Устройство для передачи и приема световых сигналов Советский патент 1982 года по МПК G08C23/04 

Изобретение относится к системам световых сигналов управления, в частности в высоковольтной пре- образовательной технике, а именно к системам светового управления высоковольтными тиристорными вентилями (ВТВ) преобразовательных мостов электропередач постоянного тока высокого напряжениа, . Известно., что для передачи сигналов управления ВТВ с потенциала земли на высокий потенциал к каждому мо дулю или к каждой силовой тиристорной ячейке используются различные системы светового управления. Известна световая система помодУл ного управления тиристорными блоками, содержащая резервированные с необходимой:кратностью источники и приемники излучения, линзовую, сметему и высоковольтный распределительный волоконный световод коллекторно:го типа, торцы жгутов которого сопря жены с приемниками излучения. Излучение источников фокусируется оптической системой на входное отверстие концентрирующего устройства, соединенного со световодом -коллекторного типа, находящимся на высоковольтном тиристорном блоке и разводится жгутами световода по ({ютоячейкам каждого модуля блока. Цель этого изобретения - увеличение надежности, изоляционной прочности и КПД системы Cv. Наряду с положительными качествами система подвержена .влиянию запы-. ленности открытых элементов оптики. Не исключено влияние паразитных засветок. Возможно нарушение юстировки оптической системы под деистви ем вибраций или механических воздействий. Эти факторы могут привести к нарушению работоспособности или к отказу системы. Кроме того, в про- цессе монтажа системы i требуется проаедение взаимной оптической юстиров си компонентов системй как на потен

3- - 95 циале земли так и на потенциале 8ТВ, а также требуется проведение ревизий по проверке сохранности юстировки. Все это связано с затратами на обслуживание. В системе, не решается вопрос о равномерности распределения свеТоБог.о сигнала по жгутам световода, что снижает эффективность мсполь.зования истрчника излучения. Система конструктивно малопригодна для ВТВ, выполняемых в герметичном корпусе с изоляцией жидким или газообразном диэлектриком.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для передачи и приема световых сигналов, содержащее на передающей стороне источники излучения, выход каждого из которых оптически сопряжен со входом световода, на приемной стороне выходы световодов через фотоячейки соединены со входамиисполнительных .элементов, а таюке волокнистую матрицу, выполненную из световодов.

Известное устройство обеспечивает возможность резервирования источников и приемников излучения С2.

Недостатками устройства я,вляются сложность изготовления волоконной матрицы в особенности для систем, имеющей большое количество источников и приемников излучения, низкая равномерность деления светового сигнала от каждого источника по приемникам-, так как для равномерного деления требуется принятие специальных технических решений-ПО обеспечению равномерной освещенности торцов входных пучков, что во многих случаях трудно реализовать. Это, в конечном счете, снижает надежность управления и эффективность использования источников излучения.

Цель изобретения - повышение надежности устройства и расширение его функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены отражатели в виде прозрачных пластин и блоки контроля мощности излучателя, а в оптическую линию связи включен оптический смеситель, выполненный на удлиненной призме, обеспечивающей многократное отражение световых сигналов от боковых ее граней, между выходом каждого .источника излучения и входом световода установлен отражатель напрозрачной пластине, ось наклона

4

которой сопряжена с входом блока контроля мощности излучателя.

Корпус приемной стороны устройства заполнен жидким или газообразным

диэлектриком, световод выполнен в виде стержня, а на выходном торце оптического смесителя установлен механический улавливатель.

На фиг. 1 и 2 показана схема устройства.

Устройство содержит источники 1 излучения, выполненные на оптических квантовых генераторах, волоконные световоды 2, оптический смесительЗ, световоды4, фотоячейки 5, исполнительные элементы 6, выполненные на высоковольтных тиристорных выключателях, прозрачные пластины 7, световоды 8, блоки 9 контроля мощНости излучателей, стержневой световод 10, герметизирующую втулку 1.1. На потенциале земли, например в шкафу управления, размещены дв-а источника 1 излучения оптического диапазона, .в качестве которых использованы полупроводниковые оптические квантовые генераторы (ПКГ), например, арсенидгаллиевые, работающие в импульсном режиме. Излучение ПКГ

фокусируется на торцы жгутов высоковольтного стеклоеолоконного световода И. Саетовод содержит два,жгута, по числу ПКГ. Сечение жгутов выбрано таким, чтобы все излучение ПКГ фокусировалось на их торце. Длина световода и его конструкция выбираются из условия обеспечения надежной электрической изоля.ции ВТВ. Коллектор световода может иметь круглое или квадратное сечение.

Торец коллектора световода 2 со- , прягается разъемным соединением с торцом оптического смесителя 3.

В ка.частве оптического смесителя используют одиночный световод в виде

прямоугольной призмы квадратного

сечения. Смеситель изготавливается из оптического стекла с высоким светопропуеканием.

Боковая поверхность смесителя мржет быть со светоизолирующим покрытием или без него. В последнем случае она должна иметь минимальную площадь оптического контакта с защитным кожухом. ,

Для конкретного случая применения разработан оптический смеситель из . стекла К8 с размерами мм с полированными гранями. При освеще5 . 9 НИИ входного торца этого смесителя коническим пучком света с диаметром пятна на торце 2. мм и углом при вершине на его выходном торце независимо от положения пятна на входном торце достигается однородная освещенность с неравномерностью, не превышающей 5%. Это свойство позволяет использовать такой смеситель в предлагаемой системе управления для еложения световых сигналов от нескольки источников и равномерного распределе ния их по всем приемникам. По сравнению с волоконной матрицей, использованной в прототипе, кон струкция и технология изготовления подобного оптического смесителя значительно проще. В то же время достигается более высокая равномерность ; светоделения, не требуется равномерного освещения входных торцов жгутов световода 2 и упрощаются требования , к источникам излучения и к их стыковке со световодами. В отличие от концентратора, предложенного в аналоге, оптический смеситель обеспечивает гарантируемую равномерность деления светового сигнала. Выходной торец смесителя 3 совме. щается с торцом коллектора высоковольтного стекловолокониого световода k коллекторного типа. Световод i и смеситель 3 могут быть оформлены в -виде неразборной ко струкции как Один элемент оптической системы. При этом смеситель может быть соединен с коллектором любым способом, дающим хорошее светопропус кание и механическую прочность. Световод k имеет количество жгутов, равное количеству фотоячеек 5 в элементах 6. Длина жгутов выбирается минимальной, но достаточной для разводки их к фотоячейкам. Торцы жгу тов сопрягаются с оптическим вход- . ным окном фотоприбора, использованно го в фотоячейке, в качестве которого может быть применен фотодиод, фототранзистор, фоторитистор и др. Сечение жгутов световода 4, их стыковка с фотоприбором и параметры ПКГ выбираются такими, чтобы коэффициент передачи света на чувствительную площадку фотоприбора был мак симальным и чтобы на выходежгутов могла быть обеспечена мощность из :лучения, достаточная для надежного управления фотоячейкой. Для обеспечения необходимой надежности фотоячейки 5 на каждом элементе 6 дублированы. В системе предусмотрены контроль мощности излучения ПКГ, производимый с помощью прозрачной пластины 7, световода 8 и блока 9. Пластина 7 изго,товляется из оптического стекла и устанавливается между ПКГ и торцом жгута световода 2 под углом к оси излучения. Устройство работает следующим образом. Оптические квантовые генераторы 1 запускаются электрическими импульсами, поступающими на их вход от системы управления преобразовательным мостом. Этиимпульсы преобразуются ПКГ в импульсы излучения оптического диапазона. Часть излучения (1-2%) отражается пластиной 7 на то- рец световода 8, по оторому поступает в блок 9 контроля. По жгутам световода 2 излучение обоих ПКГ поступает в оптический смеситель 3, который обеспечивает равномерную освещенность торца коллектора световода излучением от каждого ПКГ. Благодаря этому к каждой фотоячейке 5 по одному жгуту поступает излучение по обоих ПКГ, т.е. обеспечивается дублирование оптического сигнала. Ьотоячейка 5 преобразует световые сигналы излучения в электрические, которые Поступают в схему формирования сигналов управления для силовых тиристоров модуля. На каждом модуле фотоячейки дублированы. Такая схема резервирования источников излучения и фотоячеек (перекрестное дублирование) позволяет обеспечить высокую надежность световой системы управления. На фиг. 2 приведен пример выполнения системы светового управления ВТВ с масляной изоляцией. Оптический тракт такой системы в отличие от системы, приведенной на фиг. 1, до-полняется высоковольтным жестким лакуумнопрочным световодом 10 стержневого типа, проходящим внутрь корпуса вентиля через направляющую и герметизирующую втулку 11. Это дает ; возможность реализовать герметичный ввод световода внутрь корпуса ВТВ. Световод имеет сечение, одинаковое с торцом световода 2, На корпусе смесителя 3 устанавливается механический улавливатель, позволяющий монтировать световод 10 через направляющую и .герметизирующ втулку. 11. Конструкция световода 10, .смеси теля 3, световода i и фотоячеек 5 должна быть рассчитана для работы в масле. Принцип действия этого варианта системы оаетового;управления аналогичен, описанному выше. Использование предлагаемого уст ройства позволяет повысить надежнос светового управления васоковольтными тиристорными вентилями за счет обеспечения необходимой кратности резервирования простыми средствами, исключения влияния засветки и запыленности, искпю чения возможности нарушения юстировки оптической системы, а также за счет равномерного распределения оптиче.ского сигнала по фотоячейкам. Упроще ние эксплуатации системы обеспечивается исключением юстировки , увеличением периода профилактического обслуживания. Предлагаемая система передачи световых сигналов управления имеет более широкую область при менения, так как может быть использована для электрических аппаратов как с воздушной, так и с маслиной и элегазовой изоляцией. Формула Изобретения 1. Устройство для передачи и пр ема световых сигналов, содержащее 8 на передайщей стороне источники излучения, ВЫХОД: каждого из которых оптически сопряжен с входом световода, на приемной стороне выходы световодов через фотоячейки соединены с входами исполнительных элементов, о тл ич а ющ. е е с я тем, что, с целью повышения надежности, в устг ройство введены отражатели в виде пррзрачных пластин и блоки контроля мощности излучателя, а в оптическую линию связи включен оптический смеситель, выполненный на удлиненной призме, обеспечивающей/многократное отражение световых сигналов от боковых ее граней, между выходом каждого источника излучения и входом световода установлен отражатель на прозрачной пластине, ось наклона .которой сопряжена с входом блока контроля мощности излучателя. 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е ее я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, корпус приемной стороны устройства заполнен жидким или газообразным диэлектриком, световод выполнен в виде стержня, а на входном торце оптического смесителя установлен механический улавливатель. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР М , кл. Н 02 Р 13/16, 1972. 2.Патент США № , кл. 250-227, 1962 (прототип).

.1

JL

s $

.i