Устройство для бесконтактного измерения напряжения Советский патент 1984 года по МПК G01R13/40 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в установках высокого напряжения .

Известно устройство для бесконтактного измерения напряжения, содержащее установленные в оптическом тракте последовательно друг за другом источник света, поляризатор, электрооптическую ячейку.Поккельса (пьезоэлектрик), подключенную к измеряемой цепи, и узел определения поворота плоскости поляризации, выход которого соединен с входом регистрирующего прибора lj .

Недостаток этого устройства определяется отсутствием возможности измерений в широкой полосе частот, т.е выше и ниже частоты собственных упругих колебаний пьезоэлектрика.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для бесконтактного измерения напряжения, содержащее электрооптическую ячейку Керра, снабженную на одном из торцов электродом и располоу енную в электрическом поле между наружным, выполненным в виде соединенной с электродом и зазе -шенной трубы, и внутренним проводниками, источник поляризованного света, оптически связанный через электрооптит ческую ячейкуэ и отражательный элемент с узлом определения поворота плоскости поляризации, выход которого соединен с входом регистрирующего прибора 2 .

Недостаток указанного устройства заключается в невысокой точности измерения, обусловленной нелинейной (квадратичной) завксг-мостью между измеряемым напряжением и углом сдвига фаз между сзетозымй потоками на выходе ячейки Керра.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем что в устройстве для бесконтактного измерения напряжения, содержащем электрооптическую ячейку, снабженную ка одномиз торцов электродом и расположенную между наружнь м и внутренним проводникамиэ источник поляризованного света, оптически связанньш через электрооптическую ячейку и отражательный элемент с узлом опреде ления поворота плоскости поляризащ-да выход которого соединен с входом регистрирующего прибора, в наружном проводнике предусмотрено отверстие, источник поляризованного света установлен с внешне;й стороны наружного проводника, при этом направление его света совпадает с направлением силовых линий электрического поля между наружным и внутренним проводниками, электрод электрооптической ячейки выполнен оптически прозрачным, а собственно ячейка - из кристалла кристаллографического класса 4/т, вырезанного вдоль оптической оси, ориентированного вдоль силовых j: 7г;ий и укрепленного торцом с электродом в отверстии нарулсного проводника.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для бесконтактного измерения напряжения.

Устройство содержит электрооптическую ячейку 1, расположенную между наружным 2 и внутренним 3 проводниками. Ячейка 1 выполнена из кристалла кристаллографического класса 4/т (в частности, молибдата РЬМоО), вырезанного вдоль оптической оси, ориентированного вдоль силовых линий электрического поля между наружным 2 и внутренним 3 проводниками и укрепленного торцом с оптически прозрачным электродом 4 в отверстии наружного проводника 2. В состав устройства входит также источник 5 поляризованного света, установленный с внешней стороны наружного проводника 2 такш образом, что направление его света совпадает с направлением силовых лнний.

Источник 5 оптически связан через злектрооптическззо ячейку 1 и отражательный элемент 6 с узлом 7 определения поворота плоскости поляризации. Выход последнего соединен с входом имеющегося в устройстве регистрирующего прибора 8.

Устройство работает следующим образом.

От источника 5 поляризованного света через прозрачный электрод 4 линейно поляризованный луч поступает на электрооптическую ячейку 1. В кристалле ячейки 1 под действием продольного электрического поля, возникающего между проводниками 2 и 3, происходит поворот плоскости поляризации линейно поляризованного света, проходящего в направлении опт-ической оси, линейно увеличивающийся с ростом ПОЛЯ без влияния побочных эффектов, присущих пьезоэлект рикам. Наблюдается явление линейной электрогирации, которое для заданного вида кристалла и длины волны источника 5 может быть записано в виде АЕ, где р - угол поворота плоскости поляризации А - постоянная эффекта электрогирации J Е - напряженность электрического поля. При малых углах р интенсивность светового потока на выходе анализат ра, входящего в состав узла 7 определения поворота плоскости поляризации, уменьшается относительно исходной IQ на I--Iof - loAE. Пусть разность напряжений между внешним 2 и внутренним 3 проводника ми Ug , а электрическое поле вдоль направления прохождения света рассм ривается как поле плоского конденса тора С емкостью С, образованного средой с диэлектрической проницаемостью о расстоянием 2. До кристал ла электрической ячейки 1 с диэлект ческой проницаемостью , и длиной кристалла L. Напряженность Е электрического поля вдоль оси кристалла представлена выражением. , cuo а напряжение на входе регистрирующего прибора 8 .ьео ., J iTHi где К - коэффициент пропорциональности. Предлагаемое устройство позволяет не прикладьшать измеряемое напряжение DO непосредственно к кристаллу электрооптической ячейки 1, а соответствующий выбор конструктивных параметров Г, L. о обеспечивает расширение диапазона измеряемых напряжений без перекрытий по поверхности кристалла .: Повышение точности измерения достигается путем использования Измери ельного преобразователя, реализованного на основе эффекта электрогирации и характеризующегося линейной зависимостью1 между углом поворота плоскости поляризации и приложенным напряжением без влияния побочных эффектов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее электрооптическую ячейку, снабженную на одном из торцов электродом и расположенную между наружным и внутренним проводниками, источник поляризованного света, оптически связанный через электрооптическую ячейку и отражательный элемент с узлом определения поворота плоскости поляризации, ВХОД которого соединен с входом регистрирующего прибора, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения, в наружном проводнике выполнено отверстие, источник поляризованного света установлен с внешней стороны наружного проводника, при этом направление его света совпадает с направлением силовых линий электрического поля между наружным и внутренним проводниками, электрод электрооптической ячейки вьгаолнен оптически прозрачным, а собственно (Л ячейка - из кристалла кристаллографического класса 4/т, вырезанного ВДОЛЬ оптической оси, ориентированного ВДОЛЬ СИЛОВЫХ линий и укрепленного торцом с электродом в отверстии наружного проводника.