Устройство для бесконтактного измерения тока Советский патент 1985 года по МПК G01R13/40 

Изобретение относится к электроИзмерительной технике и предназначено для использования при производстве и распределении электроэнергии,в частности, в энергетических производ ственных процессах. Известно устройство для бесконтактного измерения тока, содержащее на стороне высокого напряжения первичную ячейку Фарадея, а на стороне низкого напряжения - источник поляризованного светаJприемный узел с последовательно установленными компенсационной ячейкой ФарадеЙ9 анализатором и фотоприемником, усилитель компенсационного тока, вЙод которо го соединен с выходом фотоприемника а выход через образцовьй резистор подключен к обмотке компенсационной I ячейки Фарадея Недостатки известного устройства заключаются в больших аддитивных и мультипликативных погрешностях. Аддитивная погрешность обусловлена дрейфом нуля усилителя постоянного тока. Мультипликативная погрешность вызвана недокомпенсацией угла поворота плоскости поляризации ог раниченного коэффициента передачи усилителя. Увеличение коэффициента передачи может привести к потере устойчивости системы компенсации и самовозбуждению. Кроме того, для расши рения диапазона измеряемых токов при ходится значительно увеличивать габариты и вес компенсационной ячейки Фарадея, а также потребляемую ею мощ ность. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройст во для бесконтактного измерения тока содержащее последовательно установленные источник излучения,, поляризатор, светопровод из магнитоактивно-. го материала, окружаюп ий проводник . с измеряемым током, разделитель орто гональных поляризаций и два фотопри емника, выходы которьЬс соединены с чодами регистрирующего блока, вьшол ненного в виде измерителя отношения интенсивности C2l. Недостатком указанного устройства является низкая точность измеренияэ предопределенная фиксацией угла по ворота плоскости поляризации по отнощению интенсивностей ортогональных поляризаций излучения, прошедшего светопровод. Цель изобретения - повьпление точности измерения,. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения тока, содержэлцее источник излученияJ первьй поляризатор с выходом которого связан вход светопровода из магнитоактивного материала„ окружающего проводник с измеряемым током., разделитель ортогональнъпс поляризаций,, оптически сБЯзанньм с двумя фотоприемниками, регистрируют.™ блок, входы которого соединены с выходами фотоприемников, введены светоделитель четвертьволновая пластинка;, модулятор фазы, второй поляризатор и светосмесительг а регистрируюнщй блок выполнен в виде измерителя разности фаз, причем светоделитель установлен мелоду источником излучения и первь м поляризатором с образованием информационного к опорного, .оптических, каналов, в .последнем из них последовательно расположены модулятор фазы и второй поляризатор четвертьволновая пластинка установ™ лена на выходе светопровода, а светосмеситйль - перед разделителем ортогональных поляризаций на пути с;.едования световых потоков от вто рого поляризатора и четвертьволновой пластинки„ На чертеже изобраясена функциональ- ная схема Устройства ,для бесконтактного измерения тока Устройство содержит источник 1 излучения (яазер)5 светоделитель 2, поляризатор Зр вспомогательные согласующие линзы 4 и 5} светопровод 6 .из магнитоактивного материала, окружшощий проводник 7 с измеряег«ым то KOMj четвертьволновую гшастинку 8, модулятор фазы, состоящш из поворотного зеркала 9. укрепленного на пье- зокерамике 10j и связанного с последней генератора 11 треугольного напряжения,, поляризатор I2j светосмеситель 13s разделитель 14 ортогональных поляризаций, фотрприемники 15 и 15 к регистрирующш блок 17; выполнецньй в виде измерителя разности фаз Сзе™ тоделитехш 2 установлен межд,у источником 1 излучени.й и поляризатором 3 с образовамиек икформагтионного и опорного оптиг еских канёшсз, Ё икфсрмацибнном каи.але размещены пол. Bj всг.;ом{г&тельные сог.пасуюш г-1.: .и .5 J сзетопровод 6 и че -линзывертьволновая пластинка Ь, а s опорном канале - модулятор фазы (поворотное зеркало 9) и поляризатор 12„ Светосмеситель 13 установлен перед разделителем 1А ортогональных поляризаций на пути следования световьо. потоков от поляризатора 12 и четвертьволновой пластинки 8.. Раздели™ тель 14 ортогональных поляризаций оптически связан с фотоприемника1-ш 15 и 16 J выходы которых соедянень с входами регистрирующего блока. 1 7. Устройство работает следз тощим образом. Излучение от источника 1 разделя- ется светоделителем 2 на опорный и информационньй каналы. В опорном канале излучение отражается от зеркала 9 и через поляризатор 12 попадает на Светосмеситель 13, имея линейкуго по ляризадию,. содержащую компоненты поляризационные,, как в плоскости чер тежа,.. так и перпендикулярно плоское- ти чертежа. Это достигается соответствующей ориентацией поляризатсфа 12 При подаче треугольного напряжения от генератора 11 на пьезокераг шку 10 положение зеркала 9 изменяется в пространстве по закону изменения напряжения, тем самым изменяется опти ческий путь для излучения j проЕедиего опорный канал. В информационном канале излучение проходит поляриза™ тор 3j светопровод 6 с согласующими линзами 4 и 5 на концах и четвертьволновую пластинку 8, Под дeйcтвиe в магнитного поля измеренного тока 3 $ протекающего в проводнике 7 излучение, прошедшее светопровод 6 благодаря эффекту Фарадея5 имеет линейную поляризацию с плоскостью, повернутой на угол б относительно штоскости по- ляризациИ5 котор ю излучение после, прохождения поляризатора . 0 пропорционален току :.С В , где В постоянная Верде Известно ,что линейная поляризация -является двук циркуляр -1ьгх с ортогокаль НЫМИ поляризациямиJ Тове.с ПрОТИЕОПО лоЕШыми направлениями врашени.я с- .По ворот плоскости поляризадии ра.й.ноца иен разности фаз между циркулярныгда ортогональными поляризахщяки. Чет-вертьволновая пластинка 8 преобразуе две циркулярные оитогокапьщйе полярнзЕции в две линейные ортогональные, Относительный сдвиг фаз между ортого нальными поляризациями сохраняется. Излучение из информационного канала, им.еющёе разность фаз между линейными компонентами поляризации, пропорционапьн то току J , смешивается на светосмесителе 13 с линейно поляризованHbsii излучением опорного канала, не ш-1ею цим сдвига фаз между ортогонально поляризованными линейными компонентами. На светосмесителе 13 происходит двулуче.вая интерференция для одинаково поляризованных излучений, Разделитель 14 ортогональных поляризаций производит пространственное разделение интерференционных картин для ортогональных линейных поляризаций у каждая из которых регистрируется одним из фотоприемников 15 и 16. При модуляции фазы опорного канала интерференционные картины начинают двкгаться.со скоростью, пропорцио-. нальной изменению фазы (изменению оптического пути опорного канала). Таккак между ортогональными поляризациями имеется сдвиг фаз , обусловленньй эффектом Фарадея, то макси14умы интерференционных картин для ортогональньсх поляризаций сдвигаются друг относительно друга во вре ТАмени на величины од интерференционных картин Т одинаков дл-Я картин разных поляризаций и опраделяется скоростью изменения оптического пути опорного канала. Изменение длины опорного канала на половину длины волны излучения соответствует изменению фазы на J и смещению интерференционной картины на период Т о С фотоприемников 15 и 16 сниbfaioTCH электрические сигналы, соотвегствующие форме интерференционной картиньи Разность фаз между этими сигналаг-ш измеряется регистрирующим блоком 17, Погрешность измерения, свойственная предлагаемому устройству, определяется точностью измерения интервалов времени и линейностью перестройки фазы излучения опорного канала и оценивается в Ю , что в 100 раз лучше5 чем для известного устройства Г27.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА, содержащее источник излучения, первый поляризатор с выходом которого связан вход светопровода из магнитоактивного материала, окружакяцего проводник с измеряемым током, разделитель ортогональных поляризаций, оптически связанный с двумя фотоприемниками, рёгистрирую|ц;ийблок, входы которого соединены с выходами фотоприемников, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него введены светоделитель« четвертьволно|вая пластинка, модулятор фазы, вто1:рой поляризатор и светосмеЬитель, а регистрирующий блок выполнен в виде змерителя разности фаз, причем све|годелитель установлен между источником излучения и первым поляризатором с образованием информационного и опорного оптических каналов, в последнем из них последовательно расположены модулятор фазы и второй поляризатор, четвертьволновая пластинка установлена на выходе светопровода, л светосмеситель - перед разделителем: ортогональных полярн9а1шй на пути следования световых потоков от второго поляризатора и четвертьволнбвой пластинки. О1 00 со 4