BG2064U1 - Optical sensor for measuring of strong currents - Google Patents

Optical sensor for measuring of strong currents Download PDF

Info

Publication number
BG2064U1
BG2064U1 BG002837U BG283714U BG2064U1 BG 2064 U1 BG2064 U1 BG 2064U1 BG 002837 U BG002837 U BG 002837U BG 283714 U BG283714 U BG 283714U BG 2064 U1 BG2064 U1 BG 2064U1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
measuring
optical
optical sensor
signal
wave
Prior art date
Application number
BG002837U
Other languages
Bulgarian (bg)
Inventor
Георги Дянков
Тинко Ефтимов
Запрян Козлуджов
Original Assignee
Пловдивски Университет "Паисий Хилендарски"
Георги Дянков
Тинко Ефтимов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Пловдивски Университет "Паисий Хилендарски", Георги Дянков, Тинко Ефтимов filed Critical Пловдивски Университет "Паисий Хилендарски"
Priority to BG002837U priority Critical patent/BG2064U1/en
Publication of BG2064U1 publication Critical patent/BG2064U1/en

Links

Abstract

An optical sensor for measuring strong currents is used in industry and in particular for measuring the current in the power distribution devices (substation), the control of technological processes in the extraction of non-ferrous metals by electrolysis, using induction furnaces. The optical sensor is also applicable in all cases where it is necessary to measure the electric current with a size of tens or hundreds kilo ampere. The sensor used as a source of optical radiation laser, emitting a signal and at the same time abutment wave sufficiently separated so as not to overlap, and polarisers which polarize only the shorter wavelength emitted by the laser.

Description

Област на техникатаField of technology

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.The utility model refers to an optical sensor for measuring high currents, which is used in industry and especially for measuring current in powerful power distribution devices (substations), for control of technological processes in the extraction of non-ferrous metals by electrolysis and the use of induction furnaces. .

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

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.The strength of the electric current is one of the most frequently measured quantities in technology. Classic sensors, such as shunt resistors, current transformers and magnetic amplifiers, are used for its measurement. Each of these groups of sensors has its advantages, but also disadvantages such as large volume, high cost, measuring only constant or only variable current values. With the new generation of sensors, current and voltage are measured non-contact.

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.Optical sensors for measuring the strength of electric current are known, which use the magneto-optical Faraday effect. In these sensors, light propagates through a medium with a relatively large Verde constant. In the case of the sensor in question, this medium is a crystal. The Faraday effect is expressed in the rotation of the plane of polarization of polarized radiation, when it passes through a crystal under the influence of a magnetic field applied longitudinally to the crystal. To obtain polarized radiation and to analyze the effect of rotation on the plane of polarization, the crystal is placed between two crossed polarizers. As it propagates, light passes through a first polarizer, then through a crystal, and then through a second polarizer, crossed by the first and called an analyzer. Rotating the plane of polarization increases the intensity of the light wave passing through the analyzer. This intensity is proportional to the magnetic field. It is measured and used to judge the magnitude of the magnetic field. In turn, the magnetic field is proportional to the electric current that creates it. Thus, an unambiguous connection is obtained between the measured intensity of the light wave passing through the sensitive element and the strength of the electric current.

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.Optical sensors for measuring the strength of electric current are known, which include sources of signal and reference wave, fiber-optic coupler, optical 10 fiber for supplying optical radiation, sensitive element (including a crystal with two crossed polarizers), receivers of the optical radiation, amplifiers and measuring electronic unit.

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.A disadvantage of the known optical sensors for determining the strength of the electric current is the use of two separate optical sources, respectively of a signal and a reference wave and a coupler, which makes the construction more expensive and complicated.

Техническа същност на полезния моделTechnical essence of the utility model

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.The task of the utility model is to create an optical sensor for measuring high currents with a 25 simplified optical scheme of introducing radiation into the sensitive element, with high sensitivity and providing measurement with increased accuracy at low cost.

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.This problem is solved by the optical sensor 30 for measuring strong currents, which according to the utility model includes a sequentially arranged source of coherent light, misleading the optical fiber, a sensitive element composed of dichroic 35 crossed polarizers located in front of and behind the crystal. made of bismuth sylenite (Bil2SiO20), optical fiber output, electronic signal processing unit and measuring unit with 40 display. The coherent light source is a laser source of optical radiation emitting both a signal wave at 530 nm and a reference wave at 808 nm. The dichroic polarizers of the sensing element have a 45 operating range of polarization of light in the range of 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,The signal processing unit of the optical sensor for determining strong currents includes a dichroic mirror for spatial separation of the signal and reference waves,

2064 Ш фотодиоди, преобразуващи интензитета на оптичното лъчение в електрически сигнал и електронни усилватели на електрическия сигнал.2064 W photodiodes converting the intensity of optical radiation into an electrical signal and electronic amplifiers of the electrical signal.

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.The measured value - the strength of the electric current shown on the display of the electronic unit is the ratio between the intensity of the signal wave polarized under the influence of the strength of the electric current and the intensity of the non-polarized reference wave.

Оптичният сензор, съгласно полезният модел е приложим при всички случаи, при които е необходимо измерване на електрически ток с големина десетки или стотици килоампери.The optical sensor, according to the utility model, is applicable in all cases where it is necessary to measure an electric current with a size of tens or hundreds of kiloamperes.

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.An advantage of the optical sensor, according to the utility model, is its ability to measure high currents with great accuracy, using a simplified optical circuit, its high sensitivity and low cost.

Пояснение на приложената фигураExplanation of the attached figure

На фигура 1 е показана блок схема на оптичния сензор за определяне на силни токове.Figure 1 shows a block diagram of the optical sensor for determining high currents.

Примери за изпълнение на полезния моделExamples of implementation of the utility model

Оптичният сензор се илюстрира със следното примерно изпълнение.The optical sensor is illustrated by the following embodiment.

Пример 1Example 1

Чувствителният елемент 3 на оптичния сензор, показан на фиг. 1 се поставя перпендикулярно на проводника, по който тече ток, подлежащ на измерване.The sensitive element 3 of the optical sensor shown in FIG. 1 shall be placed perpendicular to the conductor through which the current to be measured flows.

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.The laser source 1 is switched on, which starts to emit both a signal wave at 530 nm and a reference wave at 808 nm. The signal and reference light waves are fed through the optical fiber 2 to the sensing element 3. The light waves pass through the dichroic polarizer 4 of the sensing element 3. The dichroic polarizer 4 polarizes only the signal wave. Thus the polarized signal wave and the non-polarized reference wave pass through the crystal 5 of the sensitive element 3, in which under the influence of the measured electric current a magnetic field is generated in the conductor, which changes the intensity of the signal wave passing through it and does not change the intensity of the reference wave. . The intensity-varying signal wave and the remaining intensity-unchanged reference wave pass through the dichroic polarizer 6, which has the same 10 polarization range but is crossed with the dichroic polarizer 4. The signal and reference light waves are then delivered through the optical fiber 7 to the fiber for signal processing 8, where the signal wave and the 15 reference wave are spatially separated, their intensity is converted into an electrical signal, which is amplified and fed to the electronic unit 9. The electronic unit 9 measures the ratio of the electrical 20 signals corresponding to the signal and reference wave and visualizes directly the measured strength of the electric current in units of measurement on the SI system on the display.

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).Optical sensor for measuring high currents, comprising an optical radiation source, an optical fiber, a sensing element, an optical radiation receiver, an amplifier and a 3θ measuring unit, characterized in that the optical radiation source (1) is a laser emitting simultaneously a signal wave of 530 nm and a reference wave of 808 nm, which is connected by a misleading optical fiber (2) to the sensitive 3 5 element (3), consisting of dichroic crossed polarizers (4 and 6) with an operating range of polarization of light from 450 to 760 nm, located in front of and behind a crystal of bismuth sylenite (5), connected by a leading 49 optical fiber (7) with a signal processing unit (8) and a measuring unit with a display (9).
BG002837U 2014-09-05 2014-09-05 Optical sensor for measuring of strong currents BG2064U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG002837U BG2064U1 (en) 2014-09-05 2014-09-05 Optical sensor for measuring of strong currents

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG002837U BG2064U1 (en) 2014-09-05 2014-09-05 Optical sensor for measuring of strong currents

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BG2064U1 true BG2064U1 (en) 2015-05-29

Family

ID=56847989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG002837U BG2064U1 (en) 2014-09-05 2014-09-05 Optical sensor for measuring of strong currents

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG2064U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2014203111B2 (en) Systems and methods for monitoring fiber optic current sensing systems
CN111492252B (en) Device for measuring an electric and/or magnetic field in an electrical energy transmission conductor
CN105203857B (en) Space strong electric field measuring system based on electric light quadratic effect
EE04767B1 (en) Method and apparatus for measuring electrical bio-impedance
JP2015040858A (en) Probe and use method of the same
GB1094286A (en) A device for measuring electrical current
JPH02500465A (en) Photodetector and signal processing circuit
CN105021901A (en) High-voltage electric field measurement system and measurement method thereof
CN105445519B (en) A kind of optical fiber current mutual inductor that dual wavelength works and the method for measuring electric current
CN104297598A (en) Multi-parameter testing device and method of VCSEL
BG2064U1 (en) Optical sensor for measuring of strong currents
CN103913298A (en) Device and method for measuring high nonlinear optical fiber Verdet constants
US8797019B2 (en) Handheld fiber optic current and voltage monitor for high voltage applications
KR20100065765A (en) Apparatus for measuring current and temperature
Ghosh et al. Development of a fiber-optic current sensor with range-changing facility using shunt configuration
RU152183U1 (en) INFORMATION AND MEASURING SYSTEM FOR ELECTRIC CURRENT CONTROL AND MAGNETIC FIELD TENSION
Floridia et al. Mitigation of output fluctuations due to residual state of input polarization in a compact current sensor
CN111721992A (en) Optical fiber sensing system for measuring current intensity of three-phase high-voltage conductor
RU170319U1 (en) FIBER-OPTICAL INFORMATION-MEASURING DEVICE OF ELECTRIC CURRENT AND MAGNETIC FIELD
RU2428704C1 (en) Fibre-optic device of magnetic field and electric current
CN105445515B (en) Intelligent electronic optical pole current transformer
RU91180U1 (en) MULTI-CHANNEL INFORMATION-MEASURING SYSTEM FOR MEASURING AND CONTROL OF ELECTRIC CURRENT
Huang et al. A quasi-distributed all-fiber current sensor based on series structure
Wang et al. The measurement of Faraday rotation angle by the frequency spectrum analysis
KR100307639B1 (en) Current / temperature measurement optical sensor using multi-wavelength light source and its method