Электрогирационный измеритель напряженности электрического поля Советский патент 1987 года по МПК G01R13/40 G01R15/24 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в высоковольтных установках.

Цель изобретения повышение точо

ности измерений.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 и 3 - вариан-

поляризованного луча света, причем

- (О

FX

о

г Е,

о xvz

ты выполнения полупрозрачных зеркаль- ю рот плоскости поляризации линейно ных покрытий на срез-ах электрогира- ционного кристалла.

Из15;еритель содержит источник света в виде лазера 1, поляризатор 2, пространственный модулятор 3, выполненный из злектрогирационного монокристалла класса m 3, обладаюс ий эффектом линейной электрогирации, со срезами 3.1 и 3.2, выполненными в виде- -полупрозрачных зеркал и поворачивающими луч лазера вдоль осей Z и У соответственно, призменные анализаторы 4.1-4.3, фотоприемники 5.1- 5.6, дифференциальные преобразователи 6.1-6.3, сумматоры 7.1-7.3, вычи- , .тающие блоки 8.1-8.2 и регистрирующий блок 9..

Источник 1 света оптически связан через поляризатор 2, кристалл 3, сре20

15 где 0 - удельное вращение плоскос ти поляризации светового луча под действием состав ляющей Е),; .

показатель преломления; длина волны оптического и лучения;

коэффициент линейной элек трогирации (компонента ак сиального тензора третьег ранга).

Затем луч света, прошедший чере срез 3.1, попадает на призменный анализатор 4.1, при прохождении че рез который делится на два луча,

По Л Tx-iiz

25

зы 3.1 и 3.2 с призменными анализато- 39 плоскости поляризации которых взаимрами 4.1-4.3. Выходы последних:.: связаны с фотоприемниками 5.1-5.6, выходы которых,- в свою очепедь, связаны с дифференциальными: преобразователями 6.1-6.3, а также с сумматорами 7.1-7.3. Выходы сумматоров 7.1-7.3 связаны с управляющими входами дифференциальных преобразователей 6.1-6.3, выходы которых связаны с входами вычитающих блоков 8.1 и 8.2. Выходы дифференциап1: рого преобразователя 6.1 и вычитающих блоков 8.1 и 8.2 связаны с регистрирующим блоком 9.

На фиг. 2 изображено формирование полупрозрачного зеркального покрытия на срезе электрогирационного кристалла 10 при помощи диэлектрической планки 11, изменяющей светопропуска- ние, слоя акрилового клея 12, которым прикреплена призма из оптического стекла.

На фиг. 3 изображено выполнение полупрозрачного зеркального покрытия на срезах электрогирационного кристалла 10 путем погружения его в по- лиметилсилоксановую жидкость 13, содержащуюся в прозрачном диэлектрическом корпусе 14.

13523792

Устройство работает следующим образом.

Луч лазера 1, линейно поляризо- 5 ванный в поляризаторе 2, проходит через монокристалл 3 вдоль оси X и под действием продольной составляющей Е вектора Д1апряженности электрического поля Е происходит пово-

поляризованного луча света, причем

- (О

FX

о

г Е,

о xvz

рот плоскости поляризации линейно

0

5 где 0 - удельное вращение плоскости поляризации светового луча под действием составляющей Е),; .

показатель преломления; длина волны оптического излучения;

коэффициент линейной электрогирации (компонента аксиального тензора третьего ранга).

Затем луч света, прошедший через срез 3.1, попадает на призменный анализатор 4.1, при прохождении через который делится на два луча,

По Л Tx-iiz

5

но перпендикулярны, а интенсивности в соответствии с- законом Малюса описываются выражениями:

35

I.Io.

cos49+c/ J b(n.sin .(2)

.-- (1-sin 2, );(3).

ЭП

40

ЭГ1 ЭГК

(4)

5

0

где lu - интенсивность линейно поляризованного света, постук пающего на монокристалл; 6 - угол между плоскостями приз- менного анализатора 4.1 и поляризатора 2; угол поворота плоскости поляризации светового луча под действием продольной составляющей Е приложенного поля Е. световые лучи поступают на фотоприемники 5.1 и 3.2, сигналы на выходе которых пропорциональны ин-

эг

Далее

55 тенсивностям вых лучей:

I, и I, падающих свето Ф1

,

(3) (6)

где

Кф

коэффициент преобразования фотоприемника.

Сигнал на выходе дифференциального преобразователя 6.1 пропорционален разности интенсивностей I.-I, и оп ределяется выражением:

Ii-.

1

IJ+i

1

К- Ц ММ-КСУМ

9)1

,K,,sin

2

ЗГ1

. 9 T,+II

(7)

gv-t

где К;,у„ - коэффициент преобразования сумматора 7.1; коэффициент усиления дифференциального преобразователя 6.1.

При малых углах плоскости поляризации о/ зр,, когда sin .2cfg, учиты

вая соотношение

(2),

-эг а также

то, что

Л 1р, выражение (71 принимает вид

iTTxvzl x (8)

где 1 длина оптического пути при прохождении луча вдоль оси кристалла. На вход регистрирующего блока 9

поступает напряжение, пропорциональное-составляющей Е у вектора

I:

.

(9)

где К,

коэффициент преобразования

устройства.

Отраженньй от среза 3.1 луч света проходит через-кристалл вдоль оси Z, и под действием продольной составляющей Е вектора Е происходит поворот плоскости поляризации этого луча, причем

1Г

V Е.

exV2 2(10)

где

р, удельное вращение плоскости поляризации светового луча под действием составляющей Е.

Затем луч света, прошедиий через срез 3.2,- попадает на призменный анализатор 4.2, при прохождении через который делится на два луча, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, а интенсивность в соответствии с законом Малкг са описьшается выражениями:

55

cos (e + .- (i+sin ) . где I, 1,,з1п2 (е +rf3rj) -f- (1-sin 24,); (12)

причем

ЭГ2 ЭГ.С/

(13)

де

в ЭГ2

интенсивность луча света, отразившегося от среза 3.1; угол между плоскостями приз- менного анализатора 4.2 и

10

поляризатора

2.0. i

5

.г,угол поворота плоскости поляризации светового луча под действием двух составляющих ЕХ И Е, приложенно

го ПОЛЯ Ь;.

Далее световые лучи поступают на фотоприемники 5.3 и 5.4, сигналы на выходе которых пропорциональны интенсивностям товых потоков:

фз ф 3

,

I и 1 падаю1чих све(14) (15)

Сигнал на выходе дифференциального преобразователя 6.2 пропорционален разности интенсивностей и определяется выражением:

Т К к ev-r сумг gv2

iiizili

1Ф5+1Ф4

2К„,,К,с/,.(16)

Коэффициент преобразования дифференциального преобразователя 6.2 выбирается так, чтобы

35

ив,и„,-и,,К„,-Е,

тогда

UgvrW x K..)- (18) Выходной сигнал вычитающего блока

8.1,определяемый выражением

(19)

и пропорциональный составляющей Е вектора &, поступает на регистрирующий блок 9.

Луч света, отраженный от среза

3.2,проходит через кристалл вдоль оси У, и под действием продольной . составляющей Е вектора напряженнос- ти электрического поля Е происходит поворот плоскости поляризации этого луча, причем:

5

оЛ

d ХУ2 V

(го)

. где удельное вращение плоскости поляризации световогй луча под действием составляющей К SJ.

Затем луч света попадает на приз- менный анализатор 4.3, при прохож дении через который делится на два луча, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, а интенсивности в соответствии с законом Малю- са описываются выражениями:

,cos(Q + (f) (+sin 24гз);(21) io призменных анализатора, шесть фотоприемников, три дифференциальных

,„ sin4s-Hj 5j (l-sin 2с4г,),(22)

причем

° эгз эгх+с/ зг,+ эгг.

(23)

де

т

6 .г.Далее

интенсивность луча света, отразившегося от среза 3.2; угол между плоскостями приз- менного анализатора 4.3 и

поляризатора 2, б т ;

угол поворота плоскости поляризации светового луча под действием трех составляющих К 5(, К, и К. вектора напряженности электрического поля Е. световые лучи попадают на

фотоприемники 5.5 и 5.6 сигналы на выходе которых пропорциональны интен-

сивностям потоков;

If и I, падающих световых

-1-5

i(j,.

(24) (25)

Сигнал на выходе дифференциал зно- го преобразователя 6.3 пропорционален разности интенсивностей и определяется выражениемУ 1ф5-1Ф4

9И

Ф,(,

Ко,м,К„,.(2б)

Коэффихщент усиления дифференциального преобразователя 6.3 выбирается так, чтобы

К к К К OVM-} 9V3 CVM1 9V1

(27)

тогда

,,).

(28)

Выходной сигнал вычитающего блока 8.2, определяемый выражением

Чгиэ„-и9п и,.Е,. . (29) и пропорциональный составляющей ЬГ , поступает на вход регистрирующего блока 9.

Фо. рмула изобретения

Электрогирационный измеритель на пряженности электрического поля, содержащий оптически связанные источник света в виде лазера, поляризатор, пространственный модулятор, содержащий два полупрозрачных зеркала, три

5

0

5

преобразователя, три сумматора, два вычитающих блока, регистрирующий блок, первый и второй выходы каждого анализатора оптически связаны с парой фотоприемников, выходы которых электрически соединены с входами одного из дифференциальных преобразователей, входами одного из сумматоров, выход каждого из. которых подключен к управляющему входу соответствующего дифференциального преобразователя, причем выходы первого и второго, второго и третьего дифференциальных преобразователей подключены соответственно к входам первого и второго вычитающих блоков, а выходы первого дифференциального преобразователя и вычитающих блоков подключены к входам регистрирующего блока, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности измерений, пространственный модулятор выполнен в виде куба из электрогирационного кристалла кристаллографического класса 5 тЗ с тремя взаимно перпендикулярными оптическими осями, совпадающими с осями координат и параллельными ребрам куба, объемные диагонали которого являются осями третьего порядка, причем кристалл выполнен с двумя срезами, образующими угол /4 с правой боковой и верхней гранями, а также фронтальной и левой боковой гранями соответственно, при этом на срезы нанесены полупрозрачные зеркальные покрытия.

0

0

5

2.Измеритель по п. 1, о т л и- чающ.ийся тем, что полупрозрачные зеркальные покрытия на срезах электрогирационного кристалла вьшол- нены путем наклеивания на поверхность электрогирационного кристалла призмы из материала с коэффициентом прелом- . ления, обеспечивающим отсутствие полг- ного внутреннего отражения в электро- гирационном кристалле.

3.Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что полупрозрачные зеркальные покрытия на срезах электрогирационного кристалла выполнены путем погружения электрогирационного кристалла в прозрачную диэлектрическую жидкость с коэффициентом преломления,обеспечивающим отсутствие полного внутреннего отражения в электрогирационном кристалле.

Изобретение - может быть использовано в высоковольтных установках. Электрогирационный измеритель напряженности электрического поля содержит лазер 1, поляризатор 2, пространственный модулятор 3 в виде куба из электрогирационного кристалла кристаллографического класса m 3 с тремя взаимно перпендикулярными оптическими осями, совпадающими с осями координат и параллельными ребрам куба, объемные диагонали которого являются осями третьего порядка. Кристалл имеет срезы 3.1 и 3.2, выполненные в виде полупрозрачных зеркал и поворачивающие луч лазера 1 вдоль осей Z и У соответственно, при этом на срезы нанесены полупрозрачные зеркальные покрытия. Изобретение повышает точность измерений. 2 з.п. ф-лы, З - ил. g оо сд ю со «) pu8t

qjue.Z

фигз

Редактор И.Рыбченко

Составитель В.Степанкин Техр ед А. Кр авч ук

Заказ 5561/43

Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор М.Максимишинец