Способ измерения высокого напряжения и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01R13/40 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, предназначено для использования в контрольноизмерительной аппаратуре высоковольт ных электроустановок и может быть также использовано для измерения других физических величин, предварительно преобразованных в напряжение . Цель изобретения - повьппение точности измерения путем компенсации температурной погрешности и обеспечение возможности сравнения двух напряжений между собой. На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения высокого напряжения, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения, делитель 2 светового потока, поляризаторы 3 и 4, ячейки 5 и 6 Керра, элек трический вход ячейки 5 Керра соединен с клеммами 7 и 8 для подключения первого источника напряжения, электрический вход ячейки 6 Керра соеди нен с клеммами 9 и 10.для подключения второго источника напряжения, ди хроичное зеркало 11, анализатор 12, фотоприемник 13, вспомогательные зеркала 14 и 15. Делитель 2 светового потока установлен между выходом источника 1 монохроматического излучения и входами поляризаторов 3 и 4 оси поляризации которых ориентированы взаимно перпендикулярно. Световой вход ячейки 5 Керра оптически связан с выходом поляризатора 3, а световой вход ячейки 6 Керра - с выходом поляризатора 4. Дихроичное зеркало 11 оптически связано по прозрачному входу с выходом ячейки 5 Керра, по отражающему входу - с выходом ячейки 6 Керра, а по выходу - с входом анализатора 12, ось поляризации которого ориентирована под углом 45 к осям поляризации обоих поляризаторов Вход фотоприемника 13 оптически связан с выходом анализатора 12. Вспомо гательные зеркала 14 и 15 обеспечива ют организацию соответствующих оптических связей. Устройство работает следующим образом . В исходном состоянии световой поток с круговой поляризацией от исто ника 1 монохроматического излучения попадает на делитель 2 и делится им на две равные части также с круговой поляризацией. Одна часть светового потока поступает на поляризатор 3, а другая, отражаясь от зеркала 14, на поляризатор 4. Так как оси поляризации их взаимно перпендикулярны, то плоскости поляризации световых потоков после поляризаторов 3 и 4 также оказываются взаимно перпендикулярными и попадают на световые входы ячеек 5 и 6 Керра. Ячейки 5 и 6 Керра установлены так, что их электроды 7, 8 и 9, перпендикулярны плоскостям поляризации входных световых потоков. Это обеспечивает параллельность плоскостей поляризации проходящих через ячейки 5 и 6 Керра световых потоков и электрических полей, возникающих в них при приложении напряжений к управляющим электродам 7, 8 и 9, 10. Однако в исходном состоянии напряжения к электродам 7, 8 и 9, 10 не приложены и с выходов ячеек 5 и 8 . Керра выходят световые потоки с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. С выхода ячейки 5 Керра световой поток поступает на дихроичное зеркало 11 со стороны пропускания, ас выхода ячейки 6 Керра, отражаясь от зеркала 15, - со стороны отражения, В результате после дихроичного зеркала 11 получается суммарный световой поток, составляющие которого имеют взаимно перпендикулярные плоскости поляризации. Кроме того, в результате идентичности ячеек 5 и 6 Керра и соответствующей установки остальных оптических элементов после делителя 2 светового потока до дихроичного зеркала 11, обеспечивающих равную оптическую длину путей двух световых потоков, колебания электрической (и магнитной) составляющйх в обоих слагаемых и в световом потоке после дихроичного зеркала 1I оказываются синфазными. Оптические длины путей этих световых потоков могут быть и неравными, но отличающимися на целое число длин волны светового потока. Таким образом, после дихроичного зеркала 11 в результате сложения двух световых потоков с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации без сдвига фаз образуется линейно поляризованный световой поток 3 с плоскостью поляризации, расположенной под углом 45 (по диагонали) к плоскостям поляризации слагаемых световых потоков, который попадает на анализатор 12 с плоскостью поляризации, перпендикулярной (диагонали) плоскости поляризации падающего светового потока. В результате световой поток через анализатор 12не проходит и на фотоприемник 13не попадает. При измерении одного напряжения оно прикладывается к управляюпщм электродам одной из ячеек Керра, на пример к электродам 7 и 8 ячейки 5 Керра. В результате этого пропорцио нально приложенному напряжению изменяется коэффициент преломления ак тивного вещества ячейки 5 Керра для светового потока с плоскостью поляризации, перпендикулярной управляющим электродам 7 и 8. Изменяется оп тическая, длина пути светового потока, прошедшего через ячейку 5 Керра, и вносится сдвиг фазы этого све тового потока по отношению к световому потоку, прошедшему через ячейку 6 Керра. Плоскость поляризации светового потока после дихроичного зеркала I1 разворачивается и проходит через фазы круговой и эллиптической поляризации в зависимости от величины приложенного к ячейке 5 Керра напряжения. Световой поток на выходе анализатора 12 изменяет интенсивность, и выходной электрический сигнал фотоприемника 13 зависит от величины измеряемого напряжения. При изменении температуры окружающей среды изменяется температура активного вещества обеих ячеек 5 и 6 Керра. Одновременно одинаково изменяются оптические длины путей обо их световых потоков и тем самым исключается погрешность измерения напряжения от изменения температуры. При подаче напряжений на управляющие электроды 7, 8 и 9, 10 ячеек 5 и 6 Керра при их равенстве одинаково изменяют оптические длины путей обоих световых потоков и сдвиг фаз их отсутствует. В результате на выходах анализатора 12 и фотоприемника 13 сигналы также отсутствуют. Если подаваемые на управляющие электроды 7 8 и 9, 10 ячеек 5 и 6 Керра напряжения различны, например на ячейке 5 Керра напряжение больше, то различны 584 оптические д.пины путей световых потоков. При этом разность их зависит от величины разности напряжений и на выходах анализатора 12 и фотоприемника 13 появляются сигналы, также зависящие от величины разности приложенных к ячейкам 5 и 6 Керра напряжений. Таким образом, обеспечивается повышенная точность измерения напряжения за счет исключения погрешности из-за изменения температуры окружающей среды. Кроме того, имеется возможность сравнивать два напряжения, например, производить их сложение или вычитание. Формула изобретения 1. Способ измерения высокого напряжения, заключающийся в выделении из луча света с круговой поляризацией линейно поляризованного светового потока и пропускании его через оптически активную среду, находящуюся под воздер ствием измеряемого напряжения, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности и обеспечения возможности сравнения двух напряжений между собой, выделяют дополнительный линейно поляризованный световой поток с плоскостью поляризации, перпендикулярной плоскости поляризации основного потока, пропускают его по дополнительному оптическому пути, равному по длине основному или отличающемуся от него на целое число длин волны светового потока, через дополнительную активн-ую среду, идентичную основной, посIле чего суммируют оба световых потока, выделяют составляющую с плоскостью поляризации, перпендикулярной диагонали двух плоскостей поляризации световых потоков, и по величине этой составляющей судят о величине измеряемого напряжения. 2. Устройство для измерения высокого напряжения, содержащее источник монохроматического света, первый поляризатор, первую ячейку Керра, световой вход которой оптически связан с выходом первого поляризатора, а электрический вход соединен с клеммами для подключения первого источника напряжения, анализатор и фотоприемник, вход которого оптически связан с выходом анализатора, о т 51

личающееся тем, что в него введены делитель светового потока, дихроичное зеркало, второй поляризатор и вторая ячейка Керра, причем делитель светового потока установлен между выходом источника монохроматического излучения и входами обоих поляризаторов, оси поляризации которых ориентированы взаимно перпендикулярно, дихроичное зеркало оптически связано по прозрачному входу с выходом одной ячейки Керра, по отраженному входу - с выходом другой ,

722586

а по выходу - с входом анализатора, ось поляризации которого ориентирована под углом 45 к осям поляризации обоих поляризаторов, световой 5 вход второй ячейки Керра оптически связан с выходом второго поляризатора, злектрический вход соединен с клеммами для подключения второго источника напряжения, а электро0 ды обеих ячеек Керра ориентированы перпендикулярно осям поляризации соответствующих поляризаторов.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре высоковольтных электроустановок , а также для измерения физических величин, предварительно преобразованных в напряжение. Цель изобретения состоит в повышении точности измерения и в обеспечении сравнения двух напряжений. Спо соб предусматривает оптическую обработку луча света с круговой поляризацией при пропускании его через активную среду, на которую воздействуют измеряемым напряжением. С этой целью в устройство для осуществления способа дополнительно введены делитель 2 светового потока, дихроичное, зеркало 11, второй поляризатор 4 и вторая ячейка 6 Керра. На чертеже изображены источник 1 монохроматического излучения, делитель 2 светового потока, поляризаторы 3 и 4, ячейки (Л 5 и 6 Керра, клеммы 7, 8 и 9, 10, дихроичное зеркало 11, анализатор 12, фотоприемник 13 и вспомогательные зеркала 14 и 15. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.