Волоконно-оптический измерительный преобразователь тока



Волоконно-оптический измерительный преобразователь тока

 


Владельцы патента RU 2451941:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (ОАО "НИИ ОЭП") (RU)

Изобретение относится к области электромагнитных измерений и может быть использовано в электроэнергетике, в измерительной технике высоких напряжений, в области релейной защиты и автоматики. Устройство содержит источник света, формирующую оптику в виде микрообъектива, поляризатор, поляризационно-нейтральный светоделитель, блок регистрации интенсивности ортогонально поляризованных составляющих света, который состоит из анализатора в виде поляризационного светоделителя и двух фотодетекторов. Чувствительный элемент выполнен из spun световода в виде охватывающей проводник с измеряемым током петли из по крайней мере одного витка волокна. Узел обратного ввода излучения в волокно выполнен в виде микрообъектива и зеркала Фарадея. Торцы световода выполнены без осевого отражения света, a spun световод выбран с разными знаками относительных температурных коэффициентов константы Верде материала сердцевины волокна и длины биений встроенного линейного двойного лучепреломления. Технический результат - высокая точность и стабильность работы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электромагнитных измерений и может быть использовано в электроэнергетике, в измерительной технике высоких напряжений, в области релейной защиты и автоматики.

Традиционно для измерения переменных токов в электроэнергетике и промышленности используются электромагнитные измерительные трансформаторы тока, обладающие рядом специфических ограничений по условиям функционирования, изоляционным параметрам, точности и стабильности измерений и т.д. Альтернативой измерительным трансформаторам являются волоконно-оптические измерительные преобразователи тока, основанные на использовании магнитооптического эффекта Фарадея - вращения плоскости поляризации света в продольном магнитном поле, применяемые в сочетании с современными цифровыми технологиями обработки сигналов и передачи данных.

В волоконно-оптических измерительных преобразователях тока используются световоды типа twist и spun. Первый тип световода обычно изготавливается из одномодового стекловолокна с предельно малым (~1÷2°/м) сдвигом фаз внутреннего двойного лучепреломления (ДЛП). Для изготовления чувствительного элемента датчика волокно упруго закручивается вокруг собственной оси с целью создания в нем сильного циркулярного ДЛП, многократно превышающего по величине любые линейные двулучепреломления, наведенные внешними воздействиями. Такая операция необходима для уменьшения зависимости чувствительности датчика от степени искривления волокна в процессе намотки его вокруг проводника с измеряемым током. Однако необходимость принятия специальных мер для «удержания» закрученного состояния волокна в оптическом кабеле существенно усложняет технологию изготовления непосредственно чувствительного элемента датчика, особенно при свободной форме измерительного контура.

Второй тип световода (spun) изготавливают из заготовки с сильным встроенным линейным ДЛП, которую вращают в процессе термической вытяжки волокна. Поскольку закручивание волокна в этом случае не является упругим, в нем не возникает циркулярное ДЛП, обусловленное упругооптическим эффектом. Поэтому механизм подавления воздействия добавочных ДЛП в местах изгибов волокна, другой - такие двулучепреломления теряются на фоне сильного встроенного линейного ДЛП. Влияние последнего на чувствительность датчика, в свою очередь, нивелируется очень быстрым вращением осей ДЛП относительно проходящего света. «Замороженность» закрученного состояния spun волокна упрощает технологию изготовления чувствительного элемента по сравнению с twist световодом.

Особенностью эффекта Фарадея является его «невзаимность»: при смене направления распространения света направление магнитооптического вращения поляризации не меняется. Поэтому разработчики волоконно-оптических измерительных преобразователей тока предпочитают использовать схему с двойным проходом излучения по волокну (туда и обратно), позволяющую при одинаковых размерах чувствительного контура потенциально вдвое увеличить угол магнитооптического поворота - физический механизм измерения тока.

Известна схема регистрации тока на основе эффекта Фарадея в одномодовом стекловолокне [Kim B.Y., Park D, Choi S.S. Use of polarizationoptical time domain reflectometry for observation of Faraday effect in singlemode fibers // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1982. V.18, №4. P.455-456], включающая источник света (лазерный диод), размещенную по ходу луча формирующую оптику (микрообъектив), поляризатор, выполненный в виде поляризационного светоделителя и оптически связанный с блоком регистрации интенсивности света из линзы и фотодетектора, узел ввода излучения в сердцевину волокна в виде микрообъектива, чувствительный элемент в виде петли из нескольких витков одномодового стекловолокна, и зеркала на торце световода. Чувствительность преобразователя, построенного по такой схеме, крайне нелинейная и зависит от многих факторов.

Известен волоконно-оптический измерительный преобразователь тока, выбранный нами в качестве прототипа [Laming R.I., Payne D.N. Electric current sensor employing spun highly birefringent optical fibers // J. Lightw. Technol. 1989. V.7, №12. P.2084-2094.], включающий источник света (лазерный диод), размещенную по ходу луча формирующую оптику, поляризатор, поляризационно-нейтральный светоделитель, оптически связанный с блоком регистрации интенсивности ортогональных составляющих света, состоящим из анализатора в виде поляризационного светоделителя и двух фотодетекторов, узел ввода излучения в волокно, чувствительный элемент в виде петли из нескольких витков spun световода, узел обратного ввода излучения в сердцевину волокна в виде формирующей оптики и зеркала Фарадея, состоящего из 45-градусного вращателя Фарадея и зеркала. Использование в схеме датчика зеркала Фарадея позволило в значительной степени нивелировать влияния ДЛП вдоль волокна, обусловленные его изгибами при формировании чувствительного контура. Однако условия оптимальной ориентации анализатора (рабочей точки) нарушаются в связи с конечными температурной и спектральной зависимостями характеристик магнитооптического стекла и возможной временной деградацией свойств постоянного магнита, используемых во вращателе Фарадея. Это приводит к возникновению дополнительных ошибок измерения.

Мной было обосновано и экспериментально подтверждено, что существует строго определенная зависимость между величинами чувствительности измерительного преобразователя тока и возможными колебаниями чувствительности при изменении ориентации плоскости чувствительного контура в пространстве, с одной стороны, и поляризационными характеристиками spun световода и размерами измерительного контура - с другой. Выведены формулы такой зависимости.

Предложен высокоточный и стабильный волоконно-оптический измерительный преобразователь тока на основе spun световода, положение рабочей точки которого не зависит от спектральных, температурных и геометрических условий прохождения света по волокну, а также от характеристик магнитооптического стекла и свойств постоянного магнита, используемых во вращателе Фарадея.

Такой технический результат получен, когда в волоконно-оптическом измерительном преобразователе тока на основе spun световода, включающем источник света, расположенные по ходу луча формирующую оптику в виде микрообъектива, поляризатор, поляризационно-нейтральный светоделитель, оптически связанный с блоком регистрации интенсивности ортогонально поляризованных составляющих света, состоящим из анализатора в виде поляризационного светоделителя и двух фотодетекторов, узел ввода излучения в сердцевину spun световода, из которого выполнен чувствительный элемент в виде охватывающей проводник с измеряемым током петли по крайней мере из одного витка волокна, и узел обратного ввода излучения в волокно в виде микрообъектива и зеркала Фарадея, новым является то, что торцы световода выполнены без осевого отражения света, шаг Lβ биений встроенного линейного двойного лучепреломления spun световода выбран из условия:

где ±Δη - заданные максимально возможные колебания чувствительности измерительного преобразователя относительно заданного среднего значения чувствительности при изменении положения чувствительного контура в пространстве, где определено по отношению к чувствительности измерительного преобразователя с идеальным изотропным световодом и имеет размерность в относительных единицах;

LR - длина биений линейного двойного лучепреломления, обусловленного искривлением волокна с радиусом изгиба R, имеет размерность длины;

шаг Lγ закрутки осей линейного двойного лучепреломления spun световода выбран из условия:

где Lβ - шаг биений встроенного линейного двойного лучепреломления spun световода, имеет размерность длины;

- среднее значение чувствительности имеет размерность в относительных единицах;

a spun световод выбран с разными знаками относительных температурных коэффициентов V константы Верде материала сердцевины волокна (V-1dV/dT) и длины Lβ биений встроенного линейного двойного лучепреломления (L-1βdLβ/dT).

Подходы к выполнению торцов spun световода без осевого отражения света известны.

Подходы к нахождению длины LR биений линейного двойного лучепреломления, обусловленного искривлением волокна с радиусом изгиба R, известны.

Подходы к определению чувствительности измерительного преобразователя с идеальным изотропным световодом известны.

Если хотят повысить устойчивость преобразователя к изменениям температурных, спектральных или геометрических условий функционирования, то в узел обратного ввода излучения в волокно между микрообъективом и зеркалом Фарадея дополнительно вводят анизотропный кристалл, оптические и геометрические параметры которого выбраны такими, что траектории ортогонально поляризованных пучков света внутри кристалла меняются местами после отражения от зеркала Фарадея (п.2 формулы).

Подходы к выбору и выполнению анизотропного кристалла с необходимыми оптическими параметрами и геометрией известны.

Если источник излучения выполнен в виде лазерного диода и необходима стабилизация интенсивности его генерации, то поляризатор выполняют в виде светоделителя, и в схему дополнительно вводят оптически связанное с ним зеркало. Зеркало выполняет функцию внешнего зеркала составного резонатора лазерного диода (п.3 формулы).

На чертеже представлена общая схема измерительного преобразователя, где источник 1 света (например, лазерный диод), формирующая оптика - микрообъектив 2, поляризатор (поляризационный светоделитель) 3, поляризационно-нейтральный светоделитель 4, микрообъектив 5, оптический коннектор 6, чувствительный элемент 7, проводник 8 с измеряемым током, оптический коннектор 9, микрообъектив 10, анизотропный кристалл 11, стержень 12 из магнитооптического стекла, магнит 13, зеркало 14, линза 15, поляризационный светоделитель 16 (призма Волластона), фотодиоды 17 и 18, зеркало 19.

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 коллимируется микрообъективом 2, проходит через фильтр - поляризационный светоделитель 3, поляризационно-нейтральный светоделитель 4 (оптимальный коэффициент деления 50%/50%) и микрообъективом 5 фокусируется в сердцевину стекловолокна, концы которого вклеены в стандартные оптические коннекторы 6 и 9 световода. Последний образует чувствительный контур 7 из n витков волокна вокруг проводника 8 с измеряемым током. Для предотвращения интерференционных эффектов между торцами световода, а также нежелательного наложения на полезный сигнал френелевского отражения от торцов срезы волокна полируются наклонно по отношению к оси излучения, либо на срезы волокна наносится просветляющее покрытие. Излучение с выхода волокна коллимируется микрообъективом 10 и после отражения от зеркала Фарадея вновь фокусируется в сердцевину световода. В результате для обратно проходящего по световоду излучения быстрые и медленные оси локальных линейных ДЛП в волокне меняются местами, и, при отсутствии магнитооптического (МО) эффекта, трансформация состояния поляризации (СП) происходит в обратном порядке до восстановления линейного состояния поляризации, ортогонального входному. Таким образом осуществляется ортогональное преобразование СП, что приводит к нивелированию влияний ДЛП, возникающих при изгибах световода. Однако вариации СП света вдоль световода приводят к тому, что вклад различных частей световода в суммарное проявление эффекта Фарадея становится неодинаковым, а общая величина эффекта Фарадея остается зависимой от поляризационных параметров световода и геометрии измерительного контура.

Часть излучения с выхода световода отражается от диагональной грани светоделителя 4 и через собирающую линзу 15 попадает на анализатор - призму Волластона 16, разделяющую пучок на две линейно-ортогональные поляризационные составляющие. Интенсивности последних (I1 и I2) регистрируются с помощью фотодиодов 17 и 18 и обрабатываются по определенному алгоритму для нахождения величины измеряемого тока. Подходы к определению алгоритма обработки измерительных сигналов известны.

Для обеспечения долговременной стабильной работы преобразователя задают требуемые значения чувствительности и максимально допустимый размах ее колебаний в процессе эксплуатации. Среднее значение чувствительности волоконно-оптического измерительного преобразователя тока с чувствительным контуром из световода типа spun, определенное по отношению к чувствительности измерительного преобразователя с чувствительным контуром из идеального изотропного световода, находится из выражения:

а возможные вариации чувствительности ±Δη относительно среднего значения определяются выражением:

Последняя формула определяет параметр долговременной стабильности реакции преобразователя на измеряемый ток. Другими словами, задавая на этапе проектирования измерительного преобразователя величину максимально допустимых вариаций чувствительности относительно заданной величины среднего значения чувствительности, и опираясь на известные геометрические размеры предполагаемого чувствительного контура, мы можем определять необходимые поляризационные параметры spun световода.

Таким образом, построение измерительного преобразователя по предложенной схеме, со spun световодом, параметры которого определены заранее, исходя их поставленной измерительной задачи, обеспечивает высокоточное и стабильное измерение тока.

Если в узле обратного ввода излучения в волокно дополнительно разместить анизотропный кристалла 11 (п.2 формулы), оптические параметры и геометрия которого подобраны таким образом, что траектории ортогонально поляризованных пучков света внутри кристалла меняются местами после двойного прохода МО стержня 12, расположенного по оси кольцевого магнита 13, с промежуточным отражением от плоского зеркала 14, то мы обеспечим фиксирование положения рабочей точки измерительного преобразователя относительно анализатора независимо от реального угла МО поворота плоскости поляризации вовращателе Фарадея и от возможных изменений температурных, спектральных или геометрических условий прохождения излучения по волокну. Это приведет к повышению точности измерения тока в реальных условиях.

Если источник излучения выполнен в виде лазерного диода и необходима стабилизация мощности его генерации, для реализации режима пассивной стабилизации интенсивности генерации лазерного диода в схеме с протяженным составным резонатором, поляризатор 3 выполняют в виде светоделителя, и в схему дополнительно вводят оптически связанное с ним зеркало 19, жестко установленное на некотором расстоянии от излучающей поверхности кристалла диода и выполняющее роль внешнего зеркала составного резонатора (п.3 формулы). Оптическая связь с зеркалом осуществляется за счет отражения части излучения диода от диагональной грани поляризационного светоделителя 3 при небольшом фиксированном развороте последнего вокруг оси излучения относительно положения с максимальным пропусканием.

Пример конкретного исполнения (по п.2 и п.3 формулы).

На предприятии ФГУП «НИИКИ ОЭП» изготовлен макетный образец волоконно-оптического измерительного преобразователя тока. Техническое задание Заказчика предусматривало разработку и изготовление измерительного преобразователя класса точности 0,5 для измерения переменного тока с номинальным значением 3 кА (rms - среднеквадратичное значение) в объемном токопроводе диаметром 75 мм, находящемся под высоким напряжением 5 кВ. В качестве источника излучения был выбран одномодовый лазерный диод ML1016R фирмы «Mitsubishi» (длина волны излучения λ=658 нм, средняя мощность излучения 30 мВт). Исходя из допустимой погрешности измерения номинального тока (±0,5%) и опираясь на минимальный радиус изгиба волокна, ограниченный поперечным размером токопровода (R=39 мм - с учетом внешней оболочки световода), были рассчитаны необходимые поляризационные параметры spun световода, используемого в качестве чувствительного элемента:

Здесь LR=400 πR2 - приведенное для стекловолокна с внешним диаметром 125 мкм выражение из [1] для рабочей длины волны излучения λ=658 нм. Исходя из номенклатуры spun волокна изготовителя, остановились на значении LR=4 мм для длины волны 600 нм, что соответствует LR=4,39 мм для рабочей длины волны. Предполагая достижение относительной величины средней чувствительности преобразователя =0,85÷0,9 от максимально возможной при использовании идеального световода, необходимое значение параметра Lγ определили из условия (2). Исходя из номенклатуры spun волокна изготовителя, остановились на значении Lγ=3,333 мм.

Измеренное значение шумов интенсивности генерации лазерного диода, применяемого в схеме измерительного преобразователя, составило не более 0,01÷0,015% (rms) при использовании внешнего зеркала составного резонатора. С учетом того, что класс точности 0,5 предусматривает измерение тока величиной 5% от номинального значения (нижняя граница диапазона измерения с нормируемой ГОСТом погрешностью) с погрешностью не более 1,5%, определили, что при номинальном токе общая величина переменного магнитооптического вращения должна составлять ~0,2 рад (rms). Используя значение константы Верде для плавленого кварца V≈4,25 мкрад/А (λ=658 нм) [2] и учитывая относительную величину чувствительности преобразователя, определили необходимое число витков чувствительного контура n=16. С учетом полуметровых свободных концов светопровода для обеспечения изоляции от высокого напряжения получили общую длину светопровода L≈5 м. Таким образом, в качестве чувствительного элемента измерительного преобразователя был выбран светопровод общей длиной 5 м из стекловолокна марки «LBSpun» производства «Oxford electronics» (длина биений Lβ=4 мм для λ=600 нм, шаг закрутки осей ДЛП Lγ=3,333 мм). Торцы волокна вклеивались в стандартные оптические коннекторы типа FC/ARS. В качестве анизотропного кристалла использовался кристалл кальцита СаСО3 длиной 17 мм, рабочие грани которого были обработаны под углами 45° и 25° к оптической оси кристалла. В качестве сердечника вращателя Фарадея использовался стержень из магнитооптического стекла МОС 101. В качестве постоянного магнита использовался набор магнитных колец из сплава Nd-Fe-B. Измеренная величина угла поворота плоскости поляризации света при однократном прохождении вращателя Фарадея составляла 31,5°. Это значение не совпадало с оптимальной величиной угла поворота (45°), однако использование анизотропного кристалла позволило осуществить строго ортогональное преобразование СП света при прохождении в прямом и обратном направлении кристалла и зеркала Фарадея. Для измерения интенсивности ортогонально поляризованных компонент света использовались фотодиоды ФД-256, работающие в фотодиодном режиме. Для оцифровки измеренных сигналов использовался 16-разрядный аналого-цифровой преобразователь DAQCard-Al-16XE-50 фирмы «National Instruments». Для обработки измерительных сигналов и представления результатов использовалась среда графического программирования LabVIEW.

Результаты измерения переменного тока макетным образцом волоконно-оптического преобразователя подтвердили правильность выбора необходимых параметров spun световода и чувствительного контура. Долговременная погрешность измерения тока в диапазоне от 5 до 120% от номинального значения не выходила за рамки допустимых для класса точности 0,5.

Оценка температурной стабильности реакции макетного образца измерительного преобразователя проводилась с использованием естественного нагрева световода при длительном протекании номинального тока по проводнику. При росте температуры от 20°С до 40°С относительные изменения чувствительности измерительного преобразователя составили ~+0,3%. Рост чувствительности за счет возрастания константы Верде, исходя из ее относительной температурной зависимости V-1dV/dT=+0,7×10-4 К-1 [3], мог составить в этих условиях не более 0,15%. Очевидно, что дополнительный сдвиг чувствительности обусловлен температурной зависимостью соотношения Lβ/Lγ используемого нами spun световода. Пренебрегая относительным изменением шага закрутки вследствие малого коэффициента линейного расширения плавленого кварца (L-1dL/dT<0,6×10-6 К-1 [4]), получили для используемого в макетном образце измерительного преобразователя spun светопровода температурный коэффициент изменения длины биений встроенного ДЛП L-1βdLβ/dT ~+4×10-4 К-1. Отрицательный знак температурного коэффициента обсуждаемой величины позволил бы полностью нейтрализовать температурную зависимость чувствительности датчика при использовании spun световода с специально подобранным соотношением параметров Lβ/Lγ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ulrich R., Rashleigh S.C., Eickhoff W. Bending-induced birefringence in single mode fibers // Opt. Lett. 1980. V.5. P.273-275.

2. Rose A.H., Etzel S.M., Wang C.M. Verdet constant dispersion in annealed optical fiber current sensor // J.Lightw. Technol. 1997. V.15, №5, P.803-807.

3. Williams P.A., Rose A.H., Day G.W., Milner Т.Е., Deeter M.N. Temperature dependence of the Verdet constant in several diamagnetic glasses // Appl. Opt. 1991. V.30, №10. P.1176-1178.

4. Marvin J.W. Handbook of optical materials // CRC Press, 2003.

1. Волоконно-оптический измерительный преобразователь тока на основе spun световода, включающий источник света, расположенные по ходу луча формирующую оптику в виде микрообъектива, поляризатор, поляризационно-нейтральный светоделитель, оптически связанный с блоком регистрации интенсивности ортогонально поляризованных составляющих света, состоящим из анализатора в виде поляризационного светоделителя и двух фотодетекторов, узел ввода излучения в сердцевину spun световода, из которого выполнен чувствительный элемент в виде охватывающей проводник с измеряемым током петли по крайней мере из одного витка волокна, и узел обратного ввода излучения в волокно в виде микрообъектива и зеркала Фарадея, отличающийся тем, что торцы световода выполнены без осевого отражения света, шаг Lβ биений встроенного линейного двойного лучепреломления spun световода выбран из условия:
,
где ±Δη - заданные максимально возможные колебания чувствительности измерительного преобразователя относительно заданного среднего значения чувствительности при изменении положения чувствительного контура в пространстве, где определено по отношению к чувствительности измерительного преобразователя с идеальным изотропным световодом и имеет размерность в относительных единицах;
LR - длина биений линейного двойного лучепреломления, обусловленного искривлением волокна с радиусом изгиба R, имеет размерность длины;
шаг Lγ закрутки осей линейного двойного лучепреломления spun световода выбран из условия:
,
где Lβ - шаг биений встроенного линейного двойного лучепреломления spun световода, размерность длины;
- среднее значение чувствительности, имеет размерность в относительных единицах;
a spun световод выбран с разными знаками относительных температурных коэффициентов V константы Верде материала сердцевины волокна (V-1dV/dT) и длины Lβ биений встроенного линейного двойного лучепреломления (L-1βdLβ/dT).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в узел обратного ввода излучения в волокно между микрообъективом и зеркалом Фарадея дополнительно введен анизотропный кристалл, оптические и геометрические параметры которого выбраны такими, что траектории ортогонально поляризованных пучков света внутри кристалла меняются местами после отражения от зеркала Фарадея.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник излучения выполнен в виде лазерного диода, поляризатор выполнен в виде светоделителя, а в схему дополнительно введено оптически связанное с ним зеркало.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения тока в проводнике в режиме реального времени, в частности в системе индикации коротких замыканий, измерения мгновенных значений тока, активной и реактивной мощности, фазы, полярности.

Изобретение относится к волоконно-оптическим датчикам тока и работает на принципе эффекта Фарадея. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цепях переменного тока, находящихся под высоким потенциалом относительно земли. .

Изобретение относится к способу фазочувствительной оценки тока (КР) проводимости рельсовой цепи (КО), в котором его течение исследуют на наличие первой частоты (1К), второй частоты (2К), вплоть до последней частоты (РК), и упомянутым частотам присваивают соответствующие временные окна (1СО, 2СО, вплоть до РСО), с помощью которых осуществляют деление тока (КР) проводимости на временные сегменты, чтобы установить значения всех первоочередных, второочередных парциальных амплитуд, вплоть до парциальных амплитуд последней очереди (1РА, 2РА, вплоть до РРА) действительных значений (ОН) тока (КР) проводимости, а также значения всех соответствующих первоочередных, второочередных парциальных фаз, вплоть до парциальных фаз последней очереди (1PF, 2PF, вплоть до PPF) действительных значений (ОН) тока (КР) проводимости, при этом значения всех первоочередных, второочередных действующих составляющих, вплоть до действующих составляющих последней очереди (US1, US2.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для оперативного измерения и индикации электрических величин. .

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано для формирования напряжения питания для выходных каскадов ответственных сигналов с заданной вероятностью перевода выходных сигналов в пассивное состояние при отказе устройств, ответственных за их формирование.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в датчиках тока ротора для регулирования режимом возбуждения генератора, а также для диагностики состояния роторной обмотки.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в устройствах преобразования непрерывного сигнала в частоту с высокими требованиями к точности преобразования.

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к измерению параметров разрядников с шунтирующими сопротивлениями и ограничителей перенапряжений, предназначенных для защиты электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к преобразователям напряжения в длительность импульсов

Изобретение относится к автомату защиты от тока неисправности. Технический результат изобретения заключается в создании автомата защиты от тока неисправности с высоким разрешением сигнала тока неисправности в широком динамическом диапазоне при исключении в значительной степени перерегулирования, характеризующегося низкими стоимостями компонентов. При этом достигается повышение эксплуатационной готовности и надежности автоматов защиты от тока неисправности с зависимой от сетевого напряжения электроникой срабатывания. Автомат (1) защиты от тока неисправности содержит первый блок (2), выполненный с возможностью детектирования тока неисправности в электрической сети энергоснабжения и выдачи аналогового сигнала тока неисправности, первый аналого-цифровой преобразователь (3) для преобразования аналогового сигнала тока неисправности в цифровой сигнал тока неисправности, первый цифровой блок (4) обработки сигнала и второй блок (5) для заданного размыкания размыкающих контактов (6) в электрической сети энергоснабжения, для обеспечения хорошего разрешения сигнала тока неисправности в широком динамическом диапазоне. Предусмотрено, что автомат (1) защиты от тока неисправности содержит первое средство (7) для, в частности, заданного изменяющегося согласования аналогового сигнала тока неисправности с аналого-цифровым преобразователем (3). 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство для масштабного преобразования тока и напряжения с гальванической развязкой между высоковольтной сетью и приборами измерения на основе аналого-цифрового кодирования величин тока и напряжения с последующим излучением модулированного светового потока. Устройство содержит изоляционную конструкцию, первичный масштабный преобразователь тока, первичный масштабный преобразователь напряжения (высокоомный делитель напряжения), аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом, световод, приёмное устройство, блок питания, быстронасыщающийся трансформатор тока с дополнительной обмоткой, триггерное устройство. Изобретением решается задача бесперебойного питания компонентов, находящихся на высоком потенциале, и снижения энергопотребления. Блок питания получает энергию от высоковольтной сети через быстронасыщающийся трансформатор. При пропадании тока в сети, но при наличии напряжения триггерное устройство подключает дополнительную обмотку между сетью и первичным масштабным преобразователем напряжения, обеспечивая через трансформатор энергией блок питания. При появлении тока в сети триггерное устройство отключает дополнительную обмотку, трансформатор начинает работать в штатном режиме, извлекая энергию для блока питания из сети. Технический результат состоит в повышении надёжности устройства и снижении его энергопотребления. 1 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения токов и напряжений. Электронный датчик тока и напряжения на высоком потенциале содержит измерительный модуль, высоковольтный токопровод, соединенные с аналого-цифровым преобразователем. Вход питания аналого-цифрового преобразователя соединен с аккумулятором посредством блока выбора питания, а также с оптическим источником питания. Выход делителя напряжения соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого выведены из измерительного модуля посредством оптических каналов. Делитель напряжения закреплен в опорном изоляторе. В измерительном модуле дополнительно расположены преобразователь напряжения, соединенный с низковольтным плечом делителя напряжения. Оптические каналы соединены с коммуникационным модулем, содержащим коммуникационный контроллер, блок питания, модуль накачки лазерного диода, блок сигнализации. Также устройство содержит интерфейс SPI. Технический результат изобретения - повышение стабильности измерения тока и напряжения на высоком потенциале. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ и устройство для определения входного напряжения трансформатора местной сетевой станции. При реализации способа измеряют входной ток, выходной ток и выходное напряжение трансформатора, а также фазовый угол между выходным током и выходным напряжением, определяют с их помощью коэффициент трансформации и полную проводимость поперечного звена p-эквивалентной схемы трансформатора местной сетевой станции и на основе определенных коэффициента трансформации и полной проводимости определяют входное напряжение трансформатора местной сетевой станции. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования основан на формировании интервала преобразования, состоящего из конечного числа интервалов времени фиксированной длительности, и формировании в течение каждого интервала преобразования непрерывной развертывающей функции путем интегрирования суммы или разности входного и опорного напряжений в течение каждого интервала времени фиксированной длительности. Результат преобразования определяют как произведение масштабирующего коэффициента и опорного напряжения, а масштабирующий коэффициент вычисляют как отношение разности всех интервалов времени фиксированной длительности, соответствующих подключениям положительного и отрицательного опорных напряжений в течение интервала преобразования, к длительности интервала преобразования. Затем формируют дополнительные интервалы времени, длительность которых меньше длительности интервалов времени фиксированной длительности в целое число раз, изменяют полярность опорного напряжения, если на предыдущем фиксированном интервале времени происходит изменение полярности развертывающей функции, причем все нечетные переходы синхронизируются интервалами времени фиксированной длительности, а четные - интервалами дополнительной длительности. Технический результат - повышение точности. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в телеметрических системах с времяимпульсной модуляцией. Преобразователь напряжений в интервалы времени содержит последовательную RC-цепь, клемму напряжения смещения, источники преобразуемого напряжения, триггер, выходную клемму, первый, второй, третий и четвертый элементы И, резистор, аналоговый мультиплексор, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь коротких импульсов, клемму установки нуля, первый, второй и третий элементы ИЛИ-НЕ, триггер Шмитта, операционный усилитель, клемму запуска, элемент задержки. Два источника преобразуемого напряжения выполнены с детекторами. Технические результаты, на достижение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в упрощении, уменьшении габаритов, повышении технологичности и надежности, повышении точности преобразования и помехозащищенности. 4 ил.
Настоящая группа изобретений относится к защите электрических систем и, более конкретно, относится к способу измерения, анализа и различения сигналов для определения утечки и/или токов повреждения в электрических устройствах, запитанных от таких систем. Способ включает цифровую дискретизацию тока или группы токов в электрической системе с использованием достаточной полосы частот в упомянутой дискретизации для реконструкции амплитуды и фазы созданной электрической частоты и ее гармоник и основной несущей частоты переключающей электроники и боковых полос частот модуляции, анализ в реальном времени сигналов от нескольких преобразователей или точек измерения, чтобы получить информацию по диагностике и местонахождению неисправности в питающих электрических сетях с изолированной нейтралью. При этом способ включает распознавание частотных составляющих токов в электрических системах. Изобретение кроме того раскрывает способы обнаружения замыканий на землю и утечек высокочастотных токов, в частности, хотя и не исключительно, в питающих электрических сетях с изолированной нейтралью (I-T) и/или ограниченным замыканием на землю и, в частности, в питающих электрических сетях в опасных зонах, например, таких как шахты. Изобретение также относится к способу повышения надежности реле при определении утечек на землю, в частности, когда реле работают вместе с электроникой переключения электропитания. Изобретение кроме того относится к способу интерпретации широкополосных сигналов измерений для выявления потенциальных опасностей, которые могут произойти из-за работы переключающей электроники, вместо того чтобы отвергать такие сигналы, как шум, для упрощения анализа. Защитное устройство способно обнаруживать сигналы постоянного тока и более высокой частоты, которые относятся к нормальной и анормальной эксплуатации переключающей силовой электроники, подключенной в качестве нагрузки к электрической системе, при этом осуществляется анализ токов утечки на землю с целью включения защитного оборудования. Технический результат заключается в повышении точности измерения и анализа сигналов электрических систем, включающих переключающую электронику, и улучшении их методов защиты. 3 н. и 36 з.п. ф-лы.
Наверх