BG2064U1 - Оптичен сензор за измерване на силни токове - Google Patents

Abstract

Оптичният сензор за измерване на силни токове намира приложение в промишлеността и по-специално за измерване на тока в мощни електроразпределителни устройства (подстанции), за контрол на технологични процеси при добиването на цветни метали чрез електролиза и при използване на индукционни пещи. Оптичният сензор също така е приложим при всички случаи, при които е необходимо измерване на електрически ток с големина десетки или стотици килоампери. Сензорът използва като източник на оптично лъчение лазер, излъчващ едновременно сигнална и опорна вълна, достатъчно разделени, за да не се припокриват и поляризатори, които поляризират само по-късата дължина на вълната, излъчвана от лазера. 1 претенция, 1 фигура

Description

Област на техниката

Полезният модел се отнася до оптичен сензор за измерване на силни токове, който намира приложение в промишлеността и поспециално за измерване на тока в мощни електроразпределителни устройства (подстанции), за контрол на технологични процеси при добиването на цветни метали чрез електролиза и при използване на индукционни пещи.

Предшестващо състояние на техниката

Силата на електрическия ток е една от найчесто измерваните в техниката величини. За измерването му се използват класическите сензори, като шунтови резистори, токови трансформатори и магнитни усилватели. Всяка от тези групи сензори има своите предимства, но и недостатъци като голям обем, висока цена, измерване само на постоянни или само на променливи стойности на тока. При новото поколение сензори измерването на тока и напрежението се осъществява безконтактно.

Известни са оптични сензори за измерване на силата на електрически ток, при които се използва магнито-оптичния ефект на Фарадей. При тези сензори светлината се разпространява през среда с относително голяма константа на Верде. В случая на разглеждания сензор тази среда е кристал. Ефектът на Фарадей се изразява в завъртане на равнината на поляризация на поляризирано лъчение, при преминаването му през кристал под въздействие на магнитно поле, приложено надлъжно на кристала. За получаване на поляризирано лъчение и за анализиране на ефекта на завъртане на равнината на поляризация, кристалът се поставя между два скръстени поляризатора. При разпространението си светлината преминава през първи поляризатор, след това през кристала, а след това през втория поляризатор, скръстен на първия и наречен анализатор. Завъртането на равнината на поляризация увеличава интензивността на светлинната вълна, преминала през анализатора. Тази интензивност е пропорционална на магнитното поле. Тя се измерва и по нея се съди за големината на магнитното поле. От своя страна, магнитното поле е пропорционално на електрическия ток, който го създава. Така се получава еднозначна връзка между измерената интензивност на преминалата през чувствителния елемент светлинна вълна и сила на електрическия 5 ток.

Известни са оптичните сензори за измерване на силата на електрическия ток, които включват източници на сигнална и на опорна вълна, влакнесто-оптичен разклонител, оптично 10 влакно за подвеждане на оптичното лъчение, чувствителен елемент (включващ кристал с два скръстени поляризатора), приемници на оптичното лъчение, усилватели и измерващ електронен блок.

Недостатък на известните оптични сензори за определяне на силата на електрическия ток е използването на два отделни оптични източника, съответно на сигнална и на опорна вълна и разклонител, което оскъпява и усложнява конст20 рукцията.

Техническа същност на полезния модел

Задача на полезния модел е създаване на оптичен сензор за измерване на силни токове с 25 опростена оптична схема на въвеждане на лъчението в чувствителния елемент, с висока чувствителност и осигуряващ замерване с повишена точност при ниска цена.

Тази задача се решава с оптичния сензор 30 за измерване на силни токове, който съгласно полезния модел, включва последователно разположени източник на кохерентна светлина, подвеждащо лъчението оптично влакно, чувствителен елемент, съставен от дихроични 35 скръстени един спрямо друг поляризатори, разположени пред и зад кристал от бисмутов силенит (Bil2SiO20), отвеждащо оптичния сигнал оптично влакно, блок за електронна обработка на сигнала и измерващ блок с 40 дисплей. Източникът на кохерентна светлина е лазерен източник на оптично лъчение, излъчващ едновременно сигнална вълна на 530 nm и опорна вълна на 808 nm. Дихроичните поляризатори на чувствителния елемент имат 45 работен диапазон на поляризиране на светлината в граници 450-760 nm.

Блокът за обработка на сигнала на оптичния сензор за определяне на силни токове, включва дихроично огледало за пространствено 50 разделяне на сигналната и опорна вълни,

2064 Ш фотодиоди, преобразуващи интензитета на оптичното лъчение в електрически сигнал и електронни усилватели на електрическия сигнал.

Измерваната величина - силата на електрическия ток, показана на дисплея на електронния блок е отношение между интензитета на поляризираната под влияние на силата на електрическия ток сигнална вълна и интензитета на неполяризираната опорна вълна.

Оптичният сензор, съгласно полезният модел е приложим при всички случаи, при които е необходимо измерване на електрически ток с големина десетки или стотици килоампери.

Предимство на оптичния сензор, съгласно полезния модел, е възможността му да измерва с голяма точност силни токове, при използване на опростена оптична схема, високата му чувствителност и ниска цена.

Пояснение на приложената фигура

На фигура 1 е показана блок схема на оптичния сензор за определяне на силни токове.

Примери за изпълнение на полезния модел

Оптичният сензор се илюстрира със следното примерно изпълнение.

Пример 1

Чувствителният елемент 3 на оптичния сензор, показан на фиг. 1 се поставя перпендикулярно на проводника, по който тече ток, подлежащ на измерване.

Включва се лазерният източник 1, който започва да излъчва едновременно сигнална вълна на 530 nm и опорна вълна на 808 nm. Сигналната и опорната светлинни вълни се подвеждат чрез оптичното влакно 2 до чувствителния елемент 3. Светлинните вълни преминават през дихроичния поляризатор 4 на чувствителния елемент 3. Дихроичният поляризатор 4 поляризира само сигналната вълна. Така поляризираната сигнална вълна и неполяризираната опорна вълна преминават през кристала 5 на чувствителния елемент 3, в който под въздействие на измервания електрически ток в проводника се е породило магнитно поле, което изменя интензитета на преминаващата през него 5 сигнална вълна и не променя интензитета на опорната вълна. Променилата своя интензитет сигнална вълна и останалата непроменена по интензивност опорна вълна преминават през дихроичния поляризатор 6, който има същия 10 диапазон на поляризиране, но е скръстен спрямо дихроичния поляризатор 4. След това сигналната и опорната светлинни вълни се доставят чрез отвеждащото оптично влакно 7 до блока за обработка на сигналите 8, където сигналната и 15 опорната вълна се разделят пространствено, интензитета им се преобразува в електрически сигнал, който се усилва и се подава към електронния блок 9. Електронният блок 9 измерва съотношението на електрическите 20 сигнали, съответстващи на сигналната и опорна вълна и визуализира пряко измерваната сила на електрическия ток в мерни единици по системата СИ върху дисплея.

Claims (1)

1. Оптичен сензор за измерване на силни токове, включващ източник на оптично лъчение, оптично влакно, чувствителен елемент, приемник на оптичното лъчение, усилвател и измерващ 3θ блок, характеризиращ се с това, че източникът на оптично лъчение (1) е лазер, излъчващ едновременно сигнална вълна на 530 nm и опорна вълна на 808 nm, който е свързан чрез подвеждащо оптично влакно (2) с чувствителния 3 5 елемент (3), състоящ се от дихроични скръстени един спрямо друг поляризатори (4 и 6) с работен диапазон на поляризиране на светлината от 450 до 760 nm, разположени пред и зад кристал от бисмутов силенит (5), свързан чрез отвеждащо 49 оптично влакно (7) с блок за обработка на сигнала (8) и измерващия блок с дисплей (9).