Способ оптоэлектронного измерения тока

 

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат заключается в повышении точности измерения и чувствительности к измеряемому току, расширении диапазона измерений, в использовании при обработке результатов измерения оптической фазовой памяти резонансной среды о воздействии на нее разнесенных во времени лазерных импульсов при наличии продольного магнитного поля. Предлагаемый способ оптоэлектронного измерения электрического тока высоковольтных линий электропередач (ЛЭП) основан на применении оптико-электронного трансформатора тока с внутренней модуляцией света, основанной на нефарадеевском повороте вектора поляризации используемого сигнала первичного или стимулированного фотонного эха. При этом угол поворота зависит от напряженности магнитного поля, несущего информацию об измеряемом токе высоковольтной ЛЭП, от интервала между возбуждающими лазерными импульсами, позволяющего перестраивать диапазоны измерения тока ЛЭП, и не зависит от длины пути в резонансной среде возбуждающих лазерных импульсов и фотонного эха. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения электрического тока в высоковольтных линиях электропередач (ЛЭП).

Известен способ измерения электрического тока, основанный на регистрации изменения электрического тока во вторичной обмотке одноступенчатого электромагнитного трансформатора тока (Релейная защита распределительных сетей / Я. С. Гельфанд, 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 368 с.: ил., с.134).

Недостатком известного способа является отсутствие возможности обеспечить полную электрическую развязку цепи высокого напряжения от цепи вторичной коммутации, а также повышенные требования к изоляции подводящих проводов. Кроме того, данный способ не обеспечивает возможность измерять токи в большом диапазоне с высоким быстродействием, точностью и помехозащищенностью.

Известен способ измерения электрического тока (Трансформаторы тока/ В.В. Афанасьев, Н. М.Адоньев, В.М.Кибель и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. - С.346-350), основанный на применении оптико-электронных трансформаторов тока (ОЭТТ) на основе эффекта Фарадея, в которых используется принцип внешней модуляции света. При измерении тока регистрируется угол поворота вектора поляризации линейно поляризованного лазерного излучения при прохождении его через резонансную среду, находящуюся под воздействием продольного магнитного поля, создаваемого током ЛЭП. Величина фарадеевского поворота вектора поляризации зависит от напряженности приложенного магнитного поля и длины пути света в резонансной среде от задействованного квантового перехода.

Недостатками известного способа являются: узкий диапазон измеряемых токов, низкая чувствительность при малых значениях токов, зависимость угла поворота вектора поляризации света от длины пути лазерного излучения в магнитном поле.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения и чувствительности прибора к измеряемому току, расширение диапазона измерений за счет автоматически или вручную перестраиваемого интервала измеряемого тока и использования при обработке результатов измерения оптической фазовой памяти резонансной среды о воздействии на нее разнесенных во времени лазерных импульсов при наличии продольного (ориентированного вдоль распространения лазерных импульсов) магнитного поля.

Эта задача решается путем использования физического принципа оптоэлектронного измерения трансформаторного тока, в котором применяется внутренняя модуляция света, основанного на использовании свойств нефарадеевского поворота вектора поляризации используемого сигнала первичного или стимулированного фотонного эха ϕ, формирующегося в резонансной среде под воздействием продольного магнитного поля. Нефарадеевский угол поворота вектора поляризации фотонного эха зависит от напряженности магнитного поля Н, несущей информацию об измеряемом токе ЛЭП, от интервала между возбуждающими импульсами, позволяющего перестраивать диапазон измерения тока ЛЭП, и от типа ветви задействованного квантового перехода, обладающего оптической фазовой памятью об условиях возбуждения фотонного эха. Этот угол не зависит от длины пути в резонансоной среде возбуждающих лазерных импульсов и фотонного эха.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, на котором изображена схема измерения электрического тока в ЛЭП. Имеется источник последовательности разнесенных во времени лазерных импульсов 1 с задаваемыми интенсивностями и временными параметрами (длительностями возбуждающих лазерных импульсов и временными интервалами между ними), регистратор интенсивности оптических импульсов (РИОИ) 2, токопровод 3, кювета с резонансной средой 4, соленоид 5, горизонтально ориентированная поляризационная призма 6, вертикально ориентированная поляризационная призма 7.

Измерение тока производится следующим образом. Токопровод 3 подсоединяется к соленоиду 5. Внутри соленоида устанавливается кювета 4 с резонансным газом. Источник лазерных импульсов 1 вырабатывает импульсы света, разделенные временными интервалами, которые проходят через горизонтально ориентированную поляризационную призму 6 и поступают в кювету 4. После выхода из кюветы лазерные импульсы ослабляются, проходя через поляризационную призму 7, ортогонально ориентированную к их вектору поляризации. В то время, когда по токопроводу течет ток, в соленоиде 5 наводится продольное магнитное поле. Это поле воздействует на процесс формирования фотонного эха в резонансной среде при воздействии на нее последовательности возбуждающих лазерных импульсов, вызывая эффект нефарадеевского поворота вектора поляризации эхо-сигнала.

Экспериментально установлено, что если ток ЛЭП не равен нулю, в соленоиде имеется продольное магнитное поле напряженностью Н. При этом происходит поворот вектора поляризации только эхо-сигнала. Имеющийся при этом фарадеевский поворот вектора поляризации оптических импульсов на 3-4 порядка меньше нефарадеевского поворота эхо-сигнала.

Чувствительность регистратора 2 не позволяет зарегистрировать фарадеевский поворот вектора поляризации оптических импульсов, но обеспечивает регистрацию нефарадеевского поворота вектора поляризации эхо-сигнала.

Для измерения тока ЛЭП шкалу регистратора необходимо протарировать в единицах измерения тока.

Формула изобретения

Способ оптоэлектронного измерения тока высоковольтных линий электропередач (ЛЭП), основанный на применении оптико-электронных трансформаторов тока (ОЭТТ), использующих регистрацию угла поворота вектора поляризации линейно поляризованного лазерного излучения при прохождении его через резонансную среду, находящуюся под воздействием продольного магнитного поля, создаваемого током ЛЭП, отличающийся тем, что при использовании физического принципа оптоэлектронного измерения тока применяется внутренняя модуляция света, основанная на нефарадеевском повороте вектора поляризации используемого сигнала первичного или стимулированного фотонного эха, при этом угол поворота вектора поляризации сигнала фотонного эха, формирующегося в резонансной среде под воздействием продольного магнитного поля, зависит от напряженности приложенного магнитного поля, несущего информацию об измеряемом токе ЛЭП, от интервала между возбуждающими импульсами, от типа ветви задействованного квантового перехода, обладающего оптической фазовой памятью об условиях возбуждения фотонного эха и не зависит от длины пути в резонансной среде возбуждающих лазерных импульсов и фотонного эха.

РИСУНКИ

Рисунок 1