Устройство для измерения напряженности электрического поля Советский патент 1984 года по МПК G01R13/40 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначен но для использования при исследовании постоянных и переменных электрических полей как в неограниченных, так и в ограниченных (замкнутых)

пространствах газообразных и жидких сред, причем при различных давлениях и в широком диапазоне температур.

Известно устройство для измерения параметров электрического поля проводника с; , содержащее оптически связанные и установленные друг за другом вокруг токопровода источник света, поляризатор, первый кварцевый злектрооптический элемент, два уголковых отражателя, второй кварцевый электрооптический элемент с кристаллическими осями, направленными противоположно осям первого электрооптического элемента, анализатор и фотоприемник, выход которого подключен к входу индикатора l

Недостатки данного устройства связаны со значительной конструктивной сложностью и узкой областью практического применения, ограниченной исследованием полей линий электропередач.

Haii6caj.ee близким техническим решением к изобретению является устройотво для измерения напряженности электрического поля, содержащее размещенный в исследуемом поле керами.ческий интегрально-оптический элемент, снабженный поляризатором,вход которого через первый из волоконных световодов соединен с выходом источника света, и анализатором, выход которого подключен к входу фотоприемника детектора излучения, индикатор, вход которого соединен с выходом фотоприемника 2 .

Однако в известном устройстве пластинка электростатической керамики должна быть заключена между поляризатором света и анализатором, что усложняет и удорожает конструкцию и ее изготовление, накладывает существенные ограничения на возможности миниатюризации. К размерам самой керамической пластинки предьявляются противоречивые требования: увеличени толщины пластинки повышает чувствительность устройства, но одновременно увеличивает вносимые оптические потери, что лимитирует возможности повышения чувствительности. Используемый электрооптический эффект является линейным лишь в ограниченной области напряженностей поля (примерно от 20 до 2010 В/см), что сужает диапазон измерения. Кроме того, линейному электрооптическому эффекту в керамике присущ гистерезис, что отрицательно сказывается на точности измерения.

Цель изобретения - расширение диапазона и повышение точности измерения напряженности электрического поля.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения напряженности электрического поля, содержащее размещенный в исследуемом поле интегрошьно-оптический элемент, вход которого через первый из волоконых световодов соединен с выходом источника света, детектор излучения с фотоприемниКом, вход которого через второй волоконный световод подкл чен к выходу интегрально-оптического элемента, индикатор, вход которого соединен с выходом детектора излуче-ния, снабжено третьим волоконньим световодом, в детектор излучения Введены дополнительный фотоприемник и блок сравнения, интегрально-оптический элемент выполнен из сегнетоэлектрика, внутри которого образован связанные попосковые световоды со встречно направленными оптическими осями и фикс ированными начальными отклонениями, показателей преломления в области их связи, причем вход и выход одного из полосковых световодов совмещены с входом и упомянутым выходом интегрально-оптического элемента, выход другого полоскового световода, являющийся другим выходом интегрально-оптического элемента, через третий волоконный световод подключен к входу дополнительного фотоприемника, входы блока сравнения соединены с выходами обоих фотоприемников , а его выход совмещен с выходом детектора излучения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения напряженности электрического поля; на фиг. 2 - конструкция примененного интегрально-оптического элемента.

Устройство содержит источник (полупроводниковый лазерный диод) 1 света, волоконный световод 2, интегрально-оптический элемент 3 (типа направленного ответвителя) со связанньЁми попосковыми световодами 4 и 5, образованными внутри пластинки из монокристалла biТаО (подложки), волоконные световоды 6 и 7, детектор 8 излучения с фотоприемниками (фотодиодами) 9 и 10 и блоком 11 сравнения, индикатор 12. Вход интегрально-оптического элемента 3 (вход полоскового световода 5) через волоконный световод 2 соединен с выходом источника 1 света. Входаа фотоприемников 9 и 10 детектора 8 излучения через волоконные световоды 6 и 7 подключены к выходам интегрально-оптического элемента 3 (выходам полосковых световодов 4 и 5) . Входы блока 11 сравнения детектора 8 излучения соединены с выходами фотоприемников 9 и 10. Вход индикатора 12 соединен с выходом детектора 8 излучения (выходом блока 11 сравнения. Полосковые све товоды 4 и 5 интегрально-оптическог элемента 3 имеют встречногнаправлен ные оптические оси и фиксированные начальные отклонения +§, показателей преломления от среднего значения ti,. в области их связи. Устройство работает следующим образом. При помещении интегрально-оптиче ского элемента 3 в исследуемое поле оптические оси полосковых световодов 4 и 5 направлены параллельно вектору напряженности Е поля. Мощ ность световой, волны, излучаемой источником 1 .света, п6 волоконному световоду 2 на вход полоскового све товода 5 интегрально-оптического элемента 3 перераспределяется по полосковым световодам 4 и 5 в области их связи в результате измерения коэффициентов преломления световодо под действием электрического поля. Противоположная ориентация оптических осей полосковых световодов 4 и в области их связи обеспечивает про тивоположные знаки индуцированных измеряемым электрическим полем изменений показателей преломления: в одном светодиоде - увеличение, в другом - умейьшение, что предопре деляет высокую чувствительность интегрально-оптического элемента 3 как датчика напряженности поля. С выходов полосковых световодов 4 и 5 перераспределенный- свет по волоконным световодам 6 и 7 подводится к фотоприемникам 9 и 10 и далее на блок 11 сравнения. Выходной сигнал блока 11 сравнения подается на вход индикатора 12. Расширение пределов измерения напряженности электрического поля , (уменьшение чувствительности, загрубление датЧика поля) достигается установкой интегрально-оптического элемента 3 в исследуемом поле так, чтобы.оптические оси пслосковых световодов 4 и 5 в области их связи были направлены под углом i к. вектору напряженности поля. Для удобства фиксации разных положений интегрально-оптического элемента 3 его можно смонтировать на диэлектрической державке поворотного устройства соответствующей конструкции. Отсутствие в предлагаемом устройстве токопроводящих частей обеспечивает минимальное искажение исследуемого электрического поля и осуществле ние измерения напряженности Е с повышенной точностью. Введение в детектор 8 излучения блока 11 сравнения . позволяет устранить влияние на точность измерения колебаний интенсивности излучения Источника 1 света.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ, содержащее размещенный в исследуемом поле интеграЛЬно-оптический элемент,.вход которого через первый из ВОЛОКОННЫХ световодов соединен с выходом источника света, детектор излучения с фотоприемником, вход которого через второй волоконный световод подключен к выходу интегрально-оптического элемента, индикатор, вход которого соединен с выходом детектора излучения, отличающееся тем, что, с д-глью расширения диапазона и повышения точности измерения, оно снабжено третьим ВОЛОКОННЫМ световодом, в детектор излучения введены дополнительный фотоприемник и блок сравнения, интегрально-оптический элемент выполнен из сегнетоэлектрика, внутри которого образованы связанные полоско- вые световоды со встречно направлен- ными оптическими осями и фиксированными начальными отклонениями показателей прелсялления в области их связи, причем вход и выход одного из полосковых световодов совмещены . с входом и упомянутым выходом интег(Л рально-оптического элемента, выход другого полоскового световода, являюцийся другим выходом интегральнооптического элемента, через третий ВОЛОКОННЫЙ световод подключен к входу дополнительного фотоприемникаf входы блока сравнения срединены с , выходами О(боих фотоприемников а егс выход совмещен с выходом детектора излучения. | 4;: а

noJL

/

i По-ы