Магнитооптический измеритель параметров периодических импульсов тока Советский патент 1987 года по МПК G01R13/40 G01R15/24 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к магнитооптическим измерителям тока, действие которых основано на эффекте Фарадея, и может быть использовано для регистрации формы периодических импульсов тока и измерения их амплитуды.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлена структурная схема магнитооптического измерителя; на фиг. 2 - диаграмма его работы.

Измеритель содержит ячейку 1 Фарадея , расположенную в магнитном поле измеряемого тока, оптически связанную через поляризатор 2 с источником 3 света и через анализатор 4 с фотоприемником 5, подключенным к узкополосному предварительному усилителю 6, который через выпрямитель 7 соединен с У-входом двухкоординат- ного.регистратора 8, Вход синхронизации магнитооптического измерителя через первый ждупщй мультивибратор 9 и генератор 10 пилообразного напряжения, -со единен с первым входом компаратора 11, второй вход которого соединен с первым выходом генератора 12 медленно нарастающего напряжения и X входом двухкоординатного регистратора 8, а выход компаратора 11 - с входами второго 13 и третьего 14 ждущих мультивибраторов. Выход второго жду1Т(его мультивибратора 13 подключен к второму входу третьего ждущего мультивибратора 14, выход которого через усилитель 15 мощности соединен с источником света 3.

Устройство работает следующим образом.

По входному синхронизирующему импульсу U(5 (фиг. 2а) , ко торый опережает импульс измеряемого тока i (фиг. 26), первый ждущий мультивибратор 9 вырабатывает прямоугольный импульс и (фиг. 2в) с длительностью, превьшающей максимально возможную

10

15

20

ным напряжением U и вырабатывает импульсы Up (фиг. 2е) , фронты которых совпадают по времени с моментами равенства напряжений на входах компаратора 11, По передним фронтам этих импульсов второй ждущий мультивибратор 13 формирует импульсы Uj (фиг. 2ж), длительность которых пре- вьшшет максимально возможную длительность импульсов измеряемого тока. Третий ждущий мультивибратор 14 вырабатывает короткие импульсы Uj (фиг. 2и), совпадающие с передним и задним фронтами выходных импульсов второго ждущего мультивибратора 13, эти импульсы через усилитель 15 мощности управляют источником 3 света. Таким образом, источник света генерирует пары светрвых импульсов, первый из которых совпадает с одним из мгновенных значений измеряемого тока, а второй формируется после окончания импульса тока. По мере измене2 ния выходного напряжения генератора. 12 медленно нарастающего напряжения задержка излучаемых источником 3 света импульсов относительно синхронизирующих импульсов изменяется от нуля до- максимума, а первый из световых импульсов поочередно совпадает со всеми мгновенными значениями импульсов измеряемого тока. Импульсный световой поток источника 3 света проходит поляризатор 2 и -падает на

35 ячейку 1 Фарадея, расположенную в магнитном поле измеряемого тока.

Азимут поляризации первого светового импульса после ячейки 1 Фарадея изменяется на угол, процорциональный

40 мгновенному значению измеряемого тока в момент действия этого импульса, а азимут поляризации второго импульса не изменяется..После анализатора 4 изменения азимута преобразуются в

45 изменения интенсивности светового потока, котор.ый фотоприемником 5 преобразуется в электрический сигнал U ф (фиг. 2к). Из этого сигнала узкопо- лосный усилитель 6 вьщеляет К-ю гар-

30

длительность импульса измеряемого то- 50 монику и,,ц(фиг, 2л) частоты следовака. Генератор пилообразного напряжения 10 вырабатывает пилообразное напряжение, .длительность линейной части которого Un (фиг. 2г) несколько превышает возможную длительность импульса измеряемого тока. Компаратор 11 сравнивает выходное напряжение Uj (фиг. 2д) генератора 12 медленно нарастающего напряжения с пилообраз-

5

0

ным напряжением U и вырабатывает импульсы Up (фиг. 2е) , фронты которых совпадают по времени с моментами равенства напряжений на входах компаратора 11, По передним фронтам этих импульсов второй ждущий мультивибратор 13 формирует импульсы Uj (фиг. 2ж), длительность которых пре- вьшшет максимально возможную длительность импульсов измеряемого тока. Третий ждущий мультивибратор 14 вырабатывает короткие импульсы Uj (фиг. 2и), совпадающие с передним и задним фронтами выходных импульсов второго ждущего мультивибратора 13, эти импульсы через усилитель 15 мощности управляют источником 3 света. Таким образом, источник света генерирует пары светрвых импульсов, первый из которых совпадает с одним из мгновенных значений измеряемого тока, а второй формируется после окончания импульса тока. По мере измене ния выходного напряжения генератора. 12 медленно нарастающего напряжения задержка излучаемых источником 3 света импульсов относительно синхронизирующих импульсов изменяется от нуля до- максимума, а первый из световых импульсов поочередно совпадает со всеми мгновенными значениями импульсов измеряемого тока. Импульсный световой поток источника 3 света проходит поляризатор 2 и -падает на

5 ячейку 1 Фарадея, расположенную в магнитном поле измеряемого тока.

Азимут поляризации первого светового импульса после ячейки 1 Фарадея изменяется на угол, процорциональный

0 мгновенному значению измеряемого тока в момент действия этого импульса, а азимут поляризации второго импульса не изменяется..После анализатора 4 изменения азимута преобразуются в

5 изменения интенсивности светового потока, котор.ый фотоприемником 5 преобразуется в электрический сигнал U ф (фиг. 2к). Из этого сигнала узкопо- лосный усилитель 6 вьщеляет К-ю гар-

0

ния импульсов, усиливает ее, а выпрямитель 7 детектирует. Выходное напряжение выпрямителя 7, пропорциональное мгновенному значению измеря- 55 емого тока в момент действия первого светового импульса, подается на У- вход двухкоординатного регистратора 8, на X-вход которого поступает напряжение с выхода генератора 12

медленно нарастающего напряжения, пропорциональное задержке первого светового импульса относительно импульса синхронизации.

Таким образом, на двухкоординат- ном регистраторе регистрируется фор на импульса измеряемого тока. Для обеспечения нормальной работы изме рителя необходимо выполнение соотношения

.. . 2т+1 2Nf

где t- - задержка между первьм и

вторым световыми импульсами;

f - частота следования импульсов;N - номер гармоники, которая

выделяется узкополосным услителем, п е N.

Таким образом, усиление сигнала осуществляется узкополосным усилителем, настроенньм на частоту, в N раз больп1ую частоты следования импульсов измеряемого тока. Б резуль тате этого уменьшается погрешность измерения, обусловленная шумами источника света и фотоприемника, а следовательно,.повышается точность измерения. Формула изобретения

Магнитооптический измеритель па- раметров периодических импульсов тока, содержащий ячейку Фарадея, расположенную в магнитном поле измеряемого тока, оптически связанную через поляризатор с источником света и через анализатор - с фотоприбмни - ком, подключенным к предварительному усилителю, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения точности измерения, он дополнительно снабжен тремя ждупдами мультивибраторами, генератором пилообразного напряжения, генератором медленно нарастающего н-апряжения, компаратором,

g выпрямителем, усилителем мощности и двухкоординатным регистратором, при этом предварительный усилитель выполнен узкополосным и через выпрямитель подключен к У-входу двухкоординатно- го регистратора, вход синхронизации магнитооптического измерителя через первый ждущий мультивибратор и генератор пилообразного напряжения соединен с первым входом компаратора,

g второй вход компаратора соединен с выходом генератора медленно нарастающего напряжения и X-входом двухдсо- ординатного регистратора, а выход компаратора соединен с входами второго и третьего ждущих мультивибраторов , выход второго ждущего мульти- ;вибратора подключен к второму входу третьего ждущего мультивибратора, выход которого через усилитель мощности соединен с источником света.

0

V J J J J J J

фие.2

Изобретение может быть использовано для регистрации формы периодических импульсов тока к измерения их амплитуды и позволяет повысить точность измерения. В магнитном поле расположена ячейка Фарадея, оптически соединенная через поляризатор 2 с источником 3 света и через анализатор 4 с фотоприемником 5, подключенным к предварительному усилителю 6. В устройство введены выпрямитель 7, двухкоординатный регистратор 8, ждущие мультивибраторы 9, 13 и 14, генераторы 10 и 12 пилообразного и медленно нарастающего напряжения и усилитель 15 мощности. Благодаря этому усиление сигнала осуществляется предварительным усилителем 6, настроенным на частоту, в N раз большую частоты следования импульсов измеряемого тока. В результате этого уменьшается погрешность измерения, обусловленная шумами источника 3 света и фотоприемника 5. 2 ил. О