ОПТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА Российский патент 2019 года по МПК G01R15/24 

Изобретение относится к измерительному устройству для измерения электрического тока, содержащему источник света для создания поляризованного первичного светового сигнала для подачи в фарадеевское сенсорное приспособление, а также детектор для измерения поставляемого фарадеевским сенсорным приспособлением измененного в поляризации относительно первичного светового сигнала вторичного светового сигнала.

Измерительное устройство этого вида известно, например, из ЕР 0 865 610 В1. При этом измерение электрического тока основывается на так называемом эффекте Фарадея. Под эффектом Фарадея понимается изменение показателя преломления определенных материалов в зависимости от магнитного поля. Этот эффект можно использовать для изменения состояния поляризации света, который проходит через материал. В частности, при линейно поляризованном свете, изменение проявляется в виде поворота плоскости поляризации света. Соответствующий угол поворота в идеальном случае пропорционален интегралу пути магнитного поля вдоль пройденного светом пути в материале. В соответствии с этим, посредством измерения изменения состояния поляризации в детекторе и последующей оценки, можно получать измерительную величину, которая содержит информацию о создающем магнитное поле токе.

Недостатком известного измерительного устройства является то, что точность измерения состояния поляризации, например угла поляризации, которое осуществляется обычно с помощью интерферометров или анализаторов поляризованного сигнала, является относительно затратным и имеет лишь ограниченную точность. Так, этот эффект является однозначным лишь до поворота поляризации 90°, и нелинейности, а также зависимость от температуры этого эффекта Фарадея ограничивают, например, точность. Повышение точности всегда связано с повышением стоимости детектора и повышенной чувствительностью к помехам измерительного устройства.

Задача изобретения состоит в создании измерительного устройства указанного выше вида, которое обеспечивает возможность возможно более точного и надежного измерения.

Задача решена в измерительном устройстве известного из уровня техники вида тем, что предусмотрен компенсационный элемент, с помощью которого обеспечивается возможность компенсации изменения поляризации вторичного светового сигнала за счет противоположного изменения поляризации и вывода зависимого от противоположного изменения поляризации измерительного сигнала для электрического тока.

Изобретение основывается на понимании того, что нулевое измерение по сравнению с непосредственным измерением состояния поляризации можно выполнять более точно, с уменьшенной зависимостью от влияний окружения и с меньшими затратами на схему детектирования. На основании компенсации изменения поляризации вторичного светового сигнала требуется в этом случае лишь настройка детектора на нулевое измерение изменения поляризации. Другими словами, в принципе необходимо измерение в детекторе, которое лишь определяет, имеется или нет изменение поляризации. При этом компенсация поляризации достигается с помощью противоположного изменения поляризации, т.е. за счет нового изменения поляризации, которое действует противоположно достигаемому в фарадеевском сенсорном приспособлении изменению поляризации. Например, может быть компенсирован поворот плоскости поляризации линейно поляризованного первичного светового сигнала на определенный угол поворота посредством нового поворота плоскости поляризации вторичного светового сигнала на угол поворота одинаковой величины, но противоположного направления.

При этом измерительный сигнал для подлежащего измерению электрического тока выводится в зависимости от противоположного изменения поляризации. Это означает, что для вывода измерительного сигнала в измерительном устройстве, согласно изобретению, используется не непосредственно изменение поляризации, а величина противоположной поляризации.

Таким образом, измерительное устройство, согласно изобретению, объединяет преимущества известных основанных на эффекте Фарадея измерительных устройств с преимуществами нулевого измерения.

Другое преимущество измерительного устройства, согласно изобретению, следует из того, что за счет возможности применения световодов между фарадеевским сенсорным приспособлением и детектором в случае применения в технике высокого напряжения может быть экономично реализована изоляция напряжения, поскольку она и без того присуща системе. Компенсационным элементом можно управлять электрически за счет возможности расположения на потенциале земли. Одновременно в этой идеальной рабочей точке может работать детектор. За счет этого может достигаться высокая точность измерения. Дополнительно к этому возможно измерение, которое является независимым от не желательных побочных явлений, например, от температурных явлений. Таким образом, преимуществом данного изобретения является улучшенная надежность измерения.

Данное изобретение пригодно как для измерения постоянных токов, так и для измерения переменных токов.

Фарадеевское сенсорное приспособление для направления первичного светового сигнала может содержать, например, катушку из оптического волокна или стеклянное кольцо. Катушка из оптического волокна, соответственно стеклянное кольцо, намотана вокруг проводника тока или кабеля тока, через который проходит подлежащий измерению электрический ток. За счет многократного прохождения света через создаваемое протекающим током магнитное поле может быть усилено изменение поляризации. Стекло стеклянного кольца является, например, сплошным стеклом.

Компенсационный элемент может быть, например, оптоэлектрическим компенсационным элементом, который содержит проводящие оптические и электрические элементы.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения, компенсационный элемент содержит компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление, а также расположенный вблизи компенсирующего фарадеевского сенсорного приспособления компенсационный проводник тока, при этом вторичный световой сигнал проходит через компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление, и предусмотрена установка компенсационного тока в компенсационном проводнике тока так, что обеспечивается возможность компенсации изменения поляризации вторичного светового сигнала, при этом предусмотрена возможность вывода измерительного сигнала из компенсационного тока. Таким образом, компенсационный проводник тока пропускает ток, который создает компенсирующее магнитное поле. Компенсирующее магнитное поле воздействует на вторичный световой сигнал, поскольку пропускающее вторичный световой сигнал компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление находится в его близи. Компенсирующее магнитное поле вызывает подходящим образом противоположное изменение поляризации, за счет которого компенсируется изменение поляризации вторичного светового сигнала. Компенсационный ток через компенсационный проводник тока можно устанавливать так, что вызывается компенсация изменения поляризации. Таким образом, значение компенсационного тока несет количественную информацию о подлежащем измерению электрическом токе. Поэтому измерительный сигнал может быть выведен из компенсационного тока. Этот вариант выполнения изобретения имеет преимущество относительно простого получения измерительного сигнала из компенсационного тока. При этом детектор целесообразно предназначен для определения, имеется или нет (полная) компенсация изменения поляризации при данном токе через компенсационный проводник тока. Это обеспечивает особенно простую и стабильную конструкцию детектора. Дополнительно к этому, возможные нелинейности детектора не имеют значения.

Предпочтительно, компенсационный элемент содержит регулировочное приспособление, которое предназначено для нулевого регулирования изменения поляризации вторичного светового сигнала или выводимой из него регулировочной величина с помощью компенсационного тока в качестве управляющего воздействия. В соответствии с этим, регулировочное устройство предназначено для изменения компенсационного тока через компенсационный проводник тока, пока изменение поляризации не будет компенсировано с помощью противоположной поляризации в компенсирующем фарадеевском сенсорном приспособлении. Нулевое регулирование в данной связи означает, что регулируемая величина должна быть отрегулирована на заданное значение, равное нулю. При этом регулируемая величина задана изменением поляризации или выведенной из него величиной. Обратная связь в регулировочном контуре осуществляется при этом подходящим образом через полученную с помощью детектора информацию о состоянии поляризации вторичного светового сигнала. Измерительный сигнал для подлежащего измерению электрического тока можно затем получать из значения компенсационного тока. А именно, необходимый для полной компенсации изменения поляризации компенсационный ток несет информацию о подлежащем измерению электрическом токе. Для определения измерительного сигнала можно применять, например, измеряемое на подходящем, пропускающем компенсационный ток измерительном сопротивлении напряжение. Нулевое регулирование позволяет выполнять особенно точное измерение электрического тока. Дополнительно к этому, регулирование можно выполнять активно или пассивно (за счет применения активных, соответственно, пассивных элементов в регулировочном контуре) и оно может происходить высоко динамично. Это приводит предпочтительно к возможно короткому запаздыванию в несколько микросекунд. Быстрота измерения физически задана длиной проводящих свет частей измерительного устройства, а также скоростью детектора.

Предпочтительно, фарадеевское сенсорное приспособление и компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление выполнены одинаковым образом. Если компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление является катушкой из оптического волокна, то витки катушки из оптического волокна могут быть намотаны вокруг компенсационного проводника тока. Для этого количество витков фарадеевского сенсорного приспособления и компенсирующего фарадеевского сенсорного приспособления выбрано подходящим для задания передаточного отношения между подлежащим измерению электрическим током и необходимым для компенсации изменения поляризации компенсационным током. За счет многократного применения одинаковых частей можно предпочтительно уменьшать стоимость измерительного устройства. Кроме того, тем самым можно уменьшать возможные температурные эффекты, если в окружении обоих сенсорных приспособлений обеспечиваются одинаковые температуры, или известна зависимость от температуры имеющих решающее значение эффектов, так что обеспечивается возможность калибровки, соответственно, учета при вычислении возможных различий температуры.

Предпочтительно, детектор предназначен для измерения интенсивности света в зависимости от состояния поляризации вторичного светового сигнала. При этом состояние поляризации является, например, углом поляризации относительно установленного нулевого угла детектора. Для измерения интенсивности света детектор может содержать, например, фотодиод. Таким образом, детектор подходящим образом предназначен для количественной оценки состояния поляризации вторичного светового сигнала. Для количественной оценки измерительное устройство, соответственно, детектор может содержать подходящие вычислительные конструктивные элементы.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения, детектор содержит анализатор поляризации. Анализатор поляризации может быть выполнен, например, так, что он при прохождении линейно поляризованного светового сигнала через анализатор поляризации выдает сигнал интенсивности, который зависит от угла поляризации светового сигнала. Затем сигнал интенсивности может, например, приниматься фотодиодом и передаваться в подходящий вычислительный блок. Эта возможность измерения интенсивности в зависимости от состояния поляризации является особенно простой и поэтому, соответственно, предпочтительной и надежной.

Предпочтительно, анализатор поляризации отрегулирован так, что вторичный световой сигнал без изменения поляризации создает нулевой сигнал на выходе детектора. Это может быть осуществлено за счет подходящего выбора нулевого угла. В этой связи нулевой сигнал должен означать, что поставляемый анализатором поляризации сигнал интенсивности в пределах точности измерения составляет ноль, когда вторичный световой сигнал не имеет относительно первичного светового сигнала изменения поляризации. Это наблюдается, например, также тогда, когда изменение поляризации вторичного светового сигнала полностью компенсируется с помощью компенсационного элемента.

При этом следует отметить, что детектор может быть основан также на других принципах измерения. Например, детектор может содержать интерферометр Саньяка (Sagnak) для измерения интенсивности в зависимости от состояния поляризации. Кроме того, можно применять любую подходящую интерферометрическую оценку.

Согласно одному особенно предпочтительному варианту выполнения изобретения, фарадеевское сенсорное приспособление расположено вблизи проводника тока среднего или высокого напряжения, так что обеспечивается возможность вывода измерительного сигнала для электрического тока в проводнике тока высокого напряжения. Другими словами, измерительное устройство пригодно, в частности, для измерения тока с потенциалом высокого напряжения (например, при потенциале вплоть до 800 кВ). Достаточно, когда фарадеевское сенсорное приспособление находится в магнитном поле вокруг проводника тока высокого напряжения. Однако особенно предпочтительно, когда фарадеевское сенсорное приспособление содержит, как указывалось выше, оптическое волокно или т.п., и оптическое волокно намотано вокруг проводника тока высокого напряжения. Особые преимущества измерительного устройства в связи с установками среднего и высокого напряжения получаются из возможности эффективного разделения потенциалов между проводником тока высокого напряжения и измерительным устройством. Фарадеевское сенсорное приспособление может быть расположено, например, вблизи находящихся на потенциале среднего или высокого напряжения частей установки среднего или высокого напряжения. Детектор, а также другие конструктивные элементы измерительного устройства могут находиться на потенциале земли. Первичный и вторичный световой сигналы могут передаваться по оптическим волокнам между фарадеевским сенсорным приспособлением и детектором. На основании возможного пространственного разделения между фарадеевским сенсорным приспособлением и детектором и/или компенсационным элементом можно выполнять просто и надежно конструкцию и монтаж измерительного устройства. Если в установке высокого напряжения уже предусмотрен изоляционный элемент, такой как, например, изолированная газом коммутационная установка (GIS) или проход высокого напряжения, то измерительное устройство может быть намотано снаружи вокруг него. Оптические волокна могут проходить через полый изолятор. При применении в области передачи постоянного тока высокого напряжения возможны иногда и желательны также другие расстояния между фарадеевским сенсорным приспособлением и детектором (вплоть до нескольких километров).

Для использования в связи с изобретением пригодно, в частности, известное для специалистов в данной области техники так называемое скрученное сильно преломляющее два луча волокно (Spun HiBi Faser). Оно пригодно как в качестве сенсорного волокна, так и для передачи информации о поляризации.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения, источник света и детектор расположены вблизи потенциала земли, при этом источник света содержит генерирующий свет элемент, а также расположенный на расстоянии от него поляризационный элемент, при этом генерирующий свет элемент и поляризационный элемент соединены друг с другом с помощью световода, и при этом измерительное устройство дополнительно содержит сохраняющее поляризацию оптическое волокно для передачи первичного светового сигнала, которое соединяет друг с другом поляризационный элемент и фарадеевское сенсорное приспособление. В соответствии с этим, части измерительного устройства могут быть предпочтительно пространственно разделены так, что длина пути между находящимся вблизи расположенного на потенциале высокого напряжения проводника тока высокого напряжения фарадеевским сенсорным приспособлением и поляризационным элементом является возможно более короткой. Это позволяет предпочтительно снижать стоимость измерительного устройства: для относительно короткого пути между поляризационным элементом и фарадеевским сенсорным приспособлением применяются относительно дорогие сохраняющие поляризацию оптические волокна для передачи первичного светового сигнала; на остальном, относительно длинном пути от генерирующего свет элемента и поляризационного элемента, поскольку там свет еще не должен иметь строго определенную поляризацию, применяется относительно дешевый световод. Таким образом, генерирующий свет элемент может быть расположен различно в пространстве, без оказания решающего влияния на стоимость измерительного устройства.

Другое преимущество может быть достигнуто, когда детектор содержит анализатор поляризации, а также расположенный на расстоянии от него датчик интенсивности, при этом анализатор поляризации и датчик интенсивности соединены друг с другом с помощью другого световода, и при этом измерительное устройство дополнительно содержит другое сохраняющее поляризацию волокно для передачи вторичного светового сигнала, которое соединяет друг с другом фарадеевское сенсорное приспособление и анализатор поляризации. Выдаваемая анализатором поляризации информация о состоянии поляризации вторичного светового сигнала содержится в интенсивности создаваемого анализатором поляризации света. Таким образом, этот свет не должен иметь заданной поляризации. Поэтому для передачи создаваемого анализатором поляризации света можно применять дешевый другой световод.

Возможно, что первичный, соответственно, вторичный световой сигнал имеется в виде модулированных сигналов. В этом случае можно применять фазовую модуляцию или модуляцию интенсивности.

Обычно для передачи первичного светового сигнала и вторичного светового сигнала могут быть предусмотрены два раздельных оптических волокна. Однако возможно также, что первичный и вторичный световой сигнал передаются в общем оптическом волокне. Кроме того, предпочтительно, когда по меньшей мере одно оптическое волокно на своем конце снабжено зеркалами и/или по меньшей мере одной четвертьволновой пластиной для оказания дополнительного влияния на поляризацию.

Предпочтительно, детектор расположен вблизи компенсирующего фарадеевского сенсорного приспособления. Это обеспечивает более компактную конструкцию измерительного устройства. Например, детектор и компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление могут быть расположены в основании изолятора, который проходит между проводником тока высокого напряжения и землей или находящейся вблизи потенциала земли частью установки высокого напряжения.

Кроме того, изобретение относится к способу измерения электрического тока, в котором создаваемый с помощью источника света первичный световой сигнал подается в фарадеевское сенсорное приспособление, которое образует измененный относительно первичного светового сигнала в поляризации вторичный световой сигнал.

В этом способе используется известный эффект Фарадея, и его описание приведено в публикации ЕР 0 865 610 В1.

Исходя из известного способа, задача изобретения состоит в создании способа для возможно более точного и надежного измерения электрического тока.

Задача решена, согласно изобретению, тем, что в указанном выше способе с помощью компенсационного элемента компенсируется изменение поляризации вторичного светового сигнала посредством противоположного изменения поляризации, и выводится зависимый от противоположного изменения поляризации измерительный сигнал для электрического тока.

С помощью способа, согласно изобретению, могут достигаться уже указанные в связи с измерительным устройством, согласно изобретению, преимущества.

Согласно одному варианту выполнения способа, компенсация изменения поляризации вторичного светового сигнала осуществляется с помощью нулевого регулирования изменения поляризации или с помощью нулевого регулирования выведенной из него регулировочной величины. При этом возможно применения всех указанных выше вариантов нулевого регулирования.

Предпочтительно, вторичный световой сигнал проходит через компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление, которое расположено вблизи компенсационного проводника тока. При этом нулевое регулирование осуществляется с помощью компенсационного тока через компенсационный проводник тока в качестве управляющего воздействия.

Ниже приводится дальнейшее пояснение изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - схема примера выполнения измерительного устройства, согласно изобретению;

фиг. 2 - схема другого примера выполнения измерительного устройства, согласно изобретению;

фиг. 3 - схема другого альтернативного примера выполнения устройства, согласно изобретению.

В соответствии с этим, на фигуре показана схема измерительного устройства 1. Измерительное устройство 1 содержит фарадеевское сенсорное приспособление 2, которое расположено вблизи проводника 3 тока высокого напряжения. Фарадеевское сенсорное приспособление 2 содержит несколько витков 21 оптического волокна, которые намотаны вокруг проводника 3 тока высокого напряжения. В показанном здесь варианте выполнения проводник 3 тока является частью установки высокого напряжения (не изображена).

Таким образом, проводник 3 тока высокого напряжения находится на потенциале высокого напряжения. Для разделения потенциалов между потенциалом высокого напряжения и потенциалом земли предусмотрен изоляционный элемент 4, который проходит между проводником 3 тока высокого напряжения и землей и выполнен здесь в виде полого изолятора. Кроме того, изоляционный элемент 4 содержит основание 41 изолятора, на котором стоит изоляционный элемент 4.

Кроме того, измерительное устройство 1 содержит источник 5 света. Источник 5 света имеет генерирующий свет элемент 51 и поляризационный элемент 52. Поляризационный элемент 52 расположен в основании 41 изолятора. Генерирующий свет элемент 51 расположен в здании 7. Здание 7 предназначено для размещения частей измерительного устройства 1, а также других частей установки высокого напряжения. С помощью линии 18 на фигуре обозначено, что расстояние между зданием 7 и изоляционным элементом 4 может составлять до нескольких тысяч метров. Генерирующий свет элемент 51 и поляризационный элемент 52 соединены друг с другом с помощью световода 53.

Детектор содержит анализатор 61 поляризации, датчик 62 интенсивности, а также световод 63, при этом световод 63 соединяет анализатор 61 поляризации с датчиком 62 интенсивности. Анализатор 61 в показанном виде расположен в основании 41 изолятора. Датчик 62 интенсивности расположен в здании 7 также на потенциале земли.

Кроме того, измерительное устройство 1 содержит компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление 8, которое интегрировано в проходящее между анализатором 61 поляризации и фарадеевским сенсорным приспособлением 2 оптическое волокно 19. В показанном на фигуре примере выполнения изобретения компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление 8 выполнено в виде волоконной катушки, при этом волоконные витки волоконной катушка намотаны вокруг компенсационного проводника 9 тока. В показанном примере выполнения компенсационный проводник 9 тока содержит несколько витков проводника тока.

Кроме того, измерительное устройство 1 содержит регулировочное приспособление 10, которое в показанном здесь варианте расположено в здании 7. Регулировочное приспособление 10 показано на фигуре упрощенно. В соответствии с этим, регулировочное приспособление 10 содержит измерительное сопротивление 11, звено 12 обратной связи, а также источник 13 напряжения. Регулировочное приспособление 10 соединено с помощью электрически проводящих соединений 14 и 15 с компенсационным проводником 9 тока, так что образован соответствующий контур тока.

В показанном примере выполнения компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление 8, компенсационный проводник 9 тока и регулировочное приспособление 10 образуют элементы компенсационного элемента.

Ниже более подробно поясняется принцип действия измерительного устройства 1. С помощью генерирующего свет элемента 51 создается световой сигнал. Этот световой сигнал не имеет еще определенной поляризации. Световой сигнал подается через световод 53 в поляризационный элемент 52. Световой сигнал с помощью поляризационного элемента 52 получает хорошо определенное состояние поляризации. В соответствии с этим, на выходе поляризационного элемента 52 создается поляризованный первичный световой сигнал. Первичный световой сигнал передается с помощью сохраняющего поляризацию оптического волокна 16 в фарадеевское сенсорное приспособление 2. Первичный световой сигнал проходит вокруг проводника тока высокого напряжения. В показанном на фигуре примере выполнения измерительного устройства 1 первичный световой сигнал поляризован линейно. Это означает, что первичный световой сигнал имеет хорошо определенный угол поляризации относительно заданного нулевого угла, например, 0°. На основании эффекта Фарадея, в магнитном поле проводника 3 тока высокого напряжения этот угол поляризации изменяется. Это означает, что на выходе фарадеевского сенсорного приспособления выдается измененный в поляризации вторичный световой сигнал. Вторичный световой сигнал проходит через оптическое волокно 19 и подается в компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление 8. При этом с помощью прошедшего через компенсационный проводник 9 тока может создаваться магнитное поле, которое вызывает противоположное изменение поляризации вторичного светового сигнала в компенсирующем фарадеевском сенсорном приспособлении.

В последующем для целей пояснения принимается, что при заданном токе ih через проводник 3 тока высокого напряжения вторичный световой сигнал имеет изменение поляризации, которое соответствует повороту плоскости поляризации на угол ah. Противоположная поляризация в компенсирующем фарадеевском сенсорном приспособлении 8 вызывает, например, при заданном значении ik компенсационного тока, поворот угла поляризации на дополнительный угол ak, который может принимать также отрицательные значения. Таким образом, на выходе компенсирующего фарадеевского сенсорного приспособления вторичный световой сигнал имеет в целом поворот плоскости поляризации на угол ah+ak. В зависимости от угла ah+ak в анализаторе 61 поляризации создается сигнал интенсивности и подается в датчик 62 поляризации. Анализатор 61 поляризации отрегулирован так, что он для угла ah+ak=0° выдает сигнал интенсивности, равный нулю. Если сигнал интенсивности не равен нулю, то с помощью звена 12 обратной связи вызывается положительное, соответственно, отрицательное усиление компенсационного тока. Наличие чрезмерной компенсации или недостаточной компенсации, т.е. необходимости применения положительного или отрицательного усиления, может определяться, например, с помощью дополнительного подходящего измерения, подходящим образом выбранной оценки или с помощью наложенного высокочастотного сигнала вне диапазона измерения. Таким образом, снова оказывается влияние на значение угла ak. Если компенсационный ток ik в конечном итоге установлен так, что он вызывает поворот плоскости поляризации на угол ak при ah+ak=0, то достигнута полная компенсация изменения поляризации вторичного светового сигнала с помощью противоположной поляризации. Измеренное на измерительном сопротивлении 11 напряжение Umax при этом компенсационном токе несет информацию об электрическом токе ih в проводнике 3 тока высокого напряжения.

На фиг. 2 показан схематично второй пример выполнения измерительного устройства 100, согласно изобретению. На фиг. 1 и 2 одинаковые конструктивные элементы обозначены одинаковыми позициями. Принцип действия измерительного устройства 100 соответствует принципу действия измерительного устройства 1. По причинам наглядности ниже поясняются лишь различия между примерами выполнения на фиг. 1 и 2.

Измерительное устройство 100 на фиг. 2 отличается от измерительного устройства 1 на фиг. 1 тем, что поляризационный элемент 52 и анализатор 61 поляризации на фиг. 1 заменены на фиг. 2 фазовым модулятором 54. Фазовый модулятор 54 имеет два входа и два выхода. Фазовые входы и выходы фазового модулятора 54 расположены так, что первичный световой сигнал и вторичный световой сигнал проходят через фазовый модулятор 54.

На фиг. 3 показан альтернативный вариант выполнения измерительного устройства 200, согласно изобретению. На фиг. 2 и 3 одинаковые, соответственно, одинакового вида конструктивные элементы измерительного устройства 100, соответственно, 200 обозначены одинаковыми позициями. В последующем подробно поясняются лишь различия между измерительными устройствами 100 и 200 на фиг. 2 и 3.

В примере выполнения на фиг. 3 измерительное устройство 200 имеет также фазовый модулятор 54. Фазовый модулятор 54 измерительного устройства 200 имеет два входа и один выход. Таким образом, сохраняющие поляризацию оптические волокна 16 и 19 измерительного устройства 100 на фиг. 100 объединяются в измерительном устройстве 200 на фиг. 3. Тем самым как первичный световой сигнал, так и вторичный световой сигнал проходят через сохраняющее поляризацию оптическое волокно 16. Первичный световой сигнал и вторичный световой сигнал накладываются друг на друга в оптическом волокне 16. Кроме того, измерительное устройство 200 содержит зеркало 20, которое расположено на фарадеевском сенсорном приспособлении. На зеркале 20 зеркально отражается первичный световой сигнал и тем самым изменяет свое направление распространения на противоположное.

Перечень позиций

1,100,200 Измерительное устройство

2 Фарадеевское сенсорное приспособление

21 Волоконная обмотка

3 Проводник тока высокого напряжения

4 Изоляционный элемент

41 Основание изолятора

5 Источник света

51 Генерирующий свет элемент

52 Поляризационный элемент

53,63 Световод

54 Фазовый модулятор

6 Детектор

61 Анализатор поляризации

62 Датчик интенсивности

7 Здание

8 Компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление

9 Компенсационный проводник тока

10 Регулировочное приспособление

11 Измерительное сопротивление

12 Звено обратной связи

13 Источник напряжения

14, 15 Световод

16,19 Сохраняющее поляризацию оптическое волокно

20 Зеркало.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для измерения электрического тока. Устройство включает в себя источник света для создания первичного поляризованного светового сигнала, фарадеевское сенсорное приспособление, выполненное с возможностью предоставления вторичного светового сигнала, измененного в поляризации относительно первичного светового сигнала, детектор для измерения вторичного светового сигнала и компенсационный элемент, обеспечивающий возможность компенсации изменения поляризации вторичного светового сигнала. Источник света содержит соединённые друг с другом через световод генерирующий свет элемент и расположенный на расстоянии от него поляризационный элемент, размещенный в основании изолятора изоляционного элемента. Детектор содержит соединенные друг с другом через световод анализатор поляризации, расположенный в основании изолятора, а также расположенный на расстоянии от анализатора датчик интенсивности. Поляризационный элемент, фарадеевское сенсорное приспособление и анализатор соединены друг с другом с помощью сохраняющих поляризацию оптических волокон. Технический результат заключается в повышении точности и надежности измерений. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Измерительное устройство (1) для измерения электрического тока, содержащее

- источник (5) света для создания поляризованного первичного светового сигнала для подачи в фарадеевское сенсорное приспособление (2), при этом источник (5) света содержит соединённые друг с другом через световод (53) генерирующий свет элемент (51) и расположенный на расстоянии от него поляризационный элемент (52), размещенный в основании (41) изолятора изоляционного элемента (4), предусмотренного для разделения потенциалов между потенциалом высокого напряжения и потенциалом земли и проходящего между проводником (3) тока высокого напряжения и землей,

- фарадеевское сенсорное приспособление (2), выполненное с возможностью предоставления вторичного светового сигнала, измененного в поляризации относительно поляризованного первичного светового сигнала,

- детектор (6) для измерения упомянутого вторичного светового сигнала, причем детектор содержит соединенные друг с другом через световод (63) анализатор (61) поляризации, расположенный в основании (41) изолятора, а также расположенный на расстоянии от анализатора (61) датчик (62) интенсивности,

- компенсационный элемент (8, 9, 10), посредством которого обеспечивается возможность компенсации изменения поляризации вторичного светового сигнала за счет противоположного изменения поляризации и вывода зависимого от противоположного изменения поляризации измерительного сигнала для электрического тока,

- сохраняющее поляризацию оптическое волокно (16) для прохождения первичного светового сигнала, которое соединяет друг с другом поляризационный элемент (52) и фарадеевское сенсорное приспособление (2) и другое сохраняющее поляризацию волокно (19) для прохождения вторичного светового сигнала, которое соединяет друг с другом фарадеевское сенсорное приспособление (2) и анализатор (61) поляризации.

2. Измерительное устройство (1) по п. 1, в котором компенсационный элемент (8, 9, 10) содержит компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление (8), а также расположенный вблизи компенсирующего фарадеевского сенсорного приспособления (8) компенсационный проводник (9) тока, при этом вторичный световой сигнал проходит через компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление (8), и предусмотрена возможность установки компенсационного тока в компенсационном проводнике (9) тока так, что обеспечивается возможность компенсации изменения поляризации вторичного светового сигнала, при этом предусмотрена возможность вывода измерительного сигнала в зависимости от компенсационного тока.

3. Измерительное устройство (1) по п. 2, в котором компенсационный элемент (8, 9, 10) содержит регулировочное приспособление (10), которое предназначено для нулевого регулирования изменения поляризации вторичного светового сигнала или выводимой из него регулировочной величины с помощью компенсационного тока в качестве управляющего воздействия.

4. Измерительное устройство (1) по любому из пп. 2 или 3, в котором фарадеевское сенсорное приспособление (2) и компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление (8) выполнены одинаковым образом.

5. Измерительное устройство (1) по любому из пп. 1-4, в котором детектор (6) предназначен для измерения интенсивности света в зависимости от состояния поляризации вторичного светового сигнала.

6. Измерительное устройство (1) по п. 1, в котором анализатор (61) поляризации отрегулирован так, что вторичный световой сигнал без изменения поляризации создает нулевой сигнал на выходе детектора (6).

7. Измерительное устройство (1) по любому из пп. 1-6, в котором фарадеевское сенсорное приспособление (2) содержит катушку из оптического волокна или стеклянное кольцо для прохождения первичного светового сигнала.

8. Измерительное устройство (1) по любому из пп. 1-7, в котором фарадеевское сенсорное приспособление (2) расположено вблизи проводника (3) тока высокого напряжения, так что обеспечивается возможность вывода измерительного сигнала для электрического тока в проводнике (3) тока высокого напряжения.

9. Измерительное устройство (1) по любому из пп. 1-8, в котором анализатор (61) поляризации детектора (6) расположен вблизи компенсирующего фарадеевского сенсорного приспособления (8).

10. Способ измерения электрического тока посредством измерительного устройства (1) по любому из пп. 1-9, в котором

- генерируют первичный световой сигнал с помощью источника (5) света, содержащего генерирующий свет элемент (51), а также расположенный на расстоянии от него поляризационный элемент (52), размещенный в основании (41) изолятора изоляционного элемента (4), предусмотренного для разделения потенциалов между потенциалом высокого напряжения и потенциалом земли и проходящего между проводником (3) тока высокого напряжения и землей

- первичный световой сигнал подают в фарадеевское сенсорное приспособление (2), которое создает измененный в поляризации относительно первичного светового сигнала вторичный световой сигнал,

- с помощью компенсационного элемента (8, 9, 10) компенсируют изменение поляризации вторичного светового сигнала посредством противоположного изменения поляризации, и

- выводят зависимый от противоположного изменения поляризации измерительный сигнал для электрического тока.

11. Способ по п. 10, в котором компенсацию изменения поляризации вторичного светового сигнала осуществляют с помощью нулевого регулирования изменения поляризации или с помощью нулевого регулирования выведенной из него регулировочной величины.

12. Способ по п. 10, в котором вторичный световой сигнал проходит через компенсирующее фарадеевское сенсорное приспособление (8), которое расположено вблизи компенсационного проводника (9) тока, и осуществляется нулевое регулирование с помощью компенсационного тока через компенсационный проводник (9) тока в качестве управляющего воздействия.