Волоконно-оптический датчик электрических напряжений Советский патент 1991 года по МПК G01R33/32 

, . -. m

/////ЩЩ7

Изобретение относится к области техники измерений электрических напряжений с помощью оптических средств и может быть использовано в приборостроении, в системах дистанционного автоматического контроля и управления.

Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение диапазона измеряемых напряжений.

На чертеже изображена схема волоконно-оптического датчика электрических напряжений.

Датчик состоит из двух пьезоэлеменгов 1 с электродами 2 на их противоположных гранях (поперхностях). Одной электродиро- ванной поверхно1 ыо пьезоэпемеиты 1 закреплены на общем основании 3 с ограничительным выступом 4, на противоположной электро/ фованной поверхности каждого пьезоэлемента закреплены первый и второй световоды 5. Оптические оси 6 первого и второго волоконных световодов 5 совпадают, причем входной торец первого световода оптически соединен с источником 7 оптического излучения, а выходной торец второго световода - с фотоприемником 8, при этом выходной торец первого и входной торец второго световодов примыкают один к другому вплотную, а пьезоэле- менты 1 поляризованы в направлении, параллельном плоскости общего основания 3. Ректоры поляризации PS пьезоэлемен- тов 1 направле ш в противоположные стороны. Пьезоэлементы 1 подключены к измеряемому напряжению с оди оковой полярностью через выпрямительный мост 9.

Волоконно-оптический датчик электрических напряжений работает следующим образом.

Измеряемое напряжение через выпрямительный мост 9 подается на электроды 2 обоих пьезоэлементов 1. Благодаря тому, что пьезоэлементы 1 подключены к измеряемому напряжению через электроды 2, пло- скость которых параллельна вектору поляризации, в пьезозлементпх возбуждается в основном сдвиговая мода колебаний. Напряжение возбуждает в пьезоэлементах сдвиговые колебания в плоскости, перпендикулярной плоскости о& цего основания 3 и параллельной общей оптической оси 6 волоконных световодов 5. Ч зм больше величина амплитуды измеряемого напряжения, тем больше зозор Д Z, возникающий при этом между торцами световодов 5. Увеличение зазора приводит к пропорциональному изменению интенсивности светового пото ка, генерируемого источником оптического

излучения 7 и проходящего через волоконные световоды. Световой поток с выхода второго световода поступает на фотоприемник 8, Таким образом, при измерении амплмтуды измеряемого напряжения оптические оси первого и второго световодов 5 не смещаются и сохраняют исходное положение, т.е. полностью совпадают, но зазор AZ между торцами световодов меняется от нуля до максимального и обратно. Пропорционально величине зазора меняется интенсивность светового потока. Для кварцевого многомодового световода диаметром, например, 50 мкм увеличение зазора Ј2 от 0 до 10 мкм (продольное смещение) приводит к росту оптических потерь до 5 дБ и соответствующему уменьшению интенсивности светового потока. Поперечное же смещение осей торцов такого световода,

равное 10 мкм, приводит к увеличению оптических потерь от 1,5 дБ. Эти данные позволяют сделать вывод, что датчики по изобретению имеют чувствительность, по крайней мере в три раза большую, чем чувствительность известного датчика. Кроме того, предлагаемый датчик имеет больший диапазон измеряемых напряжений, чем известный. В частности, нижняя граница диапазона ограничена в известном датчике величиной зазоров ДХ (поперечное смещение) и Д7, а в предлагаемом датчике (при нулевом напряжении) , и поэтому диапазон измеряемых величин в этом решении шире в сторону меньших величин. Отсутствне поперечного смещения ДХ обеспечивает расширение диапазона в сторону больших величин.

40

Формула изобретения

Волоконно-оптический датчик электрических напряжений, содержащий два закрепленных на общем основании пьезоэлемента и два волоконных световода,

каждый из которых закреплен на противоположной от основания поверхности соответствующего пьезоэлемента, причем входной торец первого световода оптически соединен с источником оптического излучения, а выходной торец второго световода - с фотоприемником, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения диапазона измеряемых напряжений, оптические оси световодов совпадают, выходной торец первого и входной торец второго световодов в отсутствие измеряемого напряжения примыкают друг к другу вплотную, а подключенные с одинаковой полярностью через выпрямительный

мост пьезоэлементы одной из электродиро- ними и поляризованы параллельно плсско- ванных поверхностей прикреплены к осно- сти этого основания в противоположных на- ванию с ограничительным выступом между правлениях.

Изобретение относится к области техники измерений электрических напряжений с помощью оптических средств. Цель - повышение чувствительности и расширение диа- пазона измеряемых напряжений. Устройство содержит два закрепленных на общем основании 3 пьезозлемента 1 с электродами 2 и два волоконных световода 5, каждый из которых закреплен на противоположной от основания поверхности соот- ветг т ующего пьезоэлемента. Входной то )еи тервого световода оптически связан с источником оптического излучения 7, выходной торец второго - с фотоприемником 8. Для достижения цели оптические осп обоих световодов совпадают, ьыходной торец первого и входной торец второго световодов в отсутствие измеряемого напряжения примыкают вплотную друг к другу, а подключенные с одинаковой полярностью через выпрямительный мост 9 пьезоэлеменгы 1 прикреплены одной из электродирован- ных поверхностей к основанию 3 с ограничительным выступом 4 между ними и поляризованы параллельно плоскости основания 3 в противоположных направлениях. 1 ил. (Л С