Устройство для бесконтактного измерения тока Советский патент 1982 года по МПК G01R13/40 

() УСТРОЙСТВО для БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначен для использования при контроле тока высоковольтных линий электропередач постоянного и переменного напряжений Известно устройство для бесконтак ного измерения тока, содержащее источник поляризованного света, оптически связанный с преобразователем силы первичного тока в угол поворота плоскости поляризации, компенсатор, азимутальный модулятор, анализатор, на выходе которого установлен фотоприемник, селективный усилитель, вход которого соединен с выходом фотоприемника, а выход - с первым входом синхронного детектора, генератор сигналов, выход которого подключен к управляющему входу азимутального модулятора и ко второму входу синхронного детектора, усилитель вторичного тока и регистрирующий прибор, входы которых соединены с выходом синхронного детектора Cl . Недостаток известного устройства связан с использова ием в его схеме преобразователя силы вторичного тока в угол поворота плоскости поляризации, выполняющего функции компенсатора угла поворота, обеспечиваемого преобразователем силы первичного тока. Устройству свойственны мультипликативная погрешность от температурных изменений постоянной Верде материала рабочих тел обоих преобразователей и от недокомпенсации угла поворота плоскости поляризации, вызванного действием первичного тока, .аддитивная погрешность, обусловленная наличием и изменениями в процессе эксплуатации двупреломления луча в рабочих телах, а также погрешности обоих видов, связанные с воздействием посторонних магнитных полей и магнитного поля от контролируемого тока. Кроме того, известное устройство характеризуется громоздкостью и.сложностью конструкции.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для бесконтактного измерения тока, содержащее источник поляризованного тока, оптически связанный с преобразователем силы тока в угол поворота .плоскости поляризации, двухлучевую поляризационную призму, установленную на пути следования оптического луча между преобразователем силы тока в угол поворота плоскости поляризации и двумя фотоприемниками, выходы которых подключены к сигнальным входам соответствующих усилителей фототока с регулируемым коэффициентом усиления, блоки суммирования и вычитания, входы которых соединены с выходами усилителей фототока, а выходы - с первыми входами синхронных детекторов, генератор сигналов, выход которого подключен ;ко вторым входам синхронных детекторов, дифференциальный усилитель, один из входов которого соединен с ВЫХОДОМисточника опорного напряжения , другой вход - с выходной цепью блока суммирования, а выход - с управляющ-ими входами обоих усилителей фототока, регистрирующий прибор, вход которого через один из синхронных детекторов подключен к выходу блока вычитания 21.

Существенный недостаток известног устройства заключается в том, что при его практическом использовании имеют место аддитивная и мультипликативная погрешность измерения, обусловленные неодинаковыми чувствмтельностями фотоприемников.

Цель изобретения повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для бесконтактного измерения тока, содержащее источник поляризованного света, оптически связанный с преобразователем силы тока в угол поворота плоскости поляризации, двухлучевую поляризационную призму, -установленную перед двумя фотоприемниками, выходы которых подключены к сигнальным входам соответствующих усилителей фототока, блоки суммирования и вычитания, входы которых соединены с выходами усилителе фототока, дифференциальный усилитель входы которого подключены к выходам блока суммирования и источника опорн го напряжения, а выход - к управляю-щему входу первого усилителя фототока, генератор сигналов, выход которого соединен с одним из входов синхронного детектора, регистрирующий прибор, введены азимутальным модулятор, селективный усилитель, дополнительный дифференциальный усилитель и заграждающий фильтр, причем азимутальный модулятор установлен, на пути следования оптического луча между преобразователем силы тока в угол поворота плоскости поляризации и двухлучевой поляризационной призмой, управляющий вход азимутального модулятора подключен к выходу генератора сигналов, вход селективного усилителя соединен с выходом блока суммирования, а выход - с другим входом синхронного детектора, один из входов дополнительного дифференциального усилителя подключен к выходу синхронного детектора, другой вход - к шине нулевого потенциала, а выход - к управляющему входу второго усилителя фототока, вход заграждающего фильтра соединен с выходом блока вычитания, а выход со входом регистрирующего прибора.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для бесконтактного измерения тока.

В состав устройства входят источник 1 поляризованного света, преобразователь 2 силы тока в угол поворота плоскости поляризации, азимутальный модулятор 3, генератор k сигналов, двухлучевая .поляризационная призма 5, фотоприемники 6 и 7, усилители 8 и 9 фототока, блок 10 суммирования, блок 11 вычитания, дифференциальный усилитель 12, источник 13 опорного напряжения, селективный усилитель Ik, синхронный детектор 15, дифференциальный усилитель 16, заграждающий фильтр 17 и регистрирующий прибор 18.

Преобразователь силы тока в угол поворота плоскости поляризации находится на высоком потенциале, остальные функциональные узлы устройства расположены на потенциале земли.

Устройство работает следующим образом.

Поляризованный свет от источника 1 света по воздушному каналу связи проходит на преобразователь 2 силы тока в угол поворота плоскости поляризации. В качестве источника 1 поляризационного света может использоваться лазер или источник неполяризованного света в сочетании с поляризатором. В последнем случае для формирования узкого луча, передаваемого на расстояние в несколько метров, необходимо применять коллиматор.

Измерительный преобразователь 2 (магнитооптическая ячейка Фарадея) включает шину с измеряемым током Зц$н стержень из стекла, находящийся в магнитном поле тока, два зеркала, направляющие входящий поток излучения ВДОЛЬоси стержня, а выходящий из стержня поток - в сторону приемников излучения.

Поток, прошедший преобразователь и испытавший поворот плоскости поляризации, прямо пропорциональный , направляется к азимутальному модулятс ру 3, представляющему собой магнит оптическую ячейку Фарадея, по обмотк которой пропущен модуляционный переменный ток от генератора сигналов. Модуляционный ток, например, может иметь синусоидальную или прямоугольную форму. Далее модулированный по азимуту плоскости поляризации и испытавший поворот плоскости поляризации в преобразователе 2 поток излучения разделяется анализатором (двухлучевой поляризационной поизмой 5, установленной под углом -г- по отношению к поляризатору) на два потока, которые промодулированы уже по интенсивности (мощности) излучения.

Фотоприемники 6 и,7 преобразуют изменения интенсивности светового потока в электрические сигналы. Электрические сигналы с выхода каждого фотоприемника проходят через усилители 8 и 9 фототока с регулируемыми коэффициентами усиления и поступают на входы блока 10 суммирования и блока И вычитания.

Управление коэффициентами усиления усилителей 8 и 9 фототока осуществляется таким образом, что разностный сигнал оказывается пропорциональным углу поворота плоскости поляризации, а следовательно, и силе измеряемого тока. С этой целью постоянная составляющая суммарного сигнала поступает на один из входов дифференциального усилителя 12, а на другой его вход подается опорное постоянное напряжение от источника 13 опорного напряжения.

Коэффициент усиления усилителя 8 фототока в результате изменяется так что постоянная составляющая суммарНОГО сигнала становится застабилизированной на уровне выходного напряжения источника 13- Можно показать, что для выравнивания чувствительностей по двум каналам с фотоприемниками 6 и 7 необходимо добиваться исключения переменной составляющей сигнала частоты модуляции после блока 10 суммирования , усиливается селективным усилителем 1 и детектируется синхронным детектором 15, на опорный вход которого поступает напряжение с генератора сигналов h.

Выходное напряжение детектора 15 поступает на один из входов дифференциального усилителя 16, другой вход которого соединен с шиной нулевого потенциала. С выхода дифференциального усилителя 16 напряжение поступает на управляющий вход усилителя 9 Фототока с регулируемым ,коэффициентом усиления. Последний в результате изменяется так, что переменная состав;1яющая частоты азимутальной модуляции на выходе блока 10 суммирования исключается.

Одновременная работа двух петель обратной связи позволяет устранить аддитивную и мультипликативную погрешности, возникающие из-за различ-. ной чувствительности фотоприемников 6 и 7, от изменения потока излучения источника 1, от изменения коэффициента пропускания оптической схемы. С выхода блока 11 вычитания напряжение , пропорциональное мгновенным значениям измеряемого тока, поступает через заграждающий фильтр 17 настроенный на частоту модуляции, на вход регистрирующего прибора 18, в качестве которого может использоваться цифровой вольтметр постоянного или переменного тока, осциллограф для наблюдения формы измеряемого тока, анализатор спектра, измеритель нелинейных искажений и т.п.

Предлагаемое устройство для бесконтактного измерения тока позволяет приводить измерения в линиях высокого постоянного и перюмеиного напряжения без разрыва цепи и без отбора мощности из линии, при этом устройство обладает повышенной точностью по сравнению с известными оптико-электронными трансформаторами тока, выполненийми на основе эффекта Фарадея. (Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения тока, содержащее источник поляризованного света, оптически связанный с преобразователем силы тока в угол поворота плоскости поляризации, двухлучевую поляризационную приз му , установленную перед двумя фотоприемниками, выходь) которых подключены к сигнальным входам соответствующих усилителей фототока, блоки суммирования и вычитания, входы которых соединены с выходами усилителей фототока, дифференциальный усилитель входы которого прдключены к выходам блока суммирования и источника опорного напряжения, а выход - к управпяющему входу первого усилителя фототока, reHspatop сигналов, выход которого соединен с одним из входов синхронного детектора, регистрирующий прибор, отличающ f-й-с я тем что, с целью повышения точности измерения, в него введены азимутальный модулятор, селективный усилитель, до полнительный дифференциальный усилитель и заграждающий фильтр, причем азимутальный модулятор установлен на пути следования оптического луча меж908 ду преобразователем силы тока в угол поворота плоскости поляризации и двухлучевой поляризационной призмой, управляющий вход азимутального модулятора подключен к выходу генератора сигналов, вход селективного усилителя соединен с выходом блока суммирования; а выход - с другим входом синхронного детектора, один из входов дополнительного дефференциального усилителя подключен к выходу синхронного детектора, другой вход к шине нулевого потенциала, а выход - к управляющему входу второго усилителя фототока, вход заграждающего фильтра соединен с выходом блока вычитания, а выход - со входом регистрирующего прибора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции If 1555799, 1967. 2.Сида Мукахико. Беспроводный трансформатор тока. - Дэнки гидзюцу, 1967, т. 11, № 8, с. 25. рис. 6.

JUJH О

1ЙГ

L

15