Устройство для бесконтактного измерения электрического тока

 

ОП ЙСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистичеснмя

Республик (!996942

В

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 20.№81 (21) 3320273/18 21 (Sl) М. Кл . с присоединение(ч заявки №

Ф (23) Приоритет

6 01 R 15/07

G 01 и 13/40

Вкударстми((ь(й кеиятет

СССР ао авлаэт нэв((ретевнй и открытий (5З) УДК б21.317. .7 (088.8) Опубликовано 15.02.83. Бюллетень № б

Дата опубликования описания 15.02.83

« ..» ., с

Киевский ордена Ленина государственный униЪВрвизет"- < " им. Т. Г. Шевченко (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной технике н предназйачено дпя использования в системах электроснабжения с токами повышенной величины.

Известен бесконтактный измеритель электрического тока, содержащий источник линейноиоляризованного света, магнитооптический преобразователь,.выполненный в виде прямоугольной полой призмы, охватывающей контролирусмый токопровод, блок вращения плоскости поляризации, помещенный. перед входом магнитооптического преобразователя и соединенный с выходом формирователя опорного электри-. ческого сигнала, четвертьволновую пластину, установленную между источником линейно-поляризованного света н блоком вращения плоскости поляризации. фотоирисмннк. оптически связанный с выходом магнитооптического преобразователя через блок вращения плоскости поляризации, блок фиксации разности фаз, . входы которого подключены к выходам формирователя опорного электрического снп(ала н фотоприемника, блок регисгр(цин. сослн2 пенный с выходом блока фиксации разности фаз (1).

Недостаток данного устройства определяется значительным фазовым набегом в магнитооптической среде, который зависит от взаимного положения источника света и магнитооптического преобразователя, а также выражается в аналоговом характере выходного сигнала измерительной информации.

1о Наиболсе близким тсхническим решением к изобретению является устройство для бесконтактного измерения электрического тока, содсржащсе расположенный вокруг контролируемого токоировода кольцевой газовый лазер с квазннзотроиным ретонатором, анализатор, уста-( новленный на выходе лазера, фотоирисминк, вход которого подключен к выходу анализатора„а выход -- к иходу блока з регистрации. Принцип нзмсрсиня. реализуемый данным измерителем, основан иа эффекте расщепления частоты генсраш(н и ко;((.((сном лазере, помс-! цеииом и ирюдоль(н)с миг((и1(юс иоле кОР ролнруемого тока (21. генератора 15, Выходное излучение лазера, содержащее информацию о величине тока, про- ходит анализатор 16 и принимается фотоприемником 17. Далее электрический сигнал на частоте расщепления поступает в блок 18 регистрации (частотомер, электронно-вычислительную машину).

Длина резонатора выбирается такой, чтобы в линию усиления активной средЫ попадало несколько мод. В резонаторе возбуждаются волны циркулярных поляризаций за счет фарадеевского вращения плоскости поляризации излучения в активной среде, помещенной в продольное магнитное поле измеряемого тока;

При этом каждая продольная мода расщепляется по частоте на две моды с ортогональными. круговыми поляризациями, причем распределение является пропорциональным току в токопроводе 1. Если модулируюшее напряжение на модуляторе 14 отсутствует, то расщепление оказывается различным для каждой продольной моды. При подаче модулирующего напряжения на модулятор 14 происходит фазовая синхронизация циркулярно-поляризованных продольных мод резонатора, отдельно мод правой круговой поляризации и отдельно левой. В этом случае расщепление между модами определяется не дисперсией активной среды для каждой моды в отдельности, а усредненной дисперсией Ilo всем модам, так как в режиме синхронизации моды жестко связаны внешним модулируюшим сигналом. Расщепление становится одинаковым дпя всех продольных мод и менее чувствительным к малым изменениям периметра резонатора. Влияние дисперсии тем меньше, чем больше мод попадает в линию усиления среды

За счет использования многомодового синхронизованного режима повышается, таким образом, отношение сигнал — шум. В режиме синхронизации происходит стабилизация мсжмодового интервала, который отображает коэффициент пропорциональности между частотой расщепления и разностью фазовых набегов для волн правой и левой круговых поляризаций.

В предложенном устройстве оказывается возможным определение частоты расщепления по биениям двух любых продольных мод различной поляризации. Частота биений сооответствует сумме частот расщепления и межмодовых интервалов. В связи с этим частота расщепления может определяться при достаточно больших тока в токопроводе 1 вплоть до возникновения магнитоплазменных явлений в активной среде в полях порядка 500 Э, В предлагаемом устройстве отсутствует зависимость частоты расщепления мод от изменений периметра резонатора, поэтому QTIQдает необходимость стабилизации периметра.

3 99б942 4

Недостаток известного устройства заключается в том, что частота расгцепления мод существенно зависит от периметра резонатора.

При колебаниях периметра, соизмеримых с тепловыми расширениями, затягивание для мод правой и левой круговых поляризаций меняется по-разному, что обуславливает изменение частоты расщепления мод. При перестройке периметра .резонатора меняется, кроме того, межмодовое расстояние лазера, 1О

Поскольку это расстояние оказывается пропорциональным расщеплению мод, его вариации также предопределяют существенные погреш-! ности измерения.

Известное устройство .работает в одно- 1$ частотном режиме и, как следствие, .характеризуется небольшим диапазоном измеряемых токбв (до 10 — 15 кА). Это связано с уменьшением до нуля области совместной генерации расщепленных мод при раздвижении ли- эО ний усиления активной среды в увеличивающемся магнитном поле измеряемого тока, Многочастотный режим работы, обеспечивающий расширение диапазона измерения, данному устройству несвойственен, поскольку у в этом случае каждая продольная мода расщепляется по частоте на различную величину из-за 1зеодинакового затягивания мод на разных участках линии усиления активной среды.

Цель изобретения — повышение точности подобного измерительного устроиства и расширение его диапазона измерения.

Поставленная цель. достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения электрического тока, содержащее расположенный вокруг контролируемого токопровода кольце35 вой газовый лазер с квазиизотропным резонатором, анализатор, установленный на выходе лазера,. фотоприемник, вход которого подключен к выходу анализатора, а выход — к входу блока регистрации, введены модулятор

ЯО лазерного излучения и высокочастотный генератор, настроенный на частоту межмодовых биений, причем модулятор помещен непосредственно в резонатор лазера, а выход генератора соединен с управляющим входом модулятора.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного устройства для бесконтактного измерения электрического тока.

Токопровод 1 с измеряемым током окружен газовым лазером, резонатор которого состоит из восьми зеркал 2-9. В плечи резонатора помещены активные усиливающие элементы 10 — 13 и модулятор (например, акусто--оптический из плавленного кварца) 14, который модулирует лазерное излучение на частоте межмодовь1х бпснпй. На модулятор 14 подается напряжение от высокочастотного

Формула изобретения

5 99б942 4

Экспериментально был получен сигнал на час- подключен к выхеду анализатора, а выход— тоте расщепления при токе порядка 30 кА. к вхоцу биока региствации, о т л и ч а ю

Предполагаемая точность (в относительных щ е е с я тем, что, с целью повышения единицах), которая может быть получена при точности и расщивеиия диапазона измерения, практическом использовании предложенного у в него введены аиадулятор лазерного излучеустройства, составляет 10, а диапазон из- ния и высокочасютиьаи генератор, настроеимерения достигает 200 кА. ный на частоту межмощщых биений. линчем модулятор помещен непосредственно в резонатор лазера, а выход генератора соединен с

10 управляющим входом модулятора.

Устройство для бесконтактного измерения электрического тока, содержащее расположенный вокруг контролируемого токопровода кольцевой газовый лазер с квазииэотропным 1$

:резонатором, анализатор, установленный на выходе лазера, фотопрнемник, вход которого

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 757990, кл. G 01 R 13/40, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке

К 2712743/18 — 21, кл. G 01 R 13/40, 1979.

996942

Составитель Л. Морозов

Техред М.Костик

Корректор И. )))улла

Редактор К. Воло цук

Заказ 925/62

Тираж 708

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобре1ений и открытий

1)3035, Москва, Ж-35, 1 аугнская наб„д. 4/5

Подписное филиал ППП )1атчп". г. Уж »род, ул. Проектная, 4