Электрогирационное устройство для измерения высокого напряжения

 

Использование: электроизмерительная техника. Сущность изобретения: устройство содержит источник света 1, оптически связанный с поляризатором 2, электрогирационные монокристаллы центросимметричного кристаллографического класса с полупрозрачными электродами на торцах и стержни из оптически прозрачного стекла, составляющие оптическую ячейку 6, лризменный анализатор 9 с двойным лучепреломлением, две короткофокусные линзы 11, 12, два фотоприемника 13, 14, сумматор 16, вычитатель 17 и делитель 18. В устройство дополнительно введены: в первый.канал - ослабитель 3, во второй канал - блок вращения плоскости поляризации на 45°4 светоделитель 10. Устройство позволяет повысить точность измерений за счет реализации в устройстве новой апроксимации ти- sin х natx г 1 sin2 х k2 где Л2 - постоянная линеаризации, t- постоянная апроксимации . 1 ил., 2 табл. w Ё

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 R 15/07

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 1, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О бд

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4892300/21 (22) 17.12,90 (46) 23.03,93. Бюл. hh 11 (71) Проектно-конструкторское бюро электрогидрогидравлики AH УССР (72) И,Д.Гаврилец, Б.Г.Голота и Б.Е.Михалищин (56) Авторское свидетельство СССР

М 1298669, кл. 6 01 R 15/07, 1983.

Авторское свидетельство СССР

% 1550428, кл. G 01 R 15/07, 1988. (54) ЭЛЕКТРОГИРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКОГО НАПРЯ-ЖЕНИЯ (57) Использование: электроизмерительная техника. Сущность изобретения: устройство содержит источник света 1, оптически связанный с поляризатором 2, электрогирационные мрнокристаллы центросимметричного кристаллографического класса с полупрозрачИзобретение относится к электроизмерительной технйке и может быть использовано в измерительной технике высоких напряжений, Целью изобретения является повышение точности электрогирационного измерителя высокого напряжения, На чертеже изображена функциональная схема устройства, Электрогирационное устройство для измерения высокого напряжения, функциональная схема которого приведена на чертеже, содержит источник света 1, оптически связанный с поляризатором 2, выполненным в виде моноблочной прямоугольной призмы из двулучепреломляющего вещества, выходы которого соединены с входами ослабителя 3 и блока вращения плоскости поляризации на 4504, две оптические ячей. ки 5, 6 в виде электрогирационных омнокриг

„,5UÄÄ 1803879 А1 ными электродами на торцах и стержни иэ оптически прозрачного стекла, составляющие оптическую ячейку 6, призменный ана-. лизатор 9 с двойным лучепреломлением, две короткофокусные линзы 11. 12, два фотоприемника 13, 14, сумматор 16, вычитатель 17 и делитель 18. В устройство дополнительно введены: в первый. канал— ослабитель 3, во второй канал — блок вращения плоскости поляризации на 45 4 светоделитель 10, Устройство позволяет повысить точность измерений за счет реалйзации в устройстве новой апроксимации тиsin x па tx=, где h2 — постоянная

r sin x

1 ——

"2 линеаризации, t — постоянная апроксимации. 1 ил., 2 табл. сталлов центросимметричного кристаллографического класса с оптически прозрачными электродами на торцах 7 и стержней из оптически прозрачного стекла 8, входы которых соединены с выходами соответственно ослабителя 3 и блока вращения плоскости поляризации на 4504, а выходы — с входами призменного анализатора 9. один из выходов которого, соответствующий оптической ячейке 6, оптически связан с входом светоделителя 10, выходы которого, также как и выходы анализатора 9, соответствующие оптической ячейке 5, через короткофокусные линзы 11, t2 соединены со входами фотоприемников 13, 14. Выходы фотоприемников 13, 14 подключены на входы функционального преобразователя 15, а именно на входы сумматора 16 и вычитателя .

17, выходы которых соединены со входами делителя 18, выход которого является выхо1803879 дом всего устройства. При этом плоскость пропускания поляризатора 2 находится под углом 45 к плоскости пропускания анализатора 9, Используемые в заявляемом устройстве источник света 1, поляризатор 2, электрогирационные монокристаллы 7, стержни из оптического стекла 8, анализатор 9, короткофокусные линзы 11, 12, сумматор 16, вычитатель 17, фотоприемники 13, 14, "0 делитель 18 аналогичны примененным в прототипе.

В качестве блока вращения плоскости поляризации на 45 может быть использована поляриметрическая пластина определенной толщины из вещества, обладающего естественной оптической активностью, например, кварца, ориентирвоанная так, чтобы световой луч был направлен вдоль ее оптической оси (ГОСТ 22409 — 77). 20

Светоделитель 10 представляет собой обычный светоделительный кубик с наклеенной на катетную грань призмой полного внутреннего отражения, обеспечивающей параллельность выходных лучей светодели- 25 теля. В качестве ослабителя 3 можно использовать оптические неселективные стеклянные фильтры типа НС (ГОСТ 9411-

81Е).

Устройство работает следующим абра- 30 зом.

Световой луч, генерируемый источни ком света 1, раскладывается поляризатором

2 на два луча одинаковой интенсивности

lo/2 с взаимноперепндикулярными плоско- 35 стями поляризации. Один из световых лучей после поляризатора проходит последовательно аслабитель 3, оптическую ячейку 5, расщейляется анализатором 9 на два луча, ° которые посредством короткофокусных 40 линз 11 и 12 фокусируются на площадки фотоприемников 13 и 14. Второй световой луч последовательно проходит блок вращения плоскости поляризации 4, оптическую ячейку 6, расщепляется анализаторам 9 на 45 два луча. Один из этих двух лучей делится светоделителем 10 еще на два луча равной интенсивности, которые посредством короткофокусных линз 11 и 12 также фокусируются на фотоприемники 13 и 14. 50

Благодаря использованию блока вращения плоскости поляризации на 45О4 плоскость пропускания поляризатора совместно с этим блоком совпадает с плоскостью пропускания светового луча анализатора 9 55

Под действием измеряемого напряжения U,,,прикладываемого к оптическим ячейкам 5, 6, в электрогирационных кристаллах 7 происходит поворот плоскости поляризации на угол rp . При вышеуказанном расположении элементов устройства, интенсивности одних световых лучей, падающих на фотоприемники 13, 14 определятся, соответственно, как

I» =., (1+ sin 2 р ) о ! 12 = (1 - sin 2 р ), k lo а интенсивности других световых лучей, падающих на фотоприемники 13, 14, равны и определяются соотношением

1о, l2l = l22 =. cos ф.

Фотоприемники 13, 14 преобразуют падающую на них.интенсивность соответственно в напряжение;

01 = Io/4 Кф1 (k + k sin 2 р +.cos ф )

U2 = lo/4 Кфг (k - k Sln 2 p + COS p ) где Кф1, Кфг — коэффициенты преобразования, соответственно, фотоприемников 13, 14. При условии Кф1- Кфг = Кф, на выходе сумматора 16 имеем

01+ 0г = lo/2 Ky(k1+ cos у ) а на выходе вычитателя 17

0 i - U2 = Io/2 Кф k 3!и rP e

Таким образом, выходное напряжение делителя 18 определяется выражением:

k sin г sIn в

Овых — — —— У г г

k +сов Ip „Е„, ввв Ев )

k1 и!пЯ

1 - - - "-й

k2

k" где k i - — — --в-,kk - 1 е k, P = 2 а .

Проведенные расчеты показывают, чта реализованное соотношение между выходным напряжением и углом поворота плоскости поляризации в чувствительном элементе, позволяет устранить нелинейность устройства с большой точностью в достаточном для практических целей диапазоне углов. Иэ табл, 1 видно, что при k = 1,46 теоретическая ошибка линеариэации составит 0,067; в диапазоне углов Р = + 25, Благодаря относительной технической простоте устройства практически достижимая точность составит =0,2-0,37, и будет определяться точностью делителя.

При увеличении диапазона изменения углов поворота плоскости поляризации в чувствительном элементе ошибка линеариэации будет возрастать, Так, для диапазона изменения углов P = 45О, она составит уже = 0,6 (табл.2) и практически будет меньше или равна ошибке линеаризации прототипа, Следует заметить, что точность

1803879 линеаризации в данном случае будет уже определяться самим методом, а не технической реализацией.

Диапазон изменения углов поворота плоскости поля изации в чувствительном 5 элементе p = = 22,5О, охватывает весь класс практически реализуемых на данном этапе электрогирационных измерителей высокого напряжения. Действительно, мак- 10 симальный угол поворота плоскости поляризации в конкретном кристалле, определяется максимальным напряжением, при котором еще не наступает пробой.

Для кристаллов PbMo04 и NaBi (Mo0

PbMo04, не превысит 140 кВ, а к кристаллу

КаВ (МоО )г — не более 230 кВ, Удельное вращение плоскости поляризации на длине воины 830 нм (длине волны полупроводникового лазера,. используемого в электроги- 35 рационных измерителях) для кристаллов

PbMo04 составляет величину 0,1 град/кВ, а для кристаллов МаВ!(Мо04)г - 0,09 град/кВ, Следовательно, максимаьлный угол поворота плоскости поляризации для 40 кристаллов PbMoOq не превысит 14, а для кристаллов NaBi(Mo04)2 — не более 21О.

Таким образом, предложенное злектрогирационное устройство для измерения высокого напряжения обеспечивает для всех 45 практически измеряемых величин напряжений большую точность.

Экспериментальная проверка лабораторного макета предлагаемого устройства подтвердила его работоспособность и по- 50 вышение точности проводимых измерений.

В качестве источника излучения 1 в лабораторном макете использовался лазер на парах кадмия ЛГ-70 с длиной волны генерируемого излучения 0,44 мкм, Йспользован- 55 ный злектрогирационный монокристалл 7

PbMo04 имел длину I = 40 мм. Ослабитель

3 представлял собой набор пластинок из стекла К8 с постоянной линеаризации Кг .=0,92 каждая, Напряжение на кристалл подавалось от аппарата типа АИИ-70М частотой 50 1 Гц, Блок поворота плоскости поляризации 4 представлял собой поляриметрическую пластинку соответствующей толщины из кварца. Благодаря использованию вышеуказанных элементов в лабораторном макете удалось получать углы поворота плоскости поляризации в электрогирационном монокристалле РЬМоО

p= 22О. Напряжение на выходе делителя анализировалось с помощью узкополосного анализатора спектра "Брюль и Кьер" 2031, Точность лабораторного макета при углах поворота p= ф12,5 и kz = 1,46 составляла

=0,3 и определялась как точность делителя, так и точность установки постоянной линеаризации k2. При углах поворота p = ++22 и Кг = 1,37, точность составляла величину

0,6 — 0,8 и определялась точностью установки постоянной линеаризации kz, Технико-экономическая эффективность использования предлагаемого устройства состоит в расширении области его применения в частности в устройствах сильноточной электроники, энергетики и электрофизики за счет повышения точности измерений.

Повышение точности измерений достигается путем реализации в устоойстве принципиально новой эпроксимации типа:

sIn x

1х = . гх

sin

1—

2 г где k2 — постоянная линеаризации;

t — постоянная апроксимации, Формула изобретения

1. Электрогирационное устройство для измерения высокого напряжения, содержащее источник света, оптически связанный с поляризатором, выполненным в виде моноблочной прямоугольной призмы из двулучепреломляющего вещества, две оптические ячейки в виде электрогирационных монокристаллов центросимметричного кристаллографического класса с оптически прозрачными электродами на торцах и стержней из оптически прозрачного стекла, выходы каждой из ячеек соединены со входами призменного анализатора с двойным лучепреломлением, выходы которого, соответствующие первой оптической ячейке, через короткофокусные линзы соединены с входами фотоприемников, выходы которых соединены с входами функционального преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено ослабителем, блоком вращения плоскости поляризации на 45 и

1803879

Таблица1

Т а б л и ц а 2. светоделителем, причем вход ослабителя соединен с одним из выходов поляризатора, другой выход которого соединен с входом блока вращения плоскости поляризации на

45, выход которого и выход ослабителя 5 соединены с входами соответственно второй и первой оптической ячейки, один из выходов анализатора, соответствующий второй оптической ячейке, оптически соединен со светоделителем, выходы которого че- 10 рез короткофокусные линзы соединены с соответствующими входами фотоприемни- . ков, функциональный преобразователь выполнен s виде сумматора, вычитателя и делителя, причем входы сумматора и вычитателя подключены на выходы каждого фотоприемника, а выходы соединены с входами делителя, 2, Устройство no n.1, отл и ч а ю щеес я тем, что блок вращения плоскости поляризации на 45 выполнен из вещества, об-, ладающего естественной оптической активностью, 1803879

Составитель И.Гаврилец

Техред М.Моргентал Корректор А.Мотыль

Редактор Т.Куркова

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

Заказ 1055 Тираж Подписное

9НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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