RU2428704C1 - Волоконно-оптическое устройство магнитного поля и электрического тока - Google Patents
Волоконно-оптическое устройство магнитного поля и электрического тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2428704C1 RU2428704C1 RU2010105478/28A RU2010105478A RU2428704C1 RU 2428704 C1 RU2428704 C1 RU 2428704C1 RU 2010105478/28 A RU2010105478/28 A RU 2010105478/28A RU 2010105478 A RU2010105478 A RU 2010105478A RU 2428704 C1 RU2428704 C1 RU 2428704C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- magnetic field
- amplifiers
- inputs
- gradient
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Волоконно-оптическое устройство магнитного поля и электрического тока относится к области контрольно-измерительной техники. Согласно устройству выход источника излучения соединен с градиентной линзой, выполненной с возможностью формирования светового пучка, направленного через поляризатор и феррит-гранатовую пленку на поляризационную призму со светоделительным покрытием. Выход источника излучения дополнительно соединен со входом опорного фотоприемника, выход которого соединен со вторыми входами двух усилителей. Выходы усилителей соединены с устройством обработки выходных сигналов. Первые входы усилителей соединены с выходами двух фотоприемников, входы которых соединены с двумя градиентными линзами, на которые через поляризационную призму со светоделительным покрытием и два анализатора передаются два поляризованных световых луча. Технический результат - повышение временной стабильности и точности измерения, а также возможность измерять электрические токи в малых пределах. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения магнитного поля и электрических токов в энергетике, в том числе в различных цепях телеконтроля и управления электротехнических, электромеханических устройств.
Известен датчик магнитного поля [1], содержащий источник света, устройство ввода излучения в оптическое волокно, одномодовое оптическое волокно, расширитель светового потока, магнитооптический материал, выходное многомодовое оптическое волокно, фотоприемник.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является волоконно-оптический датчик магнитного поля и электрического тока [2], содержащий источник излучения, градиентные линзы, поляризатор, круговой двулучепреломитель, анализатор, фотоприемник.
Недостатками известных волоконно-оптических датчиков для измерения магнитного поля и электрического тока являются недостаточная временная стабильность, низкая точность измерения вследствие изменения мощности излучения источника света при длительной эксплуатации и при измерении токов в малых пределах (до 1 мА).
Предлагаемое устройство позволит значительно повысить временную стабильность, точность измерения и измерять электрические токи в малых пределах (до 1 мА).
Поставленная цель достигается тем, что в волоконно-оптическом устройстве, содержащем источник излучения, градиентные линзы, поляризатор, круговой двулучепреломитель, анализатор, фотоприемник, согласно изобретению дополнительно введены второй фотоприемник, вторая градиентная линза и второй анализатор, соленоид с концентратором магнитного поля, поляризационная призма со светоделительным покрытием, опорный фотоприемник, два усилителя и устройство обработки разностных сигналов, при этом круговой двулучепреломитель выполнен в виде феррит-гранатовой пленки, а выход источника излучения соединен с градиентной линзой, выполненной с возможностью формирования светового потока, направленного через поляризатор и феррит-гранатовую пленку на поляризационную призму со светоделительным покрытием, причем также выход источника излучения соединен со входом опорного фотоприемника, выход которого соединен со вторыми входами двух усилителей, выходы которых соединены с устройством обработки выходных сигналов, а первые входы усилителей соединены с выходами двух фотоприемников, входы которых соединены с двумя градиентными линзами, на которые через поляризационную призму со светоделительным покрытием и два анализатора передаются два поляризованных световых луча.
На чертеже представлена схема волоконно-оптического устройства магнитного поля и электрического тока, где 1 - источник излучения, 2 - световоды, 3 - градиентные линзы, 4 - поляризатор, 5 - двулучепреломитель, выполненный в виде феррит-гранатовой пленки, 6 - соленоид с концентратором магнитного поля, 7 - поляризационная призма со светоделительным покрытием, 8 - два анализатора, 9 - два фотоприемника, 10 - опорный фотоприемник, 11 - два усилителя, 12 - устройство обработки разностных сигналов, 13 - магнитооптический датчик, 14 - блок измерительный.
Элементы 3, 4, 5, 6, 7, 8 входят в состав магнитооптического датчика 13, элементы 1, 9, 10, 11, 12 входят в состав блока измерительного 12.
Магнитооптический датчик 13 и блок измерительный 14 соединены между собой волоконно-оптическими кабелями (световодами) 2.
Волоконно-оптическое устройство магнитного поля и электрического тока работает следующим образом.
Свет от источника излучения 1 (чертеж) по световоду 2 попадает на вход опорного фотоприемника 10 и через градиентную линзу 3 попадает на поляризатор 4.
Поляризатор 4 формирует и направляет линейно-поляризованное излучение на магнитно-оптическую феррит-гранатовую пленку 5, после прохождения которой линейно-поляризованное излучение через отверстие в концентраторе магнитного поля, создаваемого измеряемым электрическим током, поступает на поляризационную призму со светоделительным покрытием 7, на призме линейно-поляризованное излучение делится на два поляризованных луча.
Далее два поляризованных луча через два анализатора 8, две градиентные линзы 3 и световоды 2 попадают на входы двух фотоприемников 9, с выходов которых информационные сигналы поступают на первые входы (вх.1) двух усилителей 11, на вторые входы (вх.2) поступает сигнал с выхода опорного фотоприемника 10, с выходов усилителей 11 информационные сигналы поступают на два входа устройства обработки разностных сигналов 12 и далее к регистратору.
Принцип действия волоконно-оптического устройства магнитного поля и электрического тока основан на использовании в магнитооптическом датчике 13 эффекта Фарадея - поворот плоскости поляризации света, проходящего через феррит-гранатовую пленку 5 под воздействием магнитного поля, вектор напряженности которого совпадает с направлением распространения света. Поворот плоскости поляризации излучения на выходе феррит-гранатовой пленки 5 на угол фарадеевского вращения φf определяется выражением:
где Vr - постоянная Верде, характеризующая магнитооптические свойства феррит-гранатовой пленки 5;
H - напряженность измеряемого магнитного поля в направлении распространения света;
d - длина светового пути в магнитооптической среде.
При измерении электрического тока Iизм. вокруг проводника, по которому протекает ток, наводится магнитное поле, напряженность которого H пропорциональна току.
Для наиболее эффективного преобразования измеряемого тока в магнитное поле в магнитооптическом датчике 13 используется соленоид 6 с концентратором магнитного поля. Напряженность магнитного поля Н, индуцируемого током Iизм. в соленоиде, определяется выражением:
где n - количество витков соленоида;
g - коэффициент, зависящий от размеров и формы соленоида.
Напряженность магнитного поля H, создаваемая измеряемым током Iизм., воздействует на феррит-гранатовую пленку 5, что приводит к повороту плоскости поляризации проходящего линейно-поляризованного излучения, поступающего на поляризационную призму 7. Поляризационное покрытие призмы 7 перераспределяет мощность излучения в каждой ветви согласно формулам:
где P0 - мощность излучения, падающая на поляризационное покрытие призмы 7.
Линейно-поляризованное излучение по двум ветвям через анализаторы 8, градиентные линзы 3 по световодам 2 попадает на входы фотоприемников 9, с выходов которых сигналы поступают на входы двух усилителей 11 и после усиления сигналы поступают на устройство обработки разностных сигналов 12, в котором выделяется разностный сигнал:
где S - чувствительность фотоприемников 9;
K - коэффициент усиления усилителя 11.
Подставляя φf из формул (1) и (2) в формулу (5), получим зависимость выходного сигнала волоконно-оптического устройства от измеряемого тока Iизм.
где S, K, P0, Vr, g, n, d - постоянные величины, определяемые конструктивно-схемным исполнением устройства.
Из формулы (6) видно, что выходной сигнал Uвых. устройства изменяется пропорционально измеряемому электрическому току, т.е. Uвых.=f(Iизм.).
Повышение временной стабильности и точности измерения у предлагаемого волоконно-оптического устройства магнитного поля и электрического тока достигается за счет исключения влияния нестабильности мощности источника излучения P0 на выходной сигнал Uвых. в течение длительного времени эксплуатации, обусловленного тем, что на входы (вх.2) двух усилителей 11 подаются сигналы с опорного фотоприемника 10, соединенного с выходом источника излучения 1. При изменении (например, уменьшении) мощности излучения P0 от воздействия температуры или длительного времени эксплуатации уменьшаются информационные сигналы на первых входах (вх.1) усилителей 11 и сигнал, поступающий с выхода опорного фотоприемника на вторые входы (вх.2) усилителей, а сигналы с выходов усилителей 11 и разностный сигнал Uвых. с выхода устройства обработки сигналов 12 не изменяется. Таким образом исключается влияние изменения мощности источника излучения на выходной сигнал и, как следствие, повышается временная стабильность и точность измерения устройства.
Измерение электрического тока в малых пределах достигается за счет:
1) повышения напряженности магнитного поля H, создаваемой измеряемым током Iизм. малой величины, протекающим через соленоид 6 с концентратором магнитного поля (на чертеже не показан), которая обеспечивается:
- выбором необходимого количества витков соленоида, вследствие чего при увеличении количества витков n в соответствии с выражением (2) пропорционально увеличивается и напряженность магнитного поля;
- использованием концентратора магнитного поля, который выполняет функцию усиления магнитного поля, создаваемого протекающим через соленоид измеряемым током;
2) применения феррит-гранатовой пленки 5, выполняющей функцию кругового двулучепреломителя и обладающей повышенной магниточувствительностью, которая обеспечивает увеличение угла поворота φf фарадеевского вращения плоскости поляризации излучения.
Claims (1)
- Волоконно-оптическое устройство магнитного поля и электрического тока, содержащее источник излучения, градиентные линзы, поляризатор, круговой двулучепреломитель, анализатор, фотоприемник, отличающееся тем, что дополнительно введены второй фотоприемник, вторая градиентная линза и второй анализатор, соленоид с концентратором магнитного поля, поляризационная призма со светоделительным покрытием, опорный фотоприемник, два усилителя и устройство обработки разностных сигналов, при этом круговой двулучепреломитель выполнен в виде феррит-гранатовой пленки, а выход источника излучения соединен с градиентной линзой, выполненной с возможностью формирования светового пучка, направленного через поляризатор и феррит-гранатовую пленку на поляризационную призму со светоделительным покрытием, причем также выход источника излучения соединен со входом опорного фотоприемника, выход которого соединен с вторыми входами двух усилителей, выходы которых соединены с устройством обработки выходных сигналов, а первые входы усилителей соединены с выходами двух фотоприемников, входы которых соединены с двумя градиентными линзами, на которые через поляризационную призму со светоделительным покрытием и два анализатора передаются два поляризованных световых луча.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010105478/28A RU2428704C1 (ru) | 2010-02-15 | 2010-02-15 | Волоконно-оптическое устройство магнитного поля и электрического тока |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010105478/28A RU2428704C1 (ru) | 2010-02-15 | 2010-02-15 | Волоконно-оптическое устройство магнитного поля и электрического тока |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2428704C1 true RU2428704C1 (ru) | 2011-09-10 |
Family
ID=44757719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010105478/28A RU2428704C1 (ru) | 2010-02-15 | 2010-02-15 | Волоконно-оптическое устройство магнитного поля и электрического тока |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2428704C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2748305C1 (ru) * | 2020-07-03 | 2021-05-21 | Общество с ограниченной ответственностью "СЕДАТЭК" (ООО "СЕДАТЭК") | Волоконно-оптический датчик магнитного поля и электрического тока |
| RU216935U1 (ru) * | 2022-10-14 | 2023-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Челэнергоприбор" | Устройство для измерений силы электрического тока |
-
2010
- 2010-02-15 RU RU2010105478/28A patent/RU2428704C1/ru active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2748305C1 (ru) * | 2020-07-03 | 2021-05-21 | Общество с ограниченной ответственностью "СЕДАТЭК" (ООО "СЕДАТЭК") | Волоконно-оптический датчик магнитного поля и электрического тока |
| RU216935U1 (ru) * | 2022-10-14 | 2023-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Челэнергоприбор" | Устройство для измерений силы электрического тока |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4563639A (en) | Temperature and/or electrical intensity measuring apparatus based on the Faraday effect | |
| CN103076155B (zh) | 一种基于双光路的光纤Verdet常数测量系统 | |
| CN101509962B (zh) | 一种磁感应强度的测量方法及装置 | |
| US20120007584A1 (en) | Fiber current sensor with reduced temperature sensitivity | |
| CN106768867B (zh) | LiNbO3相位调制器性能检测系统 | |
| CN107179431B (zh) | 基于双折射实时测量的光纤电流传感装置及其方法 | |
| CN104459267A (zh) | 具有温度补偿的薄膜型全光纤电流互感器 | |
| JP2007057324A (ja) | 光ファイバ型計測システム | |
| CN101907650B (zh) | 磁光平衡型光纤电流互感器 | |
| CN209746025U (zh) | 一种基于双光纤光栅的电流测量系统 | |
| RU2428704C1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство магнитного поля и электрического тока | |
| CN102262177A (zh) | 一种全光纤脉冲电流传感器 | |
| Barczak et al. | New optical glasses with high refractive indices for applications in optical current sensors | |
| CN206556842U (zh) | LiNbO3相位调制器性能检测系统 | |
| CN105890778B (zh) | 一种简易低成本的波长实时测量装置 | |
| Cheng et al. | A novel miniature magnetic field sensor based on Faraday effect using a heterodyning fiber grating laser | |
| RU2748305C1 (ru) | Волоконно-оптический датчик магнитного поля и электрического тока | |
| CN106646183B (zh) | Sld光源测试系统 | |
| JP4467842B2 (ja) | 光応用測定装置 | |
| KR100659561B1 (ko) | 광 전류센서 | |
| CN111812379B (zh) | 一种自补偿型光纤电流传感系统 | |
| RU61042U1 (ru) | Волоконно-оптический датчик магнитного поля и электрического тока | |
| Stanciu et al. | Design of a current sensor based on optical fibers | |
| JPH01292263A (ja) | 光ファイバ電流測定装置 | |
| Mandl et al. | Evaluation of low-cost sensing fibers in a fiber optic current sensor used for DC measurements in the power grid |