Способ измерения переменного электрического тока или напряжения и устройство для его осуществления

 

Использование: в измерительной технике высоких напряжений, в релейной защите и автоматике. Технический результат заключается в повышении точности и стабильности измерений в условиях реальной эксплуатации, в частности при воздействии температуры и вибраций. В способе измерения переменного электрического тока или напряжения поляризованный световой сигнал пропускают, по меньшей мере, один раз через датчик, изменяющий поляризацию светового сигнала в зависимости от измеряемой величины, прошедший через датчик световой сигнал делят на пару взаимно ортогональных линейно-поляризованных составляющих. Дополнительно осуществляют деление светового сигнала на вторую пару взаимно ортогональных линейно-поляризованных составляющих, отличающуюся от первой угловой ориентацией или фазовым сдвигом, все составляющие преобразуют в нормированные по интенсивности электрические сигналы I₁, I₂ и I₃, I₄ соответственно, а измерительный сигнал М формируют из них с учетом угла ориентации или фазового сдвига между парами. Устройство для измерения переменного электрического тока или напряжения включает оптически связанные датчик, изменяющий поляризацию светового сигнала в зависимости от измеряемой величины, средство ввода в датчик поляризованного светового сигнала, средство деления поляризованного светового сигнала на взаимно ортогональные линейно-поляризованные составляющие, а также узел преобразования составляющих в нормированные по интенсивности электрические сигналы и блок формирования измерительного сигнала для измеряемой величины и определения по нему измеряемой величины. 2 с. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графический материал)К

Формула изобретения

1. Способ измерения переменного электрического тока или напряжения, в котором поляризованный световой сигнал пропускают, по меньшей мере, один раз через датчик, изменяющий поляризацию светового сигнала в зависимости от измеряемой величины, прошедший через датчик световой сигнал делят на пару взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих, составляющие преобразуют в нормированные по интенсивности электрические сигналы, из них формируют измерительный сигнал и по нему находят измеряемую величину, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют деление светового сигнала на вторую пару взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих, отличающуюся от первой угловой ориентацией или фазовым сдвигом, все составляющие преобразуют в нормированные по интенсивности электрические сигналы I₁, I₂ и I₃, I₄ соответственно, а измерительный сигнал М формируют из них с учетом угла ориентации или фазового сдвига между парами.

2. Способ по п.1, в котором при делении светового сигнала угол ориентации между парами выбирают из соотношения ±π/4±kπ/2 рад, где k - целое число, из сигналов I₁, I₂ и I₃, I₄ выделяют переменные составляющие I_1АС, I_2АС и I_3АС, I_4АС соответственно, а измерительный сигнал М определяют из выражения

3. Способ по п.1, в котором для измерения переменного электрического тока при делении светового сигнала угол ориентации между парами выбирают из соотношения ±π/4±kπ/2 рад, где k - целое число, из сигналов I₁, I₂ и I₃, I₄ выделяют постоянные и переменные составляющие I_1DC, I_2DC, I_3DC, I_4DC и I_1АС, I_2АС, I_3АС, I_4АС соответственно, а измерительный сигнал М определяют из выражения

4. Способ по п.1, в котором для измерения переменного электрического тока при делении светового сигнала угол ориентации между парами выбирают из соотношения ±π/4±kπ/2 рад, где k - целое число, из сигналов I₁, I₂ и I₃, I₄ выделяют постоянные и переменные составляющие I_1DC, I_2DC, I_3DC, I_4DC и I_1АС, I_2АС, I_3АС, I_4АС, соответственно, а измерительный сигнал М определяют из выражения

,

где

и

5. Способ по п.1, в котором для измерения переменного электрического напряжения при делении светового сигнала угол ориентации между парами выбирают из соотношения ±π/4±kπ/2 рад, где k - целое число, из сигналов I₁, I₂ и I₃, I₄ выделяют постоянные и переменные составляющие I_1DC, I_2DC, I_3DC, I_4DC и I_1АС, I_2АС, I_3АС, I_4АС соответственно, а измерительный сигнал М определяют из выражения

6. Устройство для измерения переменного электрического тока или напряжения, включающее оптически связанные датчик, изменяющий поляризацию светового сигнала в зависимости от измеряемой величины, средство ввода в датчик поляризованного светового сигнала, средство деления поляризованного светового сигнала на взаимно ортогональные линейно поляризованные составляющие, а также узел преобразования составляющих в нормированные по интенсивности электрические сигналы и блок формирования измерительного сигнала для измеряемой величины и определения по нему измеряемой величины, отличающееся тем, что средство деления выполняет функцию деления на две различные пары взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих светового сигнала, отличающиеся угловой ориентацией или фазовым сдвигом, узел преобразования выполняет функцию преобразования этих составляющих в нормированные по интенсивности электрические сигналы I₁, I₂ и I₃, I₄ соответственно, а блок формирования выполняет функцию формирования из полученных сигналов измерительного сигнала М для измеряемой величины с учетом угла ориентации или фазового сдвига между парами и определения измеряемой величины.

7. Устройство по п.6, в котором угол ориентации между парами, задаваемый средством деления, равен ±π/4±kπ/2 рад, где k - целое число, блок формирования дополнительно выполняет функции выделения из сигналов I₁, I₂ и I₃, I₄ переменных составляющих I_1АС, I_2АС и I_3АС, I_4АС соответственно и формирования из полученных сигналов измерительного сигнала М, соответствующего выражению

8. Устройство по п.6, в котором для измерения переменного электрического тока угол ориентации между парами, задаваемый средством деления, равен ±π/4±kπ/2 рад, где k - целое число, блок формирования дополнительно выполняет функции выделения из сигналов I₁, I₂ и I₃, I₄ постоянных и переменных составляющих I_1DC, I_2DC, I_3DC, I_4DC и I_1АС, I_2АС, I_3АС, I_4АС соответственно и формирования из полученных сигналов измерительного сигнала М, соответствующего выражению

9. Устройство по п.6, в котором для измерения переменного электрического тока угол ориентации между парами, задаваемый средством деления, равен ±π/4±kπ/2 рад, где k - целое число, блок формирования дополнительно выполняет функции выделения из сигналов I₁, I₂ и I₃, I₄ постоянных и переменных составляющих I_1DC, I_2DC, I_3DC, I_4DC и I_1АС, I_2АС, I_3АС, I_4АС соответственно и формирования из полученных сигналов измерительного сигнала М, соответствующего выражению

где

и

10. Устройство по п.6, в котором для измерения переменного электрического напряжения угол ориентации между парами, задаваемый средством деления, равен ±π/4±kπ/2 рад, где k - целое число, блок формирования дополнительно выполняет функции выделения из сигналов I₁, I₂ и I₃, I₄ постоянных и переменных составляющих I_1DC, I_2DC, I_3DC, I_4DC и I_1АС, I_2АС, I_3АС, I_4АС соответственно и формирования из полученных сигналов измерительного сигнала М, соответствующего выражению

11. Устройство по любому из пп.6-9, в котором для измерения тока в качестве чувствительного элемента датчика выбран объемный оптический материал.

12. Устройство по любому из пп.6-9, в котором для измерения тока в качестве чувствительного элемента датчика выбрано одномодовое оптическое волокно.

13. Устройство по любому из пп.6-9 или 12, в котором для измерения тока в качестве чувствительного элемента датчика выбрано одномодовое оптическое волокно с малым внутренним двойным лучепреломлением.

14. Устройство по любому из пп.6-9, 12 или 13, в котором для измерения тока в качестве чувствительного элемента датчика выбрано одномодовое оптическое волокно, закрученное вдоль оптической оси.

15. Устройство по любому из пп.12-14, в котором на конце оптического волокна установлен отражательный элемент.

16. Устройство по любому из пп.6, 7 или 10, в котором для измерения напряжения в качестве чувствительного элемента датчика выбран электрооптический кристалл с обратно отражающим зеркалом.

17. Устройство по любому из пп.6, 7 или 10, в котором для измерения напряжения в качестве чувствительного элемента датчика выбран электрооптический кристалл с обратно отражающей призмой.

18. Устройство по любому из пп.6, 7, 10, 16 или 17, в котором для измерения напряжения в качестве чувствительного элемента датчика выбран электрооптический кристалл, размещенный между двумя прозрачными стержнями или втулками, например, из плавленного кварца, причем на поверхности кристалла и на торцы стержней или втулок нанесены прозрачные токопроводящие пленочные электроды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26