Устройство для бесконтактного измерения тока и напряжения Советский патент 1983 года по МПК G01R13/40 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при контроле электрических параметров высоковольт ных цепей в условиях воздействия мешающих электромагнитных полей. Известно устройство для бесконтак ного измерения тока и напряжения, содержащее оптически связанные и установленные друг за другом лазерный источник света, поляризатор, два электромагнитооптических кристалла, расположенных в электрическом и магнитном полях, проводники с током по разные стороны от него, два отражателя, размещенных между кристаллами под углом 90° друг к другу и под углом 45 к падающим и отраженным лучам, анализатор и фотоприемник, к выходу которого подключен вычислительный блок ij . Указанное устройство обладает высокой помехозащищенностью, однако характеризуется значительной сложностью построения вычислительного блока. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для бесконтактно го, измерения тока и напряжения, содержащее лазерный источник света, оптически связанный с расщепителем, в каждом из двух образованных с про тивоположных сторон проводника с током оптических каналов установлены друг за другом поляризатор, модулирующий электромагнитооптический кристалл, расположенный в электрическом и магнитном полях проводника с током анализатор и фотоприемник, общие для выходных канальных цепей блок суммирования и блок вычитания, входы которых подключены к выходам фотоприемников 2 .. Недостаток известного устройства заключается в низкий помехозащищенности. В частности, при воздействии мешающих сторонних) электромагнитных полей на выходной сигнал, отображающий напряжение, накладывается токоаая составляющая помехи, а на выходной сигнал, отображающий ток потенциальная составляющая помехи. Цель изобретения - повышение помехозащищенности подобного измерительного устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство-для бесконтактного измерения тока и напряжения, содержа щее лазерный источник света, оптичес ки связанный с расщепителем, в каждом из двух образованных с псютивоположных сторон проводника с током оптических каналов установлены друг за другом поляризатор, модулирующий электромагнитооптический кристалл, расположенный в электрическом и махнитном полях проводника с током, ана лизатор и фотоприемник, общие для выходных канальных цепей блок суммирования и блок вычитания, входы которых подключены, к выходам фотоприемников, введены дополнительные модулирующие электромагнитооптические кристаллы и отражатели, причем кристаллы размещены в оптических каналах попарно симметрично по разные стороны от проводника.с током, а отражатели установлены в транзитных вершинах полученных контуров под углом 45° к падающим и отраженным лучам. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для бесконтактного измерения тока и напряжения. Устройство содержит гелий-неоновый лазерный источник 1 монохроматического света, оптически связанный с расщепителем 2. в первый из двух образованных оптических каналов входят установленные друг за другом поляризатор 3, модулирующий электромагнитооптический (кварцевый) кристалл 4, отргокатель 5, кристалл 6, отражатель 7, кристалл 8, отражатель 9, кристалл 10, анализатор 11 и фотоприемник 12. Второй канал включает в себя установленные друг за другом поляризатор 13, кристалл 14, отражатель 9, кристалл 15, отражатель 7, кристалл 16, отражатель 5, кристалл 17, анализатор 18 и фотоприемник 19. На выходах устройства предусмотрены блок 20 суммирования и блок 21 вычитания, входы которых подключены к выходам фотоприемников 12 и 19. Кристаллы 4и8, биЮ, 14и16, 15 и 17 размещены в оптических каналах попарно симметрично по разные стороны от проводника 22 с током в его электрическом и магнитном полях. Отражатели 5, 7 и 9 установлены в транзитных вершинах полученных контуров под углом 45° к падающим и отраженным лучам. Устройство работает следующим образом. От лазерного источника 1 света луч поступает в расщепитель 2, где расщепляется на два потока света. Эти потоки после поляризации в поляризаторах 3 и 13 проходят вокруг проводника 22 с током в противоположных направлениях соответственно через кристаллы и отражатели 4-5-6-7-8-9-10 и 14-9-15-7-16-5-17 и имеют линейную поляризацию, параллельную проводнику 22. Каждый электромагнитооптический кристалл обладает одинаковым коэффициентом прело1чления по двум оптическим осям, отличающимся от показателя преломления по третьей оптической оси. При пропускании луча света с линейной поляризацией через кристалл с отклонением от третьей оптической оси возникают одновременно линейная и круговая поляризации и выходной луч расщепляется на два эллиптичес ких поляризованных луча с одинаковой растянутостью эллипсов поляризации и взаимной перпендикулярностью их главных осей, В зависимости от прило женного электрического поля изменя- ется разность скоростей распространения для лучей с противоположньни направлениями поляризации и при маjbix углах относительно оси эффект сложения лучей на фотоприемниках 12 и 19 после прохождения анализаторов 11 и 18 можно представить как вращение направления поляризации линейно поляризованного луча с углом oi CEg, где С - постоянная эффекта, Е - напряженность электрического поля, 2 - длина кристалла. На электромагниторптические крис.таллы воздействует и магнитное поле под действием которого происходит вращение направления поляризации линейно поляризованного луча с углом ,о6м В.Н6 , где В - постоянная Вердета, Н - напряженность магнитного поля. Проводник 22 с током в месте расположения электромагнитооптических кристаллов создает электромагнитное поле с напряженностями Е и Н соответ ственно электрического и магнитного полей. Вращение направления поляризации для противоположно расположенных по отношению к проводнику 22 кристаллов, через которые проходит один из потоков света, составляет «, 2(,(К,,Н). Для другого потока света справедливо,E + KiH-K E K7H -2K E- -2K2E, где К и К - постоянные градуировки Выходные сигналы фотоприемников 1 и 19 соответствуют: i2 + ); -2Jo ( + KjH), где JQ - интенсивность световых луСигнал на выходе блока 20 суммирования определяется как + и, ., а на. выходе блока вычитания 21 - как г - 2 - 9 При воздействии на устройство помехи с напряженностью электромагнитных полей Б v( Н;( и Е J Hg для проти-. воположно расположенных по отношению к проводнику 22 кристаллов вращение напряжения поляризации можно представить для одного потока света в виде ,(.E+E,Hl 2lM-H4VK.(E-Ejl+W,lHi-H2l а для другого потока света - в виде л,„-кЛЕ4Е ух,1н-н,1-у Се-Е7Ь 2Сн н,у Тогда как для результирующего сигнала на выходе блока 20 суммирования расчетное выражение будет иметь вид -JoK,ltH + 2(- Н, ) , а для результирующего сигнала на выходе блока вычитания 21 Щ + 2( Е,,). Так как расстояние между проводником 22 к элактромагнитооптическими кристаллами меньше, чем расстояние, до источника помех, погрешность от воздействия внешних электромагнитных полей оказывается весьма малой. Предлагаемое устройство позволяет одновременно контролировать ток и напряжение в высоковольтных цепях при воздействии метающих электромагнитных полей и дает возможность размещать измерительньй преобразователь непосредственно на проводнику с током без гальванической связи.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее лазерный источник света, оптически связанный с расщепителем, в каждом из двух образованных с противоположных сторон проводника с током оптических каналов установлены друг за другом поляризатор, модулирующий электромагнитооптический кристалл, расположенный в электрическом и магнитном полях проводника с током, анализатор и фотоприемник, общие для выходных канальных цепей блок суммиг рования и блок вычитания, входы которых подключены к выходам фотоприемников, отличающееся тем, чтот с целью повышения помехозащищен ности, в него введены дополнительные модулирующие электромагнитооптические кристаллы и отражатели, причем кристаллы размещены в оптических каналах попарно симметрично по разные сторо- § ны от проводника с током, а отража(Л тели установлены в транзитных вершинах полученных контуров под углом 45 к пащакхцим и отраженным лучам.