управляющим электродам одной из ячеек Керра, например к электродам 7 и 8 ячейки 5 5

Керра. В результате этого пропорционально приложенному напряжению изменяется коэффициент преломления активного вещества ячейки 5 Керра для светового потока с плоскостью поля- 20 риэации, перпендикулярной управляющим электродам 7 и 8. 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 6 Керра. Плоскость поляризации светового потока после дихроичного зеркала ll разворачивается и прохо- 30 дит через фазы круговой и эллиптической поляризации в зависимости от величины приложенного к ячейке 5

Керра напряжения. Световой поток на выходе анализатора !2 изменяет ин- З тенсивность, и выходной электрический сигнал фотоприемника 13 зависит от величины измеряемого напряжения.

При изменении температуры окружающей среды изменяется температура 40 активного вещества обеих ячеек 5 и

6 Керра. Одновременно одинаково изменяются оптические длины путей обоих световых потоков и тем самым ис; ключается погрешность измерения на- 45 пряжения от изменения температуры.

При подаче напряжений на управляющие электроды 7, 8 и 9, !О ячеек 5 и 6 Керра при их равенстве одинаково изменяют оптические длины путей обо- 50 их световых потоков и сдвиг фаз их отсутствует. В результате на выходах анализатора 12 и фотоприемника 13 сигналы также отсутствуют. Если подаваемые на управляющие электроды 7, 55

8 и 9, IO ячеек 5 и 6 Керра напряжения различны, например на ячейке 5

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

Таким образом, обеспечивается повышенная точность измерения напряжения эа счет исключения погрешности из-за изменения температуры окружающей среды. Кроме того, имеется возможность сравнивать два напряжения, например, производить их сложение или вычитание формула и з о б р е т е н и я

1. Способ измерения высокого напряжения, заключающийся в выделении иэ луча света с круговой поляризацией линейно поляризованного светового потока и пропускании его через оптически активную среду, находящуюся под воздействием измеряемого напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и обеспечения возможности сравнения двух напряжений между собой, выделяют дополнительный линейно поляризованный световой поток с плоскостью поляризации, перпендикулярной плоскости поляризации основного потока, пропускают его по дополнительному оптическому пути, равному по длине основному или отличающемуся от него на целое число длин волны светового потока, через дополнительную активную среду, идентичную основной, пос1 ле че ro суммируют оба световых потока, выделяют составляющую с плос— костью поляризации, перпендикулярной диагонали двух плоскостей поляриэации световых потоков, и по величине этой составляющей судят о величине измеряемого напряжения.

2. Устройство для измерения высокого напряжения, содержащее источник монохроматического света, первый поляризатор, первую ячейку Керра, световой вход которой оптически связан с выходом первого поляризатора, а электрический вход соединен с клем— мами для подключения первого источника напряжения, анализатор и фото— приемник, вход которого оптически связан с выходом анализатора, о т—

1272258

Составитель Л.Морозов

Техред N.Õîäàíè÷ Корректор Л.Пилипенко

Редактор В. Петраш

Заказ 6334/44 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4 л и ч а ю щ е е с я тем, что 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 по прозрачному входу с выходом одной ячейки Керра, по отраженному входу — с выходом другой

Ъ а по выходу — с входом анализатора, ось поляризации которого ориентироа вана под углом 45 .к осям поляризации обоих поляризаторов, световой вход второй ячейки Керра оптически связан с выходом второго поляризатора, электрический вход соединен с клеммами для подключения второго источника напряжения, а электро10 ды обеих ячеек Керра ориентированы перпендикулярно осям поляризации соответствующих поляризаторов.