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

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначе но для использования в высоковольтных электроустановках. Целью изобретения является повышение помехозащищенности путем ком..пенсации электромагнитного поля помех как по магнитной, так и по электрической составляющим, а также точности измерения путем применения злектромагнитооптических кристаллов не являющихся пьезоэлектриками. На фиг.1 представлена функционал ная схема предложенного устройства для бесконтактного измерения тока и напряженияj на фиг.2-конструкция его измерительных преобразователей. Устройство содержит лазерный источник 1 (фиг.1) света, расщепитель 2, измерительный преобразователь (оптический канал) 3 с входом 4 и выходом 5, измерительный преобразователь (оптический канал) 6 с входом 7 и выходом 8, фотоприемники 9 и 10, блок 11 суммирования и блок 12 вычитания. Позицией 13 на схеме обозначен контролируемый токопровод. Лазерный источник 1 света оптически связан с расщепителем 2. Входы блоков 11 суммирования и 12 вычитания подключены к выходам фотоприемников 9 и 10, входы кото рых оптически связаны с выходами измерительных преобразователей 3 и 6 соответственно. В состав измерительных преобразователей 3 и t) с противоположно направленными оптическими каналами входят поляризатор 14 (фиг.2) и установленные друг за другом попарно симметрично вокруг токопровода 13 модулирующие злектромагнитооптические кристаллы 15 и 16, расположенные в электрическом и магнитном полях последнего, отражатели 17, размещенные между кристаллами 15 и 16, анализатор 18. Вход поляризатора 14 является входом 4 (7) измерительного преобразователя 3 (6). Выход анализатора 18 является выходом 5 (8) измерительного преобразователя 3 (6). Измерительные преобра зователи (оптические каналы) 3 и 6 разнесены по двум параллельным плоскостям, причем в каждом из каналов одна половина электромагнитооптическик кристаллов (кристаллы 15 ориентирована оптическими осями вдо 242 силовых линий электрического поля,а другая половина (кристаллы 16) вдоль силовых линий магнитного поля, Электромагнитооптические кристаллы 15 и 16 выполнены из кристаллов центросимметричных кристаллографических классов, обладающих эффектом линейной электрогирации. Кристаллы,расположенные вдоль силовых линий магнитного поля, выполнены из диамагнитных стекол. Устройство работает следующим образом. От лазерного источника 1 поток света поступает в рас1цепитель 2,где расщепляется на два луча. Образованные лучи направляются на измерительные преобразователи 3 и 6 и проходят их в противоположных направлениях. Линейно поляризованный луч после поляризатора 14 проходит сначала, например, вдоль оптической реи. кристалла 15, расположенного оптической осью вдоль силовых линий электриг1еского поля токопровода 13. Под действием продольного электрического поля возникает явление электрогирации, т.е. происходит поворот плоскости поляд)изации линейно поляризованного луча на угол, который при заданной длине волны света и типе кристалла 15 определяется выражением , где Е - напряженность электрического; поля в кристалле 15, , А - электрогирационная постоянная. . ; Вращение плоскости поляризации в кристаллах 15 под действием эффекта Фарадея не происходит,поскольку силовые линии магнитного поля перпендикулярны световому потоку в данном кристалле. После, отражения от отражателя 17 тот же световой поток проходит через кристалл 16, расположенный вдоль силовых линий магнитного поля токопровода 13. Происходит дополнительный поворот плоскости поляризации под действием эффекта Фарадея на угол (Хср в-н-е, .где В - постоянная Вердета; Н - напряженность магнитного поля в кристалле 16j 6 - длина кристалла 16. Вращение плоскости поляризации линейно поляризованного луча при прохождении через все кристаллы 15 и 16 для одного измерительного преобразователя определяется как «:, 4 (к,Е + к.,н), а для другого измерительного преобразователя, в котором свет прох дит в противоположном направлении в соответствии с выражением 4 (-К,Е -1- К,Н), где К, и К - постоянные. При малых углах поворота плоскости поляризации на выходе фотоп емников 9 и 10 имеем (К,Е+К,Н), и,4 loC-KjE+KjH). На выходе блоков 11 суммирования и 12 вычитания напряжения соо ветствуют выражениям и„ -8 ,КзН. U(2 -8 1оК1КзЕ где 1 - интенсивность световых лучей; Kj - постоянная фотоприемников 9 и 10. При воздействии на измерительн преобразователи 3 и 6 электромаг244нитного ПОЛЯ помехи с напряженностью магнитного поля Н и электрического поля Е для противоположно расположенных относительно токопровода 13 кристаллов одного измерительного преобразователя можно записать e,n-K,()tk,(-E-EnVK2(H-Hn), а для другого (,(),(H-Hn). -Тогда для сигналов на выходе блока 11 суммирования справедливо и - ,Н, а для сигналов на выходе блока 12 вычитания l2 - . Таким образом, имеет место полная компенсация электромагнитного поля помех, т.е. его как магнитной, так и электрической составляюЕцих. Предложенное устройство позволяет проводить одновременные измерения тока и напряжения при воздействии электромагнитных полей помех. В результате того, что в устройстве используются кристаллы, обладающие линейной электрогирацией при продольном приложении электрического слоя, т.е. не являющиеся пьезоэлектриками, обеспечивается повьшенная точность измерения.

//

П

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНДАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее лазерный источник, света, оптически связанный с расщепителем, в каждом из двух противоположно направленных оптических каналов поляризатор и установленные друг за другом попарно симметрично вокруг проводника с измеряемым током модулирующие электромагнито- оптические кристаллы, расположенные ,в электрическом и магнитном полях последнего, отражатели, размещенные между кристаллами, анализатор и фотоприемник, общие для выходных канальных цепей блок суммирования и блок вычитания, входы которых подключенык выходам фотоприемников, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности и точности измерения, оптические каналы разнесены по двум параллельным плоскостям, причем в каждом из каналов одна половина электромагнитооптических кристаллов ориентирована оптическими осями вдоль силовых линий электрического поля, а другая половина - вдоль силовых линий магнитного поля. 2.Устройство по П.1, о т л ис чающееся тем, что электро S магнитооптические кристаллы выпол(Л нены из кристаллов цёнтросимметричных кристаллографических классов, облаС дающих эффектом линейной электрогирации. 3.Устройство по П.1, о т л ичающееся тем, что электромагнитооптические кристаллы, расположенные оптической осью вдоль силовых линий электрического поля проводника с измеряемым током, выполнены из кристаллов центросим,метричных кристаллографических клас,сов, облагающих эффектом линейной . эдектрогирации, а кристаллы, расположенные вдоль силовых линий магнитного поля проводника с измеряемым током, выполнены из диамагнитных стекол .

13

г L

13

ФиеЛ