Устройство для измерения силы электрического тока Советский патент 1986 года по МПК G01R15/24 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, основано на применении магнитооптического эффекта Фарадея, может быть использовано , измерения силы электрического тока в установках высокого напряжения и является усовершенствованием устройства по авт.ев, № 742805.

Цель изобретения - повышение точности измерении путем измерения значения частоты,,пропорционального силе тока.

На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого . устройства.

Устройство содержит источник i двухчастотного излучения, управляемый по разности частот компонентов, выполненный на базе, например, лазера, помещенного в соленоид постоянного тока, согласующий блок 2, например усилитель постоянного тока, делитель 3 излучения, например полупрозрачное зеркало, поляризационные элементы 4 и 5 на основе поляроид- ной пленки или поляризационных призм фотоприемники 6 и 7, частотомер 8, модулятор 9, индуктивно связанный с источником измеряемого тока и блок 10 сравнения фаз, при этом на выхо- де источника 1 установлен делитель 3} световой поток которого поступает на вход измерительного канала, образованного модулятором 9, поляризационным элементом 5 и фотоприемником 7J и на вход опорного каналвд образованного поляризационным элементом 4 и фотоприемником 6, выходы фотоприемников 6 и 7 соединены с входами блока 10 сравнения фаз, выход которого соединен с управляющим входом источника 1 через согласующий Йлок 2, выход фотоприемника. 6 соединен с частотомером 8

Установка работает следующим об- разом,

Световой поток источника 1 состоит из двух частотных компонентов

12167382

представить следующей суперпозицией волн

Е, ЕПР cosCca t - S, +Cf,) ;

&2 Е„р . sin(u,c - S, & + (f,); Е; Едез .cos(co.,t- Sj t +Cf2); Ё2 . sin(co,t-S2 0 +if,)

(2)

ts

20

25

30

35

40

4S

2 - bJ-UV Чг/

где .Ы,2 круговая частота ;ц,2- волновое число, равное

2ТГп ,

(с -скорость распрос

странения света ; п - показатель преломления сре ды; fiiZ - начальная фаза колебаний;

Z - оптическая длина пути. После делителя 3 световол поток разделяется на опорный и измерительна. Измерительный световой поток в отличие от опорного проходит через модулятор 9, индуктивно связанный с измеряемым током 1,

Известно, что под действием магнитного поля тока I показатели преломления вещества модулятора 9 для право- и левополяризованного излучения изменяются и становятся равными

п(+)п„ + йп(Н)1

п(-)п„ -,йп(Н)(3)

где Пд - показатель преломления вещества модулятора 9 в отсут ствии поля.

Разность показателей преломления для право- и левополяризованных компонентов излучения можно выразить как

n(+)-n(-)2in(H)V . Н (4) где V - постоянная Верде;

- длина волны излучения; Н - надежность магнитного поля. Поляризационные элементы 4 и 5 установлены так, что не пропускают на фотоприемники 6 и 7 синусоидальные составляющие опорного и измери- тельного световых потоков.

На основании выражений (2) и (4) на выходе элементов 4 и 5 получают

2 1Гп с

- E.+q.,)

„ -t- uf

2 fo - uf.

() npaгде f - частота компонента с

вой поляризацией; f. - частота компонента с левой

поляризацией;

- величина зеемановского расщепления .

Два компонента излучения, разнесенные по частоте на 2 Д,

Е, ЕПР cosCca t - S, +Cf,) ;

&2 Е„р . sin(u,c - S, & + (f,); Е; Едез .cos(co.,t- Sj t +Cf2); Ё2 . sin(co,t-S2 0 +if,)

(2)

0

5

0

5

0

S

2 - bJ-UV Чг/

где .Ы,2 круговая частота ;ц,2- волновое число, равное

2ТГп ,

(с -скорость распрос

странения света ; п - показатель преломления среды; fiiZ - начальная фаза колебаний;

Z - оптическая длина пути. После делителя 3 световол поток разделяется на опорный и измерительна. Измерительный световой поток в отличие от опорного проходит через модулятор 9, индуктивно связанный с измеряемым током 1,

Известно, что под действием магнитного поля тока I показатели преломления вещества модулятора 9 для право- и левополяризованного излучения изменяются и становятся равными

п(+)п„ + йп(Н)1

п(-)п„ -,йп(Н)(3)

где Пд - показатель преломления вещества модулятора 9 в отсутствии поля.

Разность показателей преломления для право- и левополяризованных компонентов излучения можно выразить как

n(+)-n(-)2in(H)V . Н (4) где V - постоянная Верде;

- длина волны излучения; Н - надежность магнитного поля. Поляризационные элементы 4 и 5 установлены так, что не пропускают на фотоприемники 6 и 7 синусоидальные составляющие опорного и измери- тельного световых потоков.

На основании выражений (2) и (4) на выходе элементов 4 и 5 получают

2 1Гп с

-Г

0

Е, Е .cos(2 «f,tf/-)/ f- , с /кпгг

. cos(2 u Е,„ Е„р. .cos(,t - E.+q.,)2f + tf);

2 5-nf,

(4-)f

P, - (5)

,)+R, „

I . (-)f,I

с 2

где n - показатель преломления среды;

Е - путь луча в среде в опорном канале;

2 путь луча в среде в измерительном канале; L - путь луча в магнитооптическом модуляторе 9, Ток на выходе фотоприемников 6 и 7 пропорционален квадрату напряженности электрического поля, падающего на фотоприемник излучения

I, КЕ„ ; 1(,КЕу% (6) где сУд - фототок фотоприемника 6; Ij, - фототок фотоприемника 7; К - коэффициент передачи фотоприемников .

Коэффициент передачи фотоприемников К не равен О только для составляющей напряженности электрического поля падающего излучения разностной частоты

f. г

т.е. 2uf.

Учитьпзая сказанное, после возведения в квадрат (5) и упрощения получают -выражение для фазы электри-- ческих сигналов фотоприемииков

Cfo- ndrialb lVizlB.Qr f

2 7

2tn,

(,.2(,-fJi+(friz))(|..

Отсюда разность фаз равна И (f,-f,).|(n(+)f,-n(-)f2)L,(7)

где ЛЕ е, - Р2.

Используя (1),(3) и (4) перепишем выражение для i ср

Л(Р -

ч- Altn

(f

Hfo )uf a E .

(8)

Напряженность магнитного поля Н в (8) можно представить как

° Г ;

где об - коэффициент, обусловленньш конструкцией модулятора 9.

Тогда 2Уоо„ -ViTit, . р . 4С - - 3-- n l-nbtj. (9)

Составитель Г.Рассмотрова Редактор Г.Волкова Техред О.Ващишина Корректор С,Шекмар

Заказ iaiO/56 Тираж 730 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПГШ Патент, г. Ужгород, ул.Проектная, 4

216738«

Сдвиг фаз между электрическими сигналами фотоприемников 6 и 7 равен алгебраической сумме сдвигов фаз обусловленных эффектом Фарадея, и 5 фазовым набегом на разнице длин оптических путей в опорном и измерительном каналах, т.е.

АЦ

4 itAf

uZ

(10)

где

о AZ с - }

разность длин оптических путей

пД-пй& ь е, uZ nflOdiMe -ne,,.

в результате воздействия выходного сигнала блока 10 через блок 2, соединенный с управляющим входом источника 1, изменение разностной частоты компонентов излучения, обусловленной зеемановским расщеплением, приводит сдвиг фаз uq) к нулю.

При этом из (10) имеет

2Vci -- J+ -г- bZ

о

откуда

или

Л -;

21Гп,

ii

V(cC

i2-ui

2 мп„&2

:.

00

Из (П) видно , что показания частотомера 8 пропорциональны измеряемому току. .

Формула изобретения

Устройство для измерения силы электрического тока по авт.ев, № 742805, отличающееся

тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены согласующий блок и частотомер, при этом выход блока сравнения фаз соединен через согласующий блок с управляющим входом источника двухчастотно- го излучения с взаимно противоположными круговыми поляр изациями компонентов, а частотомер соединен с вы- ходом фотоприемника опорного канала.

Изобретение от осится к электроизмерительной технике и может использоваться для измерения силы электрическог о тока в установках высокого напряжения. Оно является LZJ дополнительным к изобретению по авт. св. № 742805 и основан-о на применении магнитооптического эффекта Фара- дея. Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается путем измерения значения частоты, пропорционального силе тока. Устройство содержит источник I двухчас- тотного излучения, вьтолненньм, например, на базе лазера, помещенного в соленоид, делитель 3 излучения, например полупрозрачное зеркало, поляризационные элементы 4 и 5, фотоприемники 6 и 7, модулятор 9 и блок 10 сравнения фаз. Для достижения лоставленной цели в устройство введены согласующий блок 2 и частотомер 8. 1 ил. 6 (Л