Электрогирационное устройство для бесконтактного измерения высокого напряжения Советский патент 1991 года по МПК G01R15/07 

и&и

О

4ь ч4

Ь

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительной технике высоких напряжений. Цель изобретения - повышение точности измерений напряжения и расширение диапазона измеряемых напряжений Устройство содержит источник 1 излучения, поляризатор 2, электрогираци- онный монокристалл 5 центросимметрично кристаллографического класса с оптически прозрачными электродами 6 на торцах, призменный анализатор 7, фотоприемники 9,10 и функциональный преобразователь 11 Введение модулятора 3, компенсатора 4, генератора 8 и синхронного детектора 12 позволяет существенно уменьшить погрешность измерений, связанных с разного рода нестабильностями как электронных, так и оптических каналов передачи-преобразования энергии, а также уменьшить нижний предел измеряемых напряжений. 2 ил

J

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительной технике высоких напряжений.

Цель изобретения - повышение точно- сти измерений напряжения, а также расширение диапазона измеряемых напряжений.

На фиг.1 приведена функциональная схема элек.трогирационного устройства для бесконтактного измерения высоких напря- жений; на фиг.2 - эпюры сигналов, поясняющие принцип действия устройства.

Электрогирационное устройство для бесконтактного измерения высоких напряжений содержит оптически последова- тельно связанные источник 1 излучения, поляризатор 2, модулятор 3, компенсатор 4, электрогирационный монокристалл 5 цент- росимметричного кристаллографического класса с оптически прозрачными электрода- ми 6 на торцах, анализатор 7, генератор 8, соединенный с модулятором 3. Выходы анализатора 7 соединены с входами фотоприемников 9 и 10 соответственно. Выходы фотоприемников 9 и 10 подключены к пер- вому и второму входам функционального преобразователя 11 соответственно, выход функционального преобразователя 11 соединен с сигнальным входом синхронного детектора 12, вход синхронизации которого соединен с синхронизирующим выходом генератора 8. Выход синхронного детектора 12 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Световой луч, генерируемый источником 1 излучения, проходит последовательно поляризатор 2, модулятор 3 и компенсатор 4. На выходе поляризатора 2 пучок света линейно поляризован. Линейный характер поляризации света может измениться при прохождении модулятора 3 даже при отсутствии управляющего сигнала генератора 8 на нем. Свет при этом приобретает эллиптический характер поляризации. Для ком- пенсации спонтанной эллиптичности используется компенсатор4, с помощью которого эллиптически поляризованный свет преобразуется в линейно поляризованный,

Таким образом, при отсутствии управляющего сигнала генератора 8 на модуляторе 3 на выходе компенсатора 4 свет имеет линейный характер поляризации. Далее световой пучок проходит через электроги- рационный кристалл 5 с оптически прозрачными электродами 6 на торцах, к которым приложено измеряемое напряжение U0.

Под действием напряжения U0 в кристалле происходит поворот плоскости поляризации этого светового луча на угод бэг. После этого луч расщепляется анализатором 7, плодкости пропускания которого составляют угол 45° с плоскостью поляризации света на выходе из компенсатора 4. Образовавшиеся при этом два луча поступают на фотоприемники 9 и 10, где световая энергия преобразуется в напряжения LH и U2. Функциональный преобразователь 11 преобразует Ui и Da в напряжение

U arcsin -xrr-.(2)

Ui + U2

U - 2 (5эг 5эГа-я/2:я/2.(3)

Так как 5ЭГ прямо пропорционально величине измеряемого напряжения, то в идеальном случае напряжение также оказывается прямо пропорциональным напряжению.

С генератора 8 на модулятор 3 подается управляющий сигнал типа меандр таким образом, что под его воздействием модулятор 3 изменяет характер поляризации проходящего через него света Величина изменения при этом зависит от амплитуды управляющего сигнала и устанавливается такой, что на его выходе из компенсатора 4 во время подачи сигнала свет имеет круговую (циркулярную) поляризацию (для электрооптических модуляторов напряжение, необходимое для этого, называется полуволновым).

При прохождении циркулярно поляризованного света через электрогирационный монокристалл, к которому приложено напряжение Uo любой величины, сигнал элек- трогирации должен быть тождественно равен нулю. Таким образом сигнал электро- гирации оказывается промодулирован по амплитуде с глубиной модуляции 100%. На выходе функционального преобразователя 11 содержатся также шумовые составляющие, обусловленные нестабильностями, оптических и электронных каналов передачи - преобразования энергии. Этот сигнал поступает на информационный вход синхронного детектора 12, который синхронизируется сигналами типа меандр с генератора 8. С выхода синхронного генератора 12 снимаются сигналы с компенсированным содержанием шумовых гармоник, вызванных перечисленными причинами.

Применение синхронного детектора при совпадении частот входного измеряемого и опорного сигналов, т.е. в режиме фазочувствительного выпрямителя обеспечивает существенное подавление шумовых гармоник. Эпюры сигналов, поясняющие принцип действия устройства, приведенные на фиг.2, соответствуют: 1 -измеряемому напряжению U0; 2 - сигналу помехи п: 3 - сигналу генератора Ur с амплитудой

U -, равной полуволновому напряжению

модулятора 3; 4 - состоянием поляризации излучения на выходе электрогирационного монокристалла: 5 - сигналу на выходе функционального преобразователя 11 ифп; 6 - сигналу на выходе синхронного детектора Усд. На эпюрах 1,2,3,5,6 по оси абсцисс отложено время в относительных единицах, по оси ординат - соответствующие напряжения в относительных единицах. Стрелками на эпюре 4 показаны направления колебаний вектора электрического поля световой волны в плоскости, перпендикулярной направлению распространения излучения. При этом ось ординат совпадает с направлением этих колебаний при U0 равном нулю. В промежутках времени, когда Ur

равно U - циркулярный характер поляризации излучения на выходе из электрогирационного монокристалла схематично обозначен знаками.

Повышение точности измерений достигается путем использования модуляционной методики и процедуры синхронного детектирования, что позволяет существенно уменьшить погрешность измерений, связанных с разного рода нестабильностями как электронных, так и оптических каналов

передачи - преобразования энергии, Расширение диапазона измерений достигается за счет уменьшения нижнего предела измеряемых напряжений.

Формула изобретения

Электрогирационное устройство для бесконтактного измерения высокого напряжения, содержащее источник излучения, оптически связанные поляризатор, электрогирационный монокристалл центро- симметричного кристаллографического класса с оптическими прозрачными электродами на торцах, призменный анализатор, два фотоприемника и функциональный преобразователь, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона измеряемых напряжений, дополнительно введены оптически связанные модулятор, компенсатор, генератор и синхронный детектор, причем модулятор и компенсатор расположены между поляризатором и электрогирационным монокристаллом и оптически связаны с ними, генератор соединен с модулятором, выходы анализатора оптически связаны с входом первого и второго фотоприемников, которые соединены с первым и вторым входами

функционального преобразователя, выход которого соединен с сигнальным входом синхронного детектора, синхронизирующий вход которого соединен с генератором.

Ubn

-ft

1