Волоконно-оптический датчик электрических напряжений

 

Изобретение относится к области техники измерений электрических напряжений с помощью оптических средств. Цель - повышение чувствительности и расширение диапазона измеряемых напряжений. Устройство содержит два закрепленных на общем основании 3 пьезозлемента 1 с электродами 2 и два волоконных световода 5, каждый из которых закреплен на противоположной от основания поверхности соответг т ующего пьезоэлемента. Входной то )еи тервого световода оптически связан с источником оптического излучения 7, выходной торец второго - с фотоприемником 8. Для достижения цели оптические осп обоих световодов совпадают, ьыходной торец первого и входной торец второго световодов в отсутствие измеряемого напряжения примыкают вплотную друг к другу, а подключенные с одинаковой полярностью через выпрямительный мост 9 пьезоэлеменгы 1 прикреплены одной из электродированных поверхностей к основанию 3 с ограничительным выступом 4 между ними и поляризованы параллельно плоскости основания 3 в противоположных направлениях. 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 33/032

ГОСУДАР Ст В Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4665122/2 E (22) 20.03.89 (46) 07,02.91. Бюл. М. 5 (. 1) Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики РостовскоГО Госчдарственного университе1а (72) В.А.Акопьян. F.К,Иванцов, О,И.Гусев и Н.Ф.Безуглова (53) 621 317 (088.8) (56) Джагупов P.Ã., Ерофеев А.A. Пьезокерамические элемен Гы в приборостроении и автоматике. — Л.: Машиностроение, 1986, с.119.

Авторское свидетельство СССР

t+ 1406544, кл. G 01 R 33/032, l 968. (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к.области техники измерений электрических напряжений с помощь,о оптических средств. Цель — повышение чувствительности и расширение диапазона измеряемых напряжений.,, БЫ „, 1626230A1

Устройство содер кит два закрепленных на общем основании 3 пьезоэлемента 1 с электродами 2 и два волоконных световода 5, каждый из которых закреплен на противоположной от основания поверхности соответс ющего пьезоэлемента. Входной топе.< ..Первого световода оптически связан с источником оптического излучения 7, выходной торец второго — с фотоприемником

8, Для достижения цели оптические оси обоих световодов совпадают, ьыходной торец первого и входной торец второго световодов в отсутствие измеряемого напряжения примыкают вплотную друг к другу, а подключенные с одинаковой полярностью через выпрямительный мост 9 пьезоэлементы

1 прикреплены одной из электродированных поверхностей к основанию 3 с ограничительным выступом 4 между ними и поляризованы параллельно плоскости основания 3 в противоположных направлениях.

1 ил.

1626230

Изобретение относится к области техники измерений электрических напряжений с помощью оптических средств и может быть использовано в приборостроении, в системах дистанционного автоматического контроля и управл зния, Цель изобретения — повышение чувствительности и расширение диапозона измеряемых напряжений.

На чертеже изображена схема волоконно-оптического датчика электрических наг ря кений.

Датчик состоит из двух пьезоэлементов

1 с электродами 2 на их противоположных гранях (поверхностях). Одной электродированной поверхно ью пьезоэлементы 1 закреплены на общем основании 3 с ограничительным выступом 4, на противоположной электро 1рованной поверхности каждо o пьезоэлемента закреплены первый и второй световоды 5. Оптические оси 6 первого и второго волоконных световодов 5 совпадают, причем входной торец первого свеговода оптически соединен с источником 7 оптического излучения, а выходной торец второго световода — с фотоприемником 8, при этом выходной торец первого и входной торец второго световодов примыкают один к другому вплотную, а пьезоэлементы 1 поляризованы в направлении, параллельном плоскости общего основания

3. Ректоры поляризации Ps пьезоэлементов 1 направле ы в противоположные стороны, Пьезоэлементы 1 подключены к измеряемому напряжению с оди аковой полярностью через выпрямительный мост

Волоконно-оптический датчик электрических напряжений работает следующим образом.

Измеряемое напряжение через выпрямительный мост 9 подается на электроды 2 обоих пьезоэлементов 1. Благодаря тому, что пьезоэлементы 1 подключены к измеряемому напряжению через электроды 2, плоскость которых параллельна вектору поляризации, в пьезоэлементэх возбуждается в основном сдвиговэя мода колебаний.

Напряжение возбуждает в пьезоэлементах двиговые колебания в плоскости, перпендикулярной плоскости ot цего основания 3 и параллельной общей оптической оси 6 волоконных светпводов 5. Чем больше величина амплитуды измеряемого напряжения, тем больше зазор Л Z, возникающий при э1ом между торцами световодов 5, Увеличение зазора приводит к пропорциональному изменению интенсивности светового пото ка, генерируемого источником оптического

35 излучения 7 и проходящего через волоконные световоды, Световой поток с выхода второго световода поступает на фотоприемник 8, Таким образом, при измерении ампл,лтуды измеряемого напряжения оптические оси первого и второ о светово. дов 5 не смещаются и сохраняют исходное положение. т.е. полностью совпадают, но зазор Ы между торцами световодов меняется от нуля до максимального и обратно.

Пропорционально величине зазора меняется интенсивность светового потока, Для кварцевого многомодового световода диаметром, например, 50 мкм увеличение зазора М от 0 до 10 мкм (продольное смещение) приводит к росту оптических потерь до 5 дБ и соответствующему уменьшению интенсивности светового потока, Поперечное же смещение осей торцов такого световода, равное 10 мкм, приводит к увеличению оптических потерь от 1,5 дБ, Эти данные позволяют сделать вывод, что датчики по изобретению имеют чувствительность, по крайней мере в три раза большую, чем чувствительность известного датчика. Кроме того, предлагаемый датчик имеет больший диапазон Ъ змеряемых напряжений, чем известный. В частности, нижняя граница диапазона ограничена в известном датчике величиной зазоров ЛХ (поперечное смещение) и hZ, а в предлагаемом датчике (при нулевом напряжении) hZ=0, и поэтому диапазон измеряемых величин в этом решении шире в сторону меньших величин. Отсутствие поперечного смещения ЛХ обеспечивает расширение диапазона в сторону больших величин.

Формула изобретения

Волоконно-оптический датчик электрических напряжений, содержащий два закрепленных на общем основании пьезоэлемента и два волоконных световода, каждый из которых закреплен на противоположной от основания поверхности соответствующего пьезоэлемента, причем входной торец первого световода оптически соединен с источником оптического излучения, а выходной торец второго световода— с фотоприемником, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения диапазонэ измеряемых напряжений, оптические оси световодов совпадают, выходной торец п рвого и входной торец второго световодов в отсутствие измеряемого напряжения примыкают друг к другу вплотную, а подключенные с одинаковой полярностью через выпрямительный

1626230 мост пьезоэлементы одной из электродиро- ними и поляризованы параллельно плсскованных поверхностей прикреплены к осно- сти этого основания в противоположных наванию с ограничительным выступом между правлениях.

Составитель И.Коновалов

Редактор Н.Бобкова Техред М.Моргентал Корректор С.Шекмар

Заказ 278 Тираж 421 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101