МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ТОКА НА ОСНОВЕ ФОТОННОГО ЭХА Российский патент 2006 года по МПК G01R15/24 G01R33/32 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения тока в электрических цепях.

Известно устройство (Магнитооптический измеритель тока: Пат. США №5502373), предназначенное для оптического измерения электрического тока на основе эффекта Фарадея.

Недостатком известного устройства являются низкая чувствительность к измеряемому току, отсутствие возможности регулировки диапазона измеряемых значений тока.

Известно устройство, являющееся примером реализации способа оптоэлектронного измерения электрического тока, регистрирующего нефарадеевский поворот вектора поляризации сигнала фотонного эха (Способ оптоэлектронного измерения тока. - Гладышев А.М., Попов И.И., Самарцев В.В., Евсеев И.В., Чайкин В.Н. // Патент №2223512), включающее источник последовательности разнесенных во времени лазерных импульсов, возбуждающих сигнал фотонного эха, с задаваемыми интенсивностями и временными параметрами (длительностями возбуждающих лазерных импульсов и временными интервалами между ними), входную горизонтально ориентированную поляризационную призму, токопровод, соленоид, кювету с резонансной средой, выходную вертикально ориентированную поляризационную призму, регистратор интенсивности оптических импульсов.

Недостатками известного устройства являются зависимость результатов регистрации тока от температуры окружающей среды, низкая скорость регистрации тока.

Задачей настоящего изобретения является повышение скорости и чувствительности регистрации постоянного тока с регулируемым диапазоном измеряемых величин вне зависимости от температуры окружающей среды. С целью исключения влияния на точность и результаты регистрации угла нефарадеевского поворота вектора поляризации фотонного эха колебаний характеристик резонансной среды, вследствие перепадов температуры, давления и влажности окружающей среды, введены уголковый отражатель, изменяющий направление и смещающий траекторию распространения лазерных импульсов и формирующегося вслед за ними в резонансной среде сигнала фотонного эха, выходная поляризационная призма с двумя выходами для двух оптических сигналов с ортогонально ориентированными векторами поляризации, к первому выходу которой по оптическому тракту подключается поворотное зеркало, от которого оптический тракт идет к первому выходу датчика, второй выход призмы соединяется по оптическому тракту со вторым выходом датчика.

Предлагаемый магнитооптический датчик тока на основе фотонного эха поясняется чертежом, на котором изображена схема измерения электрического тока. Имеется стеклянная кювета 2 с резонансной средой, помещенная внутрь соленоида 1, включенного в разрыв токопровода. Справа торцового окна 6 кюветы 2 установлены две скрещенные относительно друг друга поляризационные призмы Глана 3 и 4, поворотное зеркало 5. Входная призма 3 задает направление линейной поляризации возбуждающих лазерных импульсов ЛИ, поступающих с источника 9 последовательности разнесенных во времени лазерных импульсов, возбуждающих сигнал фотонного эха, с задаваемыми интервалами и временными параметрами (длительностями возбуждающих ЛИ и временными интервалами между ними). Уголковый зеркальный отражатель 7, расположенный слева торцового окна 8, служит для изменения направления и смещения траектории распространения лазерных импульсов и формирующегося вслед за ними в резонансной среде сигнала фотонного эха. Выходная поляризационная призма Глана 4 служит для разложения эхо-сигнала на две составляющие с ортогонально ориентированными направлениями векторов линейной поляризации. Каждая составляющая поступает на свой выход для направления в соответствующий канал регистрации. Также призма 4 не пропускает возбуждающие импульсы на второй выход датчика, так как направление их поляризации оказывается ортогональным направлению ориентации поляризации света, пропускаемого ею. Возбуждающие импульсы и составляющая эхо-сигнала, имеющая вектор поляризации, совпадающий с направлением поляризации возбуждающих импульсов, отражаясь в призме 4, выходят через ее боковой выход на первый выход датчика. Таким образом, входной величиной датчика является ток, протекающий в соленоиде и создающий магнитное поле вдоль кюветы. Входной величиной, снимающей информацию о токе, являются два лазерных импульса, разделенные временным интервалом. Выходной величиной датчика является сигнал фотонного эха, в направлении вектора линейной поляризации которого содержится информация об измеряемом токе. Таким образом, по отношению интенсивностей разделенного эхо-сигнала на вертикальную и горизонтальную ось определяется угол нефарадеевского поворота вектора поляризации фотонного эха в продольном магнитном поле. По формулам [Leukhin A.N., Popov I.I., Polyakov I.N. Principle of construction of the measuring transformer of current, based on the photon echo // PROCEEDINGS OF SPIE. - 1997. - V.3239. - P.474-481] величина этого угла пересчитывается в микропроцессоре в величину тока.

Датчик имеет источник последовательности разнесенных во времени лазерных импульсов с задаваемыми интенсивностями, длительностями импульсов и временными интервалами между импульсами, стеклянную кювету с резонансной средой, помещенную внутрь соленоида. Снаружи от первого торцевого окна кюветы установлены две скрещенные относительно друг друга поляризационные призмы Глана и поворотное зеркало. Снаружи от другого торцевого окна кюветы установлен уголковый зеркальный отражатель. Входная поляризационная призма Глана задает направление линейной поляризации возбуждающих лазерных импульсов. Выходная поляризационная призма Глана служит для разложения сигнала фотонного эха на две ортогональные составляющие. Изобретение направлено на исключение влияния на результат регистрации угла нефарадеевского поворота вектора поляризации фотонного эха колебаний характеристик резонансной среды вследствие изменения температуры, давления и влажности окружающей среды. 1 ил.

Магнитооптический датчик тока на основе фотонного эха, включающий токопровод, кювету с резонансной средой, помещенную внутрь соленоида, включенного в разрыв токопровода, источник последовательности разнесенных во времени лазерных импульсов, возбуждающих сигнал фотонного эха, с задаваемыми интенсивностями и временными параметрами (длительностями возбуждающих лазерных импульсов и временными интервалами между ними), входную горизонтально ориентированную поляризационную призму, установленную у первого торцового окна кюветы, и выходную поляризационную призму, скрещенную относительно входной поляризационной призмы, отличающийся тем, что у другого торцового окна кюветы расположен уголковый зеркальный отражатель, изменяющий направление и смещающий траекторию распространения лазерных импульсов и формирующегося вслед за ними в резонансной среде сигнала фотонного эха, выходная поляризационная призма установлена у первого торцового окна кюветы и имеет два выхода для двух оптических сигналов с ортогонально ориентированными векторами поляризации, к первому выходу выходной поляризационной призмы по оптическому тракту подключено поворотное зеркало, от которого оптический тракт идет к первому выходу датчика, второй выход выходной поляризационной призмы соединен по оптическому тракту со вторым выходом датчика.