Электрогирационное устройство для измерения напряжения

 

Использование, в электроизмерительной технике при измерении высоких напряжений . Сущность изобретения: устройство содержит оптически связанные источник 1 света, поляризатор 2, оптическую ячейку 3, поворотные призмы 4, 5 и призменный анализатор 6 с двойным лучепреломлением, выходы которого оптически связаны с входами функционального преобразователя 9, выход которого является выходом устройства, нечетные выходы оптической ячейки 3, кроме последнего, соединены с входами первой поворотной призмы 4, четные - с входами второй 5, выходы первой поворотной призмы 4 соединены с четными входами оптической ячейки 3, выходы второй 5 - с нечетными, последний нечетный выход оптической ячейки 3 соединен с входом призменного анализатора 6. 3 ил. ю с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 19/00, 15/07

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4888562/21 (22) 06.12.90 (46) 15.09.92, Бюл. ¹ 34 (71) Проектно-конструкторское бюро электрогидравлики АН УССР (72) И.Д.Гаврилец, Б.Г.Голота и В. Г, Н иколайчен ко (56) Блажкевич Б.И., Bnox О.Г., Николайченко В.Г. Использование эффекта электрогирации для создания измерительных преобразователей высокого напряжения.

Виснык АН УССР, 1987, ¹ 3, с.22-29.

Авторское свидетельство СССР № 1647416, кл. 6 01 R 15/07, 1988. (54) ЭЛЕКТРОГИРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: в электроизмерительной технике при измерении высоких напряИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительной технике высоких напряжений.

Известно электрогирационное устройство для измерения напряжения, содержащее оптически связанные источник света, поляризатор, электрогирационный монокристалл центросимметричного кристаллографического класса с оптически прозрачными электродами на торцах, фазосдвигающую четвертьволновую пластинку, поворотную призму и призменный анализатор с двойным лучепреломлением, выходы которого оптически связаны с входами первого и второго фотоприемников, выходы фотоприемников соединены с входами дифференциального усилителя, выход. Ж, 1762249 А1 жений. Сущность изобретения: устройство содержит оптически связанные источник 1 света, поляризатор 2, оптическую ячейку 3, поворотные призмы 4, 5 и призменный анализатор б с двойным лучепреломлением, выходы которого оптически связаны с входами функционального преобразователя 9, выход которого является выходом устройства, нечетные выходы оптической ячейки 3, кроме последнего, соединены с входами первой поворотной призмы 4, четные — с входами второй 5, выходы первой поворотной призмы 4 соединены с четными входами оптической ячейки 3, выходы второй 5 — с нечетными, последний нечетный выход оптической ячейки 3 соединен с входом приэменного анализатора б. 3 ил. которого является выходом устройства. Недостатком такого устройства является его низкая точность и чувствительность.

Известно также электрогирационное устройство для измерения напряжений, содержащее источник излучения; первичный преобразователь. в состав которого входят поляризатор, модулятор, компенсатор, электрогирационный монокристалл центросимметричного кристаллографического класса с оптически прозрачными электродами на торцах, призменный анализатор и генератор, вторичный преобразователь, в состав которого входят два фотоприемника, синхронный детектор и функциональный преобразователь. Недостатком такого устройства является его относительно невысокая точность и чувствительность.

1762249

В качестве прототипа выбрано электрогирационное устройство для бесконтактного измерения напряжения, содержащее источник света, поляризатор, оптическую ячейку, сос гоящую из оптически произвольно связанных электрогирационных монокристаллов центросимметричного кристаллографического класса и стержней из оптически прозрачного стекла, и призменный анализатор с двойным лучепреломлением, выходы которого оптически связаны с входами первого и второго фотоприемников. выходы фотоприемников соединены с входами функционального преобразователя, выход которого является выходом устройства. Недостатком такого устройства является его относительно невысокие точность и чувствительность.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности электрогирационного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известное электрогирационное устройство для бесконтактного измерения напряжения, содержащее оптически последовательно связанные источник света, поляризатор, оптическую ячейку, состоящую из оптически произвольно связанных электрогирационных монокристаллов центросимметричных кристаллографических классов с оптически прозрачными электродами на торцах и стержней из оптически прозрачного стекла, и призменный анализатор с двойными лучепреломлением, выходы которого оптически связаны с входами первого и второго фотоприемников, выходы фотоприемников соединены с входами функционального преобразователя, выход которого является выходом устройства, дополнительно введены две идентичные поворотные призмы, содержащие каждая призму БР-180" и призму АР-90", причем первая катетнэя грань призмы АР— 90 является входом и входом поворотной призмы, а вторая находится в огггическом контакте с гипотенузной гранью призмы БР— 180О, нечетные выходы оптической ячейки, кроме последнего, оптически соединены с входами первой поворотной призмы, четные — с входами второй, выходы первой поворотной призмы оптически соединены с четными входами оптичекой ячейки, выходы второй — с нечетными.

Существенными отличительными признаками, обеспечивающими достижение поставленной цели. является введение двух идентичных поворотных призм специальной конструкции и их взаимное расположение.

Введение в электрогирационное устройство двух поворотных призм специальной конструкции и их взаимное расположение, обеспечивающее повышение точности и чувствительности прибора, является новым техническим решением, не применявшимся ранее при создании электрогирационных устройств для измерения напря>кений, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического ревени Я критериям "новизна" и "существенные отличия".

На фиг.1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 — конструкция поворотной призмы; на фиг,3 — упрощенная схема взаимного расположения поворотных призм и путь светового луча между ними.

Злектрогирационное устройство для измерения напряжения (фиг.1), содержит оптически связанные источник света 1. поляризат:р 2. оптическую ячейку 3, поворот-. ные приамы 4, 5 и призменный анализатор б с двойным лучепреломлением, выходы которого также оптически связаны с входами фотоприемников 7, 8. Выходы фотоприемников 7, 8 соединены с входами функционального преобразователя 9, выход которого является выходом устройства. Источник света 1. поляризатор 2 и первый вход оптической ячейки 3 соединены последовательно, нечетные выходы оптической ячейки

3, кроме последнего, соединены с входами первой поворотной призмы 4, четные — с входами второй 5, выходы первой поворотной призмы 4 соединены с четными входами оптической ячейки 3. выходы второй 5 — с нечетными, последний нечетный выход оптической ячейки 3 соединен с входом призменного анализатора б.

Конструкция идентичных поворотных призм 4, 5 представлена на фиг.2 и содержит призму БР-180" 10 и призму AP — 90 11, причем первая катетная грань а призмы о

4Р-90 является входо и выходом поворотной призмы, а вторая Ь находится в оптическом контакте с гипотенузной гранью с призмы БР-180О. Применение двух пар скрещенных отражающих поверхностей позволяет сохранить состояние поляризации света, изменить его направление на противоположное и обеспечить суммирование эффекта электрогирации.

Поворотные призмы 4, 5 размещены та55 ким образом, что их входные грани а (или выходные) параллельны друг другу и смещены друг относительно друга вдоль высоты призмы АР-90 на диаметр светового луча

d. Ширина же поворотных призм 4, 5 m (задается высотой призмы AP-90 11, или что

1762249 то же самое, длиной гипотенузы основания призмы БР-180 10) также зависит от диаметра светового луча и определяется формул о и ,m =2k d k = 1, 2, 3,... 5

Тогда, количество проходов и светового луча через. оптическую ячейку 3, размещенную между поворотными призмами 4, 5 определится формулой:

m =2k+ 1. 10

Количество проходов п светового луча через оптическую ячейку 3 при заданной ширине поворотных призм 4, 5 может быть изменено путем увеличения величины смещения между призмами, однако в этом слу- 15 чае оно будет заведомо меньше, чем при расположении, описанном выше.

На фиг.3 представлена упрощенная схема взаимного расположения поворотных призм 4,5 и путь светового луча между ними 20 для частного случая k = 3.

Устройство работает следующим образом.

Световой луч, генерируемый источником света 1. поляризуется поляризатором 2 25 . и многократно проходит через оптическую ячейку 3 с помощью поворотных призм 4, 5, Под действием измеряемого напряжения

Uo, прикладываемого к оптической ячейке 3, происходит поворот плоскости поляриза- 30 ции светового луча на угол д, который определяется выражением: д =(2k+1)(3o = nh. где äo — угол поворота плоскости поляризации в оптической ячейке 3 при однократном прохождении.

Световой луч после оптической ячейки

3 расщепляется анализатором 6 на два, которые преобразуются фотоприемниками 7, 8 в напряжения 40

01++sin2 df, 02 9-sin2 д, Функциональный преобразователь 9 преобразует 0 и 02 в выходное напряжение 45

Оеых arcsin s

Ui — Ur

r = 2д = 2пдо = 2nK» Оэ °

Ut+Uz

Коэффициент преобразования оптической ячейки 3 предложенного электрогира- 50 ционного устройства для измерения напряжения запишется: д пдо»

14р = = n К где К вЂ” коэффициент преобразования оптичвской ячейки прототипа.

Таким образом, реализовав и проходов светового луча через оптическую ячейку 3 с помощью noBopoTHblx призм 4 и 5, мы увеличиваем коэффициент преобразования ячейки по сравнению с прототипом в п раз, следовательно увеличатся точность и чувствительность предложенного устройства.

Экспериментальная проверка лабораторного макета подтвердила его работоспособность, повышение точности и чувствительности проводиМых измерений.

В качестве источника излучения 1 в лабораторном макете использовался гелийнеоновый лазер ЛГ-78 с диаметром светового луча 2,5 мм. Оптическая ячейка 3 содержала один электрогирационный монокристалл NaBi (Мо04) . Ширина поворотных призм 4, 5 составила 10 мм. Измеряемое напряжение к электрогирацоинному монокристаллу подавалось от генератора ГЗ—

109, выходное напряжение на выходе функционального преобразователя анализировалось с помощью узкополосного анализатора спектра "Брюль и Кьер 2031". При однократном проходе светового луча и подаче на оптическую ячейку 3 синусоидального напряжения амплитудой 260 B и частотой

860 Гц точность измерений составила 3-,ь, а при пятикратном — -= 0.5 . Порог чувствительности при однократном проходе составил 2 В, а при пятикратном — x 0,4 В.

Технико-экономическая эффективность использования предлагаемого устройства состоит в расширении области при применения. в частности в устройствах сильноточной электроники. энергетики и электрофизики за счет повышения точности измерений и уменьшения порога чувствител ь ности.

Повышение точности измерений и уменьшение порога чувствительности достигается путем повышения коэффициента преобразования оптической ячейки 3, Техническая реализация этого подхода основана на использовании многократного прохода светового луча через оптическую ячейку, и ри котором происходит суммирование углов поворота плоскости поляризации каждого прохода.

Формула изобретения

Электрогирационное устройство для измерения напряжения, содержащее оптически последовательно связанные источник света и поляризатор. а также оптически последовательно связанные оптическую ячейку, состоящую из оптически произвольно связанных электрогирационных монокристаллов центросимметричных кристаллографических классов с оптически прозрачными электродами на торцах и стержней из Оптически прозрачного стекла, и призменный анализатор с .двойным лучепреломлением, выходы которого оптически

1762249

gee 1 связаны с входами первого и второго фотоприемников, выходы которых соединены с входами функционального преобразователя, выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности устройства, в него введены две идентичные поворотные призмы, содержащие каждая призму БР-180 и призму AP-90, причем первая катетная грань призмы AP—

90 является входом и выходом поворотной призмы. а вторая находится в оптическом контакте с гипотенузной гранью призмы

БР-180О, нечетные выходы оптической ячейки, кроме последнего. оптически соеди5 нены с входами первой поворотной призмы, четные — с входами второй, выходы первой поворотной призмы оптически соединены с четными входами оптической ячейки, выходы второй — с нечетными входами оптиче10 ской ячейки, кроме первого, который соединен с выходом поляризатора.

1762249

Соста вител ь И. Гаврилец

Тех ред М.Моргентал Корректор H.ÐåBñêàÿ

Редакт.ор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3257 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5