Устройство для бесконтактного измерения электрического тока Советский патент 1983 года по МПК G01R15/24 G01R13/40 

1 Изобретение относится к электроизмери- ,

тельной технике и предназначено для использования в системах электроснабжения с токами повышенной величины.

Известен бесконтактный измеритель электрического тока, содержащий источник линейнополяризованного света, магнитооптический преобразователь, выполненный в виде прямоугольной полой призмы, охватывающей контролируемый токопровод, блок вращения плоскости поляризации, помещенный перед входом маг}1Итооптического преобразователя и соединенньш с выходом формирователя опорпого электрического сигнала, четвертьволновую пластину, установленную между источником линейно-поляризованного света и блоком вращения плоскости поляризации, фотоприемник, оптически связанный с выходом магнитооптического преобразователя через блок вращения плоскости поляризации, блок фиксации разности фаз, . входы которого подключены к выходам формирователя опорного рлектриисского сигпгша и фотоприемкика. блок регистрации, сосдиненный с выходом блока фиксации разности фаз {1.

Недостаток данного устройства определяется .значительным фазовым набетом в магнитооптической среде, который зависит от взаимного положения источника света и магнитооптического преобразователя, а также выражается в аналоговом характере выходаого сигнала измерительной информации.

Наиболее близким техническим решением

10 к изобретению является устройство для бесконтактного измерения электрического тока, содержащее расположенный вокруг контролируемого токопровода кольцевой газовый лазер с квазнизотропным резоиаюром, анализатор, уста-i

ts новленный на выходе лазера, фотоприемпик, вход которого подключен к выходу анализатора, а выход - к входу блока регистрации. Принщш измерения, реализуемый данным

20 измерителем, основан на -эффекте расщепления частоты генераШ1И в кольцевом лазере, помещенном в продолыгоо м;пми11юс иоле коцт ролирусмого лока 2.

Недостаток известного устройства заключается в том, что частота расщепления мод существенно зависит от периметра резонатора. При колебаниях периметра, соизмеримых с тепловыми расширениями, затягивание для мод правой и левой круговых поляризаций меняется по-разному, что обуславливает изменение частоты расщепления мод. При перест-ройке периметра резонатора меняется, кроме того, межмодовое расстояние лазера. Поскольку это расстояние оказывается пропорциональным расщеплению мод, его вариации также предопределяют существенные погрещности измерения.

Известное устройство .работает в одночастотном режиме и, как следствие, .характеризуется небольшим диапазоном измеряемых токов (до 10-15 кА). Это связано с уменьшением до нуля области совместной генерации расщепленных мод при раз движении линий усиления активной среды в увеличивающемся магнитном поле измеряемого тока.

Многочастотный режим работы, обеспечивающий расширение диапазона измерения, данному устройству несвойственен, поскольку в этом случае каждая продольная мода расщепляется по частоте на различную величину из-за неодинакового затягивания мод на разных участках линии усиления активной среды

Цель изобретения - повышение точности подобного измерительного устройства и расширение его диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения электрического тока, содержащее расположенный вокруг контролируемого токопровода кольцевой газовый лазер с квазиизотропным резонатором, анализатор, установленный на выходе лазера,, фотоприемник, вход которого подключен к выходу анализатора, а выход - к входу блока регистрации, введены модулятор лазерного излучения и высокочастотный генератор, настроенный на частоту межмодовых биений, причем модулятор помещен непосредственно в резонатор лазера, а выход генератора соединен с управляющим входом модулятора.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного устройства для бесконтактного измерения электрического тока.

Токопровод 1 с измеряемым током окружен газовым лазером, резонатор которого состоит из восьми зеркал 2-9. В плечи резонатора помещены активные усиливающие элементы 10-13 и модулятор (например, акусто-оптический из плавленного кварца) 14 который модулирует лазерное излучение на частоте межмодовьтх бисиий. На модулятор 14 подается напряжение от высокочастотного

генератора 15. Выходное излучение лазера, содержащее информаадю о величине тока, про- ходит анализатор 16 и принимается фотопри- емником 17. Далее электрический сигнал па J частоте расщегшения поступает в блок 18 регистрации (частотомер, электронно-вычислительную машину).

Длина резонатора выбирается такой, чтобы в линию усиления активной среды попадало

0 несколько мод. В езонаторе возбуждаются волны циркулярных поляризаций за счет фарадеевского вращения плоскости поляризации излучения в активной среде, помещенной в продольное магнитное поле измеряемого тока.

5 При этом каждая продольная мода расщепляется по частоте на две моды с ортогональными, круговыми поляризациями, причем распределение является пропорциональным току в токопроводе 1. Если модулирующее напряже0 ние на модуляторе 14 отсутствует, то расщепление оказывается различным для каждой :. продольной моды. При подаче модулирующего ншгряжсния на модулятор 14 происходит фазо.вая синхронизация циркулярно-поляризованны)

продольных мод рюзонатора, отдельно мод ггравой круговой поляризации и отдельно левой. В этом случае расщепление между модами определяется не дисперсией активной среды для каждой моды в отдельности, а усредненной дисперсией по и всем модам, так как в режиме синхронизации моды жестко связаны внешним модулирующим сигналом. Расщепление становится одинаковым для. всех 11родольных мод и менее чувствительным к малым изменениям периметра резонатора. Влия1гие дисперсии тем меньше, чем больше мод гюпадает в линию усиления среды За счет использования многомодового синхронизованного режима повышается, таким образом, отношение сигнал - шум. В режиме синхронизации происходит стабилизация межмодового интервала, который отображает коэффициент пропорциональности между частотой расщепления и разностью фазовых набегов для волн правой и левой круговых поляризаций.

В предложенном устройстве оказывается возможным определение частоты расщегшения по биениям двух любых продольных мод различной поляризации. Частота биений сооответствует сумме частот расщепления и межмодовых интервалов. В связи с этим частота расщепления может определяться при достаточно больших тока в токопроводе I вплоть до; возникновения магнитоплазменных явлений в активной среде в полях порядка 500 Э.

В предлагаемом устройстве отсутствует зависимость частоты расщепления мод от изменений периметра резонатора, поэтому отпадает необходимость стабилизации периметра.

Экс 1ерименталы1о бьт получен сигнал на частоте расщепления при токе порядка 30 кА.

Предполагаемая точность (в относительных единицах), которая может быть получена при практическом использовании предложенного устройства, составляет 10, а диапазон измерения достигает 200 кА.

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения электрического тока, содержащее расположенный вокруг контролируемого токопровода кольцевой газовый лазер с квазиизотропным (резонатором, анализатор, установленньш на выходе лазера, фотоприемник, вход которого

подключен к ылхвюу анализатора, а выход к вхоцу бяока регнстращш, отличаю щ с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диалазона измерения, в него введены модулятор лазерного излучения и высокочастотиьш генератор, иастроеиный на частоту меяоиодрцых биений, причем модулятор помещен непосредствешю в резонатор лазера, а выход генератора соединен с управляющим входом модулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР N 757990, кл. G 01 R 13/40, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР но заявке N 2712743/18-21, кл. G 01 R 13/40. 1979.