Способ измерения амплитуды и формы импульсов высокого напряжения и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01R13/40 G01R15/24 

24, введены анализатор 7, дифференциатор 10, элемент 11 задержки, аналого-цифровой преобразователь 12, регисТхр 13, оперативные запоминающие

элементы 14 и 19, ЭВМ 15, блок 16 формирования и синхронизации импульсов, логические элементы 17, 18 ИЛИ, счетчики 20 и 21. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения импульсных и переменньгх напряжений. Целью изобретения является повышение точности измерения высоких напряжений. Предложенный способ заключается в следующем. Осуществляется модулирование измеряемого и образцового злектрических сигналов ячейкой Керра и затем сравнивают их. Для повьшения,точности вводится операция самокалибровки системы измерения, которая заключается в следующем. После преобразования образцового низковольтного импульса в цифровой код и восстановления его формы осуществляется сравнение с формой исходного образцового импульса и определяется ошибка преобразования. В соответствии с выявленной ошибкой корректируют восстановленную после кодирования форму измеряемого импульса и сравнивают ее с формой .образцового низкого напряжения. По результату сравнения определяют амплитуду им с S пульса высокого напряжения. Для дос(/) тижения цели в устройство, содержащее источник 1 монохроматического излучения, светоделитель 2, поляризатор 3, ячейки 4 Керра, источники 5 и 6 измеряемого высокого и образцового низкого напряжения, собирающую линзу 8, фотоприемник 9, конденсаторы 23 и

1

Изобретение относится к измериельной технике и может быть испольовано для измерения имцульсных и пееменных напряжений, а также для ввоа вЭВМ и обработки информации, редставленной световыми сигналами, олученными с модуляторов оптического злучения.

Цель изобретения - повышение точности измерения высоких напряжений (ВН) за счет возможности измерения формы импульса ВН и осуществления самокалибровки измерительной системы.

На фиг.1 изображено устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.З - алгоритм работы ЭВМ.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения, светоделитель 2, поляризатор 3, ячейку 4 Керра, источник 5 измеряемого ВН, источник 6 образцового низкого напряжения (НН), анализатор 7, собирающую линзу 8, фотоприемник 9, дифференциатор 10, элемент 11 задержки, аналогоцифровой преобразователь (А1Щ) 12, регистр 13 первый 14 оперативный запоминающий элемент (033), ЭВМ 15, блок 16 формирования и синхронизации импульсов, логические элементы ИЛИ

17 и 18, второй ОЗЭ 19, первый 20 и второй 21 счетчики и генератор 22 счетньЬс импульсов,

В оптическом тракте последовательно друг за другом установлены: источник 1 монохроматического излучения, светоделитель 2,,поляризатор 3, ячейка 4 Керра с основным и дополнительным оптическими каналами, проходящими между обкладками плоскопараллельных конденсаторов 23 и 24, подключенные к источникам 5 и 6 измеряемого ВН и образцового НН, анализатор 7, собирающая линза 8 и фотоприемник 9, расположенный в фокальной плоскости линзы.

Выход фотоприемника 9 подключен к входу дифференциатора 10 и элемента 11 задержки, выход которого подсоединен к входу АЦП 12. Выходы АЦП 12

подключены к информационным входам регистра 13, к выходам которого подсоединены информационные входы первого ОЗЭ 14, выходы которого подключены к информационным входам ЭВМ 15. Выход

дифференциатора 10 соединен с первым входом блока 16 формирования и синхронизации, второй и третий выходы которого через первые входы логических элементов ИЛИ 17 и 18 подключены

к входам Запись-чтение ОЗЭ 14 и 19. Первый выход блока 16 формирования и синхронизации подключен к стробирующим входам АЦП 12 и регистра 13, а также к счетному входу двоичного

счетчика 20 экстремумов пропускания. Выходы счетчика 20 подключены к адресным входам ОЗЭ 14 и 19. Выход генератора 21 счетных импульсов подключен к второму входу блока 16 формирования

и синхронизации и счетному входу второго счетчика 21. Выходы счетчика 21 подсоединены к информационным входам (последовательно второго ОЗЭ 19 . и ЭВМ 15. При этом управляющие импуЬьсы из ЭВМ 15 подаются к входам установки нуля счетчиков 20 и 21, запуска источников 6 и 5 образцового НН, измеряемого ВН, и генератора 22 счетных импульсов и на вторые входы

логических элементов ИЛИ 17 и 18,

Устройство работает следующим образом.

В ЭВМ вводятся значение полуволнового напряжения низковольтной части

ячейки Керра, коэффициент трансформации и исходные данные об образцовом низковольтном импульсе. По командам, поступающим из ЭВМ 15, первый 20 и второй 21 счетчики устанавливаются

в нулевое состояние. Запускается генератор 22 счетных импульсов и вклю31чается источник 6 образцового НН. Луч света от источника 1 монохроматического излучения формируется светоделителем 2 в два параллельных пучка. Эти пучки проходят через поляризатор 3, который позволяет установить исходную поляризацию света относительн направления приложенных электрических полей, а затем через диэлектрическую жидкость, заполняющую ячейку 4 Керра. Луч, прошедший через конденсатор 24, модулируется образцовым напряжением, проходит анализатор 7 и линзу 8 и попадает на фотоприемник 9, который преобразует в электрический сигнал модулированный образцовым напряжением оптический сигнал. Сигнал с выхода фотоприемника 9 одновременно подается на входы дифференциатора 10 и элемента 11 задержки, в котором задерживается на время, необходимое для формирования импульсов стробирования и записей. Выход элемента 11 задержки подключен к входу АЦП 12, который преобразует аналоговый сигнал с выхода фотоприемника 9 в цифровой код. Выход дифференциатора 10 подключен к входу блока 16 формирования и синхронизации, в котором вырабатываются импульсы управления записей U, , Ujj ОЗЭ 14 и 19 и импульсы стробирования Ug АЦП 12 и регистра 13. Количество строб-импульсов соответствует числу экстремумов и подсчитывается счетчиком 20. По фронтам сформированных в блоке 16 строб-импульсов Uj осуществляется съем информации с А1Щ 12 и запись параллельным кодом информации в регистре 13, а по срезам этих импульсов сдвиг информации в регистр. Сформированным по срезу строб-импульса импульсом Uj, через элемент ИЛИ 17 осуществляется запись данной информации об экстремумах амплитуды в ОЗЭ 14, адресные входы которого управляются выходами счетчика 20. i Информация о времени наступления экстремумов снимается по фронтам импульсов и,2 сформированных в блоке 16 из фронтов строб-импульсов и и записывается в ОЗЭ 19 в паузе между счетными импульсами. График, поясняющий принцип работы, показан на фиг.2 Этот процесс продолжается до окончания образцового импульса, после чего данные, записанные в ОЗЭ 14 и 19 переписываются в ЭВМ 15 и запускаетея источник 5. Процесс преобразования 2 измеряеного импульса осуществляется аналогично. Параллельно процессу преобразования измеряемого импульса осуществляется обработка данных об образцовом импульсе, сравнение с исходным импульсом и корректировка. После завершения данного процесса данные, записанные в 03Э 14 и 19, об измеряемом импульсе переписьшаются в ЭВМ 15, осуществляется обработка данных с учетом корректировки и восстанавливается форма и амплитуда измеряемого импульса, осуществляется его сравне-ние с образцовым, определяется разница по амплитуде между импульсами в известные моменты времени. Измеряемый импульс нормируется и результат измерения вьшодится на устройства отображения. Значение измеряемого ВН определяется по выражению: 1/1 (U/U) ± I-. arcsinи - мгновенное значение измеряемого ВН; I/I - относительная интенсивность потока, зафиксированная фотоприемником;,1,2,3,...,К - число экстремумов пропускания; полуволновое напряжение ячейки, т.е. напряжение, которое необходимо приложить к ячейке для получения первого экстремума пропускания светового луча. Напряжение U является постоянной величиной для конкретной ячейки и определяется параметрами заполнителя и геометрией конденсатора ячейки Керра, и„ d/, (3) где d - межэлектродное расстояние в плоском конденсаторе, длина электродов конденсато- ра, постоянная Керра диэлектрика, заполняющего ячейку. Постоянная В является функцией следующих параметров: В f(, п. Т), где S - относительная диэлектрическая. проницаемость диэлектрика; п - показатель преломленияJ Т - температура. 1 Параметры g, n, Т не являются независимыми. Предлагаемое устройство измеряет амплитуду и форму импульсного сигнала ВН, осуществляет самоповерку и калибровку измерительной системы. С учеттом того, что оптико-электронные измерительные устройства устанавливают связь между измеряемой величиной и физическими константами активных веществ, причем в основе указанной связи лежат фундаментальные физические процессы, появляется возможность использования таких измерителей в качестве рабочего эталона высокого напряжения. Кроме того, уменьшается время измерения и обработки результатов измерения. Формула изобретения 1. Способ измерения амплитуды и формы импульсов высокого напряжения при помощи поля образцового низкого напряжения, содержащий модулирование измеряемого и образцового электрических сигналов ячейкой Керра и сравнение сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в процесс измерения вводится операция самокалибровки системы измерения, заключающаяся в том, что образцовый низковольтный импульс в реальном масштабе времени преобразуют в цифровой код, восстанавливают его форму и сравнивают с формой исходного образцового импульса, по результатам сравнения сигналов выявляют ошибку преобразования, измеряемый импульс высокого напряжения преобразуют в цифровой код, восстанавливают его форму, корректируют в соответствии с выявленной ошибкой, сравниваю откорректированную форму импульса вы сокого напряжения с формой образцово го низкого напряжения и по результат сравнения определяют амплитуду импульса высокого напряжения, 2. Устройство для измерения ампли туды и формы импульсов высокого напряжения, содержащее последовательно соединенные источник монохроматического излучения, светоделитель, поляризатор, ячейку Керра с двумя оптиче 62-6 скйми каналами, проходяпшми между обкладками плосколараллельных конденсаторов, подключенных к источнику измеряемого высокого напряжения и источнику образцового низкого напряжения, собирающую линзу, фотоприемник, расположенный в фокальной плоскости линзы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, между ячейкой Керра и линзой установлен анализатор, а также введены аналого-цифровой преобразователь, регистр, два оперативных запоминающих элемента, диф4)еренциатор, ЭВМ, два счетчика, генератор счетных импульсов, 6JJOK формирования и синхронизации, два логических элемента ИЛИ и элемент задержки, вход которого подключен к выходу фотоприемника и входу дифференциатора, выход элемента задержки подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с информационными входами последовательно соединенных регистра, первого оперативного запоминающего элемента и ЭВМ, выход дифференциатора соединен с первым входом блока формирования и синхронизации, первый выход которого подключен к стробирующим входам аналого-цифрового преобразователя и регистра, а также к счетному входу первого двоичного счетчика, выходы которого соединены с адресными входами первого и второго оперативных запоминающих элементов, второй и третий выходы блоков формирования и синхронизации через первые входы логических элементов ИЛИ соединены с входами Запись-чтение первого и второго оперативных запоминающих элементов соответственно, выход генератора счетных импульсов соединен с вторым входом блока формирования и синхронизации и счетным входом второго счетчика, выходы которого подключены к информационным входам последовательно соединенных второго оперативного запоминающего элемента и ЭВМ. при этом входы установки нуля счетчиков и запуска генераторов образцового низкого, измеряемого высокого напряжения и счетных импульсов, вторые входы логических элементов. ИЛИ соединены с управлякицими выходами ЭВМ.

ЛЛАААЛч.

fJduip

Uc

IPuf. 2

Вйовитднб/х Ьаннш Upg. к. трву, Гюк

tuof

I Опрос 033 Цконанды

Расчет пара нетрог импульсов по ырамению{г)и ripoipOHHffoee oSefneveHun

HopHupotQHue

Сравнение

Ошибка

.OmoSDoxfeHt/e ирегиапро

переховк командно ярефып. изне/хния му ретину

1Риг.З