Способ определения величины переменного электрического тока Советский патент 1988 года по МПК G01R15/24 

со со а

с

4

1396067

намагничиваний области индуцирован- чения до изменения и после изменения ной гиротропии соотве1тственно по на- интенсивнос ги этого излучения на вхо- правлению и против направления рас- де его в магнитооптическую систему. Пространения в ней оптического излу- 2 шт.

Изобретение позволит повысить точность определения величины переменного тока. Устройство, реализующее способ, содержит магнитооптический измеритель, включающий управляемый лазер 5, ослабитель 6, поляризатор 7, многовитковый контур 8 из магнито- упорядоченной световодной среды, охватывающий линейный проводник 9, ана- лизатор 10, первичный измерительньй преобразователь 11, масштабный усилитель 12, видеотерминал 17 и управля- к«ций блок 13, включающий аналого-цифровой и цифроаналоговьй преобразователи 14 и 16 и вычислительньй блок 15о Способ основан на индуцировании гиротропии в протяженной световодной среде магнитооптической системы. Последняя настроена на максимальную чувствительность, когда формирзтот многократность взаимодействия индуцирующей эффективт1рй составляющей магнитного поля определяемого тока с коллинеарным ей линейно поляризованным оптическим излучением и измеряют интенсивности этого излучения на выходе его из магнитооптической системы. При этом фиксируют результаты измерений интенсивностей в моменты S (Л

. 1

; Изобретение относится к технической физике и может найти применение в физико-технических исследованиях,, использующих линейные и нелинейные прямые разомкнутые магнитооптические измерительные преобразования.

Целью изобретения является повышение точности опредсшения величины переменного электрического тока.

На фиг, 1 представлена нормированная передаточная характеристика измерительного преобразователя; на фиг. 2 - структурная схема магнитооптического измерителя тока, реализующего указанный способ.

Способ осуществляют следующим образом.

Первоначально формируют многократность взаимодействия индуцирующей маг нитной составляющей поля определяемого тока с коллинеарным линейно поля- ризованньм оптическим излучением. Цдя этого конструктивно выполняют протя- женнзпо среду распространения линейно поляризованного излучения, т.е. световод с диэлектрическим наполнением в в-иде многовиткового разомкнутого контура, охватьшающего прямолинейный участок проводника с током, или же охватывают витками токопровода участок многовиткового контура из свето- водной среды. Затем устанавливают на концах световодной среды поляроиды и для настройки системы по максималь- ной ее чувствительности полускрещивают поляроиды под углом. Далее фиксируют (в момент t намагничивания области индуцированной гиротропии по направлению распространения в ней ли- нейно поляризованного излучения) выходной сигнал измерительного преобразователя Y :

,) ± us,;-

Sna/T J it i-, -S/tJ,(i

что соответствует точке 1 на нормированной передаточной характеристике (фиг. 1).

Дсшее фиксируют (в момент t намагничивания области И1одуцированной гиротропии против направления распространения в ней линейно поляризованного излучения) выходной сигнал измерительного преобразователя (ИП) Yj:YI SHJ(II)

± Vi

)°± . - ,(Ч),(2)

что соответствует точке 2 на нормированной передаточной характеристике фиг. 1.

В приведенных выражениях S ц, и S Ц. - нормированные, приведенные соответственно к входу и выходу значения крутизны передаточной характеристики в i-й момент измерения; Ду..и J у.- приведенные соответственно к выходу и входу ИП абсолютные (аддитивные) остаточные погрешности, характеризуемые зависимостью

dy v. T. -I i I J) 1 I - ; I; r Ji

. C.), (3)

в которой Ли л - соответственно Квазистационарные за время измерения коррелированные (систематические) и переменные за время измерения некоррелированные (систематические) и переменные за время измерения некоррелированные (случайные) типа белого шума составляющие; п - нормирован- ньй показатель нелинейности передаточной характеристики ИП в диапазоне измерения; 14. и Т - пропускание излучения в системе в направлении, совпадающем с направлением распространения в ней излучения и в противоположном этому направлении соответственно.

Затем изменяют интенсивность 1д излучения на нормированную величину

313960674

+ 4Ig таким образом, чтобы на норми- Y (Y -Y l-vlS 1 л1 +

рованной передаточной характеристике + I (t) - л (t )jf. (Ю)

(фиг. 1) рабочая точка 1 перемести- 4 7

лась в некоторое положение 3 в преде-

лах квазилинейного участка этой пере-Далее находят из соотношений (9)

даточной характеристики, удовлетво- и (10), что

ряющего условию, ч гр Y,,(ti)- У, (ti) /.,

(dn.J |n,-ll 1, (4). 10 (

после чего повторно фиксируют (в мо-. / т

мент t, намагничивания области шзду-Ф dY/t- Id4(t4)-- vi(t i}j fi)

, .. -L -О A V

цированной гиротропии по направлению 2 о

распространения в ней линейно поляри- 15

зованного (ЛП) излучения) выходной .определяют разность пропусканий си- сигнал измерительного преобразовате- стемы а именно- ля YJ :

,(1зЛ ±. ,T.-J- () (13)

и± .ОнОЛ

(1о1 ± :

(t ,45)при U,(t,) - b,(t,) 0

что соответствует точке 3 на нормиро- и Зу 4t ) - dy (t)I -O.(14)

ванной передаточной характеристике

(фиг. I).

Далее повторно фиксируют (в моментЗатем проводят подстановку завиt. намагничивания области индуциро-симости (13) в соотношение, описьшаванной гиротропиии против направле- работу обобщенной магнитооптиния распространения в ней ЛП излуче- ° ческой системы: ния) выходной сигнал

.„0,5/W.

Y4-S«.,,(I,) + 4 БНЗ Т-i .

-(.), ед.СбГ 35o,5/m,N,

что соответствует точке 4 на нормированной передаточной характеристике Де г- постоянная оптических по- (Фиг. ). . терь;

Затем с учетом зависимости (4) 0 коэффициент., учитывающий не- принимают, что в пределах квазилиней-полноту погасания оптичесных участков вариации рабочей точки ° излучения в магнитоопна нормированной передаточной характе-тическо системе,

ристике измерительного преобразовате- - °стоянная Верде световодной -ля по фиг. 1 - 45 срда;

N - количество витков контура е -q -ч„ч -Ч -Ч .civсветоводной среды;

С)ит,- Ь ИОит- OUT- ЬлН//

i 3 г - 4 , N - количество витков контура

Д л и J S C8lтокопровода,

. 50 получаю соотношения

JY,,

после чего на основании зависимостей i(0,5/VN,N ) arc sin (1) - (8) определяют разность между ai H-({J«

результатами измерений адекватных .(16)

интенсивностей ЛП излучения на выход его из анализатора фиг. 2, а именно: 5; по которому определяют электрический

ток.

J Y, I Yj-Y, I |s/r+ и IP +При вьшолнении условия

+ (Ч) - ° Y,- (t,)l.(9) .S,Sj(17)

JY,,

({J«

определение проводят по выражению i40,5/V N,N,) arc sin

Устройство, реализующее способ, состоит из магнитооптического измерителя переменного электрического тока, состоящего из управляемых лазера 5 и ослабителя 6, поляризатора 7, мно- говиткового контура 8 из магнитоупо- рядоченной световодной среды, охватывающего линейный проводник 9 с проте- канлцим в нем определяемым переменным током, анализатора 10, первичного измерительного преобразователя 11, масштабного усилителя 12, управляющего блока 13, содержащего аналого-цифровой преобразователь 14, вьгчислитель ный блок 15, цифроаналоговый преобразователь 16 и видеотерминал 7.

Способ реализуется на устройстве со структурной схемой (фиг. 2), характеризующейся передаточной характери- стикой, показанной на фиг. 1, следующим образом.

Первоначально вводят в управлязю- 1ЦИЙ блок 13 программу последовательности проведения измерительных операций, а также алгоритмы (4), (9), (10), (16) -(18), нормированную передаточную характеристику (фиг. 1) и показатель ее нелинейности, постоянные величины, входящие в соотношения (16) - (18), данные по порогу чувст- эительности первичного измерительного преобразователя, передаточная характеристика которого показана на фиг; 1.

Затем устанавливают поляризатор 7 и анализатор 10 под углом, обеспечивающим максимальную чувствительность устройства, после чего по команде управляющего блока 13 включают лазер 5 и устанавливают ослабитель 6 таким образом, чтобы на выходе поляризатора 7 было излучение интенсивностью 1,; фиксируют в управляющем блоке 13 результаты измерений интенсивностей соответственно 1 и 1,25 ЧТО соответствует рабочим точкам 1 и 2 на нормированной передаточной характеристике фиг. 1.

Далее по команде управляющего блока 13 вычислительный блок 15 вычисляет нормированные значения крутизны передаточной характеристики фиг. 1 S ЦТ и З.ц-, в рабочих точках 1 и 2

этой характеристики соответственно и запоминает их; изменяют ослабление ослабителя 6 в пределах выполнения условий 4 и 18 , которые непрерывно контролируются вычислительным блоком 15; фиксируют в памяти вычислительного блока 15 результаты (З) и (6) измерений интенсивностей соответственно 1з и 1, что сообразно рабочим точкам 3 и 4 на нормированной передаточной характеристике фиг. 1.

Затем вычислительный блок 15 вычисляет разности (9) и (10) между измерениями адекватных интенсивностей

5

о 0

-

0

I J и

7

котосоответственно I рые запоминает.

После этого вычислительный блок 15 вычисляет значение величины определяемого переменного электрического тока i по соотнощению (16) или по зависимости (18), используя введенные j постоянные величины V, N, ul , и эе, а также предварительно вычисленные значения крутизны S и S передаточной характеристики фиг. на ее квазилинейных участках, удовлетворяющих условиям (4), (7) или (17). . Далее по команде блока 13 индицируют результат определения перемен- ного электрического тока на видеотерминале 17, устанавливают начальное ослабление)выключают лазер 5. На этом заканчивают процесс определения переменного электрического тока по соотношениям (16) и (18) с использованием структурной схемы фиг. 2.

Формула изобретения

Способ определения величины переменного электрического тока, заключающийся в том, что формируют многократное взаимодействие составляющей магнитного поля со световодной магнитооптической средой путем взаимного охвата витков контура с током и витков световодной оптической среды, через которую пропускают линейно поляризованное оптическое излучение, входная интенсивность которого находится на нелинейном участке характеристики преобразования, анализируют оптическое излучение после пропускания через световодную магнитооптическую среду и измеряют его интенсивность, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения величины переменного тока, фиксируют две пары результатов измерений интенсивности светового потока, причем первые измерения интенси вности каждой пары проводят в моменты, соответствующие максимальной намагниченности световодной магнитооптической среды, в направлении совпадающем, а вторые измерения - в про тивоположном направлению распространения в ней оптического излучения, вторую пару измерений проводят после изменения входной интенсивности оптического излучения в пределах ква- зилИнейного участка характеристики преобразования, а электрический ток определяют по соотношению

;i(0,5/.VN,N,) srcsin(bff5fif-), где V

41о(1-) 20

- постоянная Верде световой магнитооптической среды;

с10J5

,

20

1

8

К,, - количества витков соответственно контуров с током и магнитооптической световодной среды; JY, , /)Y.j - разности между первыми и .вторыми результатами пар измерений;

S - нормированные значение крутизны характеристи ки преобразования при интенсивностях, соответствующих моментам проведения первой и второй пар измерений; ;d TO - изменение интенсивности оптического излучения;

- коэффициент, учитывающий неполноту погашения излучения;

Z - постоянная оптических потерь.