Устройство для измерения высокого напряжения Советский патент 1984 года по МПК G01R15/24 

11 Изобретение относится к электро измерительной техника и предназначено для использования в энергосистемах при реализации оперативного контроля высоких напряжений промьшшенной частоты. Известно устройство для измерени высокого напряжения, содержащее приёмнопередающий блок,состоящий из источника света, оптической системы, снабженной поляризационной призмой с прозрачной боковой гранью,фотоприемного узла и узла регистрации,электро оптический модулятор, включенный в цепь измеряемого напряжения у . Недостаток известного устройства связан с низкой точностью измерения обусловленной в основном наличием в оптическом тракте большого количества элементов, требующих юстиров ки, несовершенствокоторой предопределяет значительные погрешности в итоговой оценке напряжения. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению яв- ляется устройство для измерения высокого напряжения,содержащее последовательно установленные источник света, рас1цепител;ь светового потока на два луча с линейной поляризацией, два электрооптических модулятора, расположенных в электри ческом поле токонесуще1о проводника два анализатора, фотоприем1№1й узел выход которого подключен ко входу узла регистрации, снабженного, в частности, блоком суммирования сигн лов и индикатором. 2j , В указанном устройстве использованный принцип электрооптической модуляции базируется на вращении плоскости поляризации под действием электрического поля(одновременно имеет место извращение под действием магнитного поля) . Недостаток известного устройства также проявляется в невысокой точности измерения вследствие чувствительности к помехам общего типа и наложения на полезный сигнал, прО порциональный напряжению помехи, п 1опорциональной току. 1(елью изобретения является повышение точности измерения, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения высокого .напряжения, содержащее последовательно установленные источник света расщепитель светового потока и два электрооптических модулятора, первый из которых включен ко входу устройства, фотоприемный узел, выход которого подключен ко входу узла регистрации, снабженного индикатором,- введены ограничитель апертуры, генератор электрических колебаний и частотный модулятор, узел регистрации снабжен последовательно включенными входным конденсатором, частотным детектором и интегратором, соединенным выходом со входом индикатора, а расщепитель светового потока выполнен в виде билинзы Бийе, причем ограничитель апертуры установлен между электро- оптическими модуляторам и фотоприемным узлом, выход генератора электрических колебаний соединен с одним из входов частотного детектора и с одним из входов частотного модулятора, другой вход которого подключен к выходу интегратора, а выход ко входу второго электрооптического модулятора. На чертеже предстшзлена функциональная схема предложенногоустройства для измерения высокого напряжения. Устройство содержит последовательно установленные когерентный источник 1 света, расщепитель светового потока, выполненньй в виде билинзы 2 Бийе, два амплитудных электроопти- чехких модулятора 3 и 4, ограничитель 5 апертуры, фотоприемный узел 6, выход которого подключен ко входу узла 7 регистрации, В состав устройства входят также генератор 8 электрических колебаний и частотный модулятор 9. Узел 7 регистрации состоит из последовательно вкгаоченных входного конденсатора 10, частотного детектора 11, интегратора 12 и индикатора 13. Электрооптический модулятор 3 через изоляционное приспособление 14 включен в цепь измеряемого напряжения ), вход электрооптического модулятора 4 через изоляционное приспособление 15 подключен 1C выходу частотного модулятора 9, входы которого соединены с выходами генератора 8 эл ектрических колебаний и интегратора 12. Выход генератора 8 подкл;ючен также к одног-гу из входов частотного детектора 1 1 .. Устройство работает следующим образом. 31 Световой поток, излучаемый источ НИКОМ 1 Ф.х,у){А(х,у) ехр зН(х,у), где JA (х,у)|- единичная амплитуда Н(х,у) - неизменная фаза, посредством билинзы 2 Бийе делится на два абсолютно идентичных (особенно по частоте) потока ,(х,у)|ехр jH(x,y)T, (х,у) (х,у) ЧК21А(х,у)1ехр jH(x,y)T2(:v,y где К и К - коэффициенты пропор. циональности. Образованные световые потоки Т (х,у) и Т2,(х,у) поступают на ампл тудные электрооптические модуляторы 3 и 4. Под действием электрических сигналов U8(t) :e(t)E sincat, Uic(t) Vo + bUc(t)lcos(cot+Cfp):E2( где Uy,(t) - компенсирующий сигнал, формируемый частотным модулятором подаваемый на обкладки электрическ модуляторов 3 и 4, возбуждаются электрические поля Е, и Ё.Эти пол изменяют вектора поляризации иопр ляют фазы колебаний в кристаллах электрооптических модуляторов 3 и из которых последний имеет меньшие геометрические размеры по длине, что учитьгоается в индикаторе 13. Можно показать , что интенсивности 1,(х,у) и Х(х,у) световых потоков, прошедших через электрооптические модуляторы 3 и 4, при качественных конструктивных элементах и совершенной юстировкеописываются уравнениями„ , Л, (х,у) 1, (ОО sin (U, Е, ; 3:2(х,у) 1(0 sin ( где (U, и (Ц коэффициенты, характеризующие тип и раз меры кристаллов; 1/(0) )- положительные параметры, зависящие от интенсивности источн ка 1 света. Световые потоки имеют разные ходы dл следования лучей до плоскости ограничителя 5 апертуры, где они формируют интерференционны полосы. При гашении двух волн J (х,у) и ) их суммарная интенсивность, усредненная по времен равна (x,,U,M,,2 1рАЕ,-(иД, Выбирая центральную интерференционную полосу посредством щели в ограничителе 5 апертуры, обеспечиваем падение светового потока на фотоприемный узел 6 с интенсивностью Л1(х,у).Электрический сигнал с выхода фотоприемното узла 6 поступает на конденсатор 10, где отфильтровываются постоянная и медленно меняющиеся составляющие. Частотный детектор 11 выделяет из всего спектра амплитуду того сигнала, частота которого равна управляющей частоте Wg, а положение фазы Cf постоянно относительно фазы управляющего сигнала. В данном случае управляющее напряжение формируется формирователем прямоугольных импульсов, встроенным в частотный детектор 11 и воспринимающим сигналы от того же генератора, что и частотный модулятор 9, т.е. сигналы (uQt + tpQ) . Можно показать, что на выходе частотного детектора 11 будет иметь место напряжение U (t), соответствующее соотноо1ению U,,(t) f E,bU(t), (6) где - постоянный коэффициент. Сигнал и, (t) поступает на вход интегратора 12, который вырабатьшает напряжение (t) (t). На напряжение U (t) накладьгоается синусоидальное напряжение Uo. VgCos(uot + Чо) , вырабатьшаемое генератором 8, и в результате на выходе частотного модулятора 9 фо мируется компенсирующий сигнал Uo(t) Uj,(t) в соответствии со вторым соотношением (3). Воздействие U(t:) на электрооптический модулятор 4 продолжается до тех пор, пока не будет удовлетворено, условие динамического равновесия всей системы, т.е. ,(х,у) l,(x,y) -3(х,у) а или 3, (х,у) .Cxjy). При этом условии входной сигнал интегратора 12 равен нулю,что приводит к значению компенсирующего поля Д . где вектора Е, и Е представляют собой вектора электрических попей, образованные при воздействии на

электрооптические модуляторы 3 и 4 сетналов вида (3. Любое отклонение Й1,Е - j Е 4 U Е компенсируется цепью обратной связи. Выходное на- пряжение иfg;(t) интегратора 12 указывается индикатором 13.

Испытания предложенного устройства при измерении напр:яжений до 200 кВ подтверждают обеспечиваемую им повьшенную точность измерения. Погрешности итоговых результатов не превышали ± 0,1%.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее последовательно установленные источник света, расщепитель светового потока и два электрооптических модулятора, первый из которых подключен ко входу устройства, фотопри- емный узел, выход которого подключен ко входу узла регистрации, снабженного индикатором, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него введены ограничитель апертуры, генератор электрических колебаний и частотный модулятор, узел регистрации снабжен последовательно вклю ченными входным конденсатором, частотным детектором и интегратором, соединенным выходом со входом индикатора, а расщепитель светового потока выполнен в виде билинзы Бийе, причем ограничитель апертуры установлен между злектрооптически- ми модуляторами и фотоприемным узлом, выход генератора электрических колебаний соединен с одним из входов частотного детектора и с одним из входов частотного модулятора, другой вход которого подключен к выходу интегратора, а выход - ко входу второго электрооптнческого модулятора.