Электрогирационное устройство для бесконтактного измерения высоких напряжений Советский патент 1989 года по МПК G01R19/00 G01R15/24 

Изобретение относится к технике измерения высоких напряжений и может быть использовано в испытательной технике и при передаче энергии. Целью изобретения является повышение точности измерений. Цель достигается за счет компенсации погрешностей, возникших при прохождении луча от источника 1 излучения через первичный преобразователь, содержащий поляризатор 3, электрогирационный монокристалл 4 с прозрачными электродами 5, призменный анализатор 6, анализатор 7. Компенсация осуществляется с помощью вторичного преобразователя 8 с фотоприемниками 9, 10, 11 и функциональным преобразователем 12 при работе сумматора 13, компаратора 14, блока выборки-хранения 15 циклическим образом. 2 ил.

ел

ю

СП

сд

;о со

гч

Изобретение относится к электроизмерительной гехнике, может быть использовано в измерительной технике высоких напряжений и является усо- вершенствованием устройства по основному авт.св. Vf 1298669.

Цель изобретения - повышение точности измерения напряжения.

На фиг. 1 приведена функциональ- ная схема электрогирационного устройства для бесконтактного измерения высокого напряжения, на фиг. 2 - эпюры экстраполяционной коррекции результатов измерений.

Электрогирационтое устройство для бесконтактного измерения высоких напряжений (фиг.1) содержит оптически последовательно связанные источник 1 излучения, первичный преобразсша- тель 2, содержг щий оптически последовательно связанные поляризатор 3, выполненный в виде моноблочной прямоугольной двулучепреломляющей приз- I

мы, электрогирационнуй кристалл 4

центросимметричного кристаллографического класса с оптически прозрачными электродами 5 на тооцах, призмен- ный анализатор 6, а также анализатор 7. Выходы анализаторов оптически свя- заны с оптическими входами вторичного преобразователя 8, которыми служат входы фотоприемников 9, , 11. Г1ре- образователь 8 содержит также функциональный преобразователь 12, сумма- тор 13, компаратор 1, блок 15 выборки-хранения. Выходы фотоприемников Э, 10 подключены к первому и второму входам функционального преобразователя 12. Выход фотоприемника 11 подклю- чен к первому входу компаратора I, а второй вход компаратора И соединен с шиной нулевого потенциала. Выход компаратора соединен со стробиру- ющим входом блока 15 выборки-хране- ния, информационный вход которого соединен с выходом сумматора 13. Выход блока 15 выборки-хранения соединен с вторым входом сумматора 13, я первый вход сумматора 13 соединен с выходом функционального преобразователя 12. Выход сумматора 13 является выходом всего устройства в целом.

Устройство работает следующим об- разом.

Световой луч интенсивностью Ig, генерируемый источником 1 излучения, проходит через поляризатор 3 в виде моноблочной прямоугольной двулумепреломляющей призмы. Луч света в призме расщепляется на обыкновенный и необыкновенный лучи с взаимно перпен- дикулярнь1ми ориентацией плоскостей поляризации и интенсивностями 1, и 1 соответственно. Поляризатор 3 рас- полагается таким образом, чтобы обеспечить необходимое отношение интен- сивностей обыкновенного и необыкновенного лучей. Это отношение может быть установлено любым в случае падения на призму линейно поляризованного света и всегда равно единице в случае света, имеющего хоатическую поляризацию или поляризованного по кругу. Выходящие из призмы линейно поляризованные лучи, раслространяю- параллельно друг другу, проходят через кристалл.

Под действием напряжения И,, в кристалле, происходит поворот плоскостей поляризации этих световых лучей иа угол J j. Затем один из лучей расщепляется призменным анализатором 6, плоскости пропускания которого составляют угол +5 с плоскостью поляризации этого луча на выходе из поляризатора 3 в виде моноблочной прямоугольной двyлyчeпpeлo U яющeй призмы. Образовавшиеся при эгом два луча с интенсивностями I, и I , поступают на фотоприемники 9. 10 вторичного преобразователя 8, где световая энергия преобразуется в напряжения U. и U, в коэ(р(41ициеиты преобразования Кф соответственно. Функциональный преобразователь 12 преобразует U i U в напряжение

1 Ul, . V

и а ГС sin ---- (1)

- 1 - г При постоя. интенсивностях I.,

Ij, равных 1р/2 .идеальный случай)

и 2 cf -,

d jr е t (Г/2,

(2)

J

угол поворота плоскости

поляризации под действием измеряемого напряжения. Так как пропорционально величин ; измерг;емого напряжения, то в идеальном случае напряжеии IJ так- жэ оказывается прямо пропорциональ- иы 1-13меряемому напряжению.

Второй световой пуч проходит через анализатор 7, плоскость пропускания которого составпяе- J с плоскостью поляриз .идь-. этого лучо на выходе поляризатора 2, и поступает на

третий вход вторичного преобразователя 8, где световая энергия преобразуется фотоприемником II в напряжение Ug:

.,(io,t)KT,(ь)кфп;с)з1п, р)

где Ij - интенсивность излучения во втором луче 43 выходе анализатора ;

КТ - коэффиииент пропускания оптического канала связи, соединяющего выход анализатора 7 с третьим фогоприем

ни ком 11;

КФ2 - коэффициент преобрьтоаания третьего фотоприемника 11.

Из (3) следует, что при , равном нулю, и, равно нулю при значениях Ig, KTj, :- Фз, которые по своему физич ескому смыслу, в условиях нормального функционирования устройства больше нуля.

Корректирующая цепь отслеживает значения l (t,) в моменты времени t ., когда Uj равно нулю, и осуществляет коррекцию текущих значений U(L). С учетом этой коррекции на выходе ричного преобразователя фоонируется напряжение и, .

Корректирующая цепь осуществляет экстраполяционную коррекцию нулевого порядка, которая состоит в том, что в промежутке времени t,, tj между

обращениями U-j R нуль () и U(t:) равны нулю) из текущих значении U(t) вычисляется значение l)(t.)

(t)-U(t.),(4)

t ,. tj.

Эпюры экстраполяционной коррекции нулевого порядка (фиг.2) соответствуют: 17 - измеряемому напряжению U, 18 - сигналу помехи п, 19 - U(t), 20 - UjCt), 21 - U(t j), 22 - U(t)-

-U(t,).

Ha всех эпюрах по оси абсцисс отложено время t в относительных единицах, по оси ординат - соответствующие напряжения в относительных еди- ницах.

Коррекция является экстраполяционной, поскольку процесс коррекции в данный момент времени t осуществляется на основании данных, полученнь х в предыдущие моменты времени. Посколку корректирующая величина U(t Л не .зависит от времени в промежутке t; , tij, т.е. является экс раполя лиониым

0

0

5 0

.

п

0

полиномом нулевого порядка, то данный способ | оррекц1-1и называется кор- рекцие; нулевого порядка. Точность коррекции увеличивается при расширении сп .жтра измеряемого сигнала ) относительно спектра помехи: n(t) должна быть медленно меняющейся функ- 1 ией по сравнению с Uo(t), Это требо- ва,1ие оь:полияется в целом ряде практически случаев.

| 1ри напряжении U, , поступающем на первый вхо, компаратора 1, равном |угт,, на выходе появчяеуся сигнал стробирования, поступающий на стро- ои.рующий вход блока 15 выборки-хранения. В розульт.гте этого в блоке 15 выборки-хоанения зaпc) n чается значение нлпряа ен|-я U.., (t | р) , присут- ству лцее (-:а его инфор.мационном входе, связаг;ном с еыходом 1:гор:-- чного преобразователя, которое появляется на выходе устрсйстза 15 выборки-хранения и поступает на .торой вход сумматора 13. На первый вход сумматора 13 поступает напряжение U(t) с выхода функционального преобразователя 12. Сумматор 13 осуществляет ФУНКЦИЮ Dtf : ., к результате чего на его выходе обоозуе- ся -коррек и- рованное напряжение. При Ll(t)s рав- - (t,| . ., ), напряжение на выходе В1ор : чного преобразов-этеля равно нулю, что соответствует поохождению сигнала Jj и напря :;ению Up, подводимого к оптически прозрачнь1м электродам 5 через нуль, В промех утке вре- tj, t.J до следующего обращения Ь з 3 нуль коррекция осуществляется согласно (4).

Устройство применимо для измерения напряжения, постоянная составляющая которого не превышает амплитуду переменной составляющей.

Повышение точности измерений достигается за счет коррекции погреш- исстейо

В 3- раза компенсируется погрешность, связанная с резонансными меха- 4ичвскими колебаниями изолирующей конструкции первичного преобразова- телт частотой 6 Ги.

Компенсируется тактке погрешность, сцяззниэя с температурой нестабильностью коэффициентов усиления фото- помемКг ков частото: Гц. Формула изобретения

Злектрогирацчонное устройство для бесконтакткого измерения высоких напряжений по авт.св. № 1298669, о т- личающееся тем, что, с целью повьпиения точности измерений, в него введены второй анализатор, третий фотоприемник, компаратор, блок выборки-хранения и сумматор, поляризатор выполнен в виде моноблочной прямоугольной двулучепреломляющей призмы второй анализатор и третий фотоприемник последовательно установлены на оптической оси второго выходного луча поляризатора, выход тре17

тьего фотопрйемника соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход - со стробирую- щим входом блока выборки-хранения, вход которого соединен с выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом функционального преобразователя, второй вход сумматора соединен с выходом блока выборки- хранения, а выход сумматора - с выходом устройства.