RU2686452C1 - Ultra-high-frequency measurer of electrical quantities - Google Patents

Ultra-high-frequency measurer of electrical quantities Download PDF

Info

Publication number
RU2686452C1
RU2686452C1 RU2018120172A RU2018120172A RU2686452C1 RU 2686452 C1 RU2686452 C1 RU 2686452C1 RU 2018120172 A RU2018120172 A RU 2018120172A RU 2018120172 A RU2018120172 A RU 2018120172A RU 2686452 C1 RU2686452 C1 RU 2686452C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
adder
microwave
frequency
generator
arm
Prior art date
Application number
RU2018120172A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Гурами Николаевич Ахобадзе
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2018120172A priority Critical patent/RU2686452C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2686452C1 publication Critical patent/RU2686452C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/10—Measuring sum, difference or ratio

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to electrical measurements and can be used in measurement equipment for measuring currents and voltages. Essence of the disclosed engineering solution lies in the fact that in a microwave device for measuring electrical quantities, comprising an alternating current source, first and second converters and a recorder, first and second amplifiers, DC source and adder are introduced, first and second converters are made in form of first and second microwave generators with varactor frequency tuning, wherein alternating current source through first and second amplifiers is connected to first and second microwave generators varactors supply inputs, respectively, supply inputs of the first and second microwave generators are connected to a direct-current source, power output of the first generator is connected to the first arm of the adder, power output of the second generator is connected to the second arm of the adder, the third arm of which is connected to the input of the recorder.
EFFECT: technical result when implementing disclosed solution is expansion of functionality and reduced inertia of measurement.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано в измерительной технике для измерения токов и напряжений, а также в области релейной защиты и автоматики.The invention relates to the field of electrical measurements and can be used in measurement technology for measuring currents and voltages, as well as in the field of relay protection and automation.

Известен способ измерения ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (см. RU 2281516 С1, 10.08.2006), при котором поляризованный световой сигнал пропускают через магнитооптический чувствительный элемент в виде закрученного вдоль направления распространения излучения одномодового оптического волокна. Прошедший через чувствительный элемент световой сигнал делят на две пары взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих, отличающиеся друг от друга угловой ориентацией. Определяют на выходе чувствительного элемента азимутальный угол и угол эллиптичности поляризации светового сигнала. Дополнительно определяют двулучепреломление в выходном фиксирующем соединителе оптического волокна, с его использованием находят состояние поляризации светового сигнала в конце волокна перед выходным фиксирующим соединителем. Формируют измерительный сигнал с учетом угла ориентации между парами и двулучепреломления в выходном фиксирующем соединителе и по нему находят измеряемую величину.A known method of measuring an alternating electric current and a device for its implementation (see RU 2281516 C1, 08.10.2006), in which a polarized light signal is passed through a magneto-optical sensitive element in the form of a single-mode optical fiber twisted along the propagation direction of the radiation. The light signal transmitted through the sensitive element is divided into two pairs of mutually orthogonal linearly polarized components differing from each other in their angular orientation. The azimuth angle and the angle of ellipticity of the polarization of the light signal are determined at the output of the sensitive element. Additionally, birefringence in the output fixing connector of the optical fiber is determined, with its use the polarization state of the light signal at the end of the fiber in front of the output fixing connector is found. A measuring signal is formed taking into account the orientation angle between the pairs and birefringence in the output fixing connector and the measured value is determined from it.

Недостатком этого известного способа является сложность процедуры формирования измерительного сигнала и его измерение.The disadvantage of this known method is the complexity of the procedure for the formation of the measuring signal and its measurement.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип устройство для измерения переменного тока на основе двух полупроводниковых диодов и магнитоэлектрической системы (см. Информационно-измерительная техника в электронике: учебник для студ. высш. учебн. заведений / [Г.Г. Раннев, В.А. Сурогина, В.И. Калашников и др.]; под ред. Г.Г. Раннева. - 2-е изд. стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2007. - стр. 305-306). В данном устройстве измеряемый переменный сигнал с выхода источника переменной сети поступает на два полупроводниковых диода. Здесь положительный полупериод (полярность) измеряемого сигнала подают на анод первого диода (анод диода подключен к источнику переменной сети) и в результате этот диод пропускает ток через себя, и как следствие ток измеряется манитоэлектрической системой, соединенной с катодом этого диода. При отрицательном полупериоде (полярности) измеряемого тока ток пропускается через второй диод, подключенный катодом к источнику переменной сети. Так как анод этого второго диода не соединен с магнитоэлектрической состемо, то контролирумый переменный ток не измеряется. Следовательно, данное устройство дает возможность измерить только один (положительный) полупериод исследуемого сигнала.The closest technical solution to the proposed is the device adopted by the author for the prototype for measuring alternating current based on two semiconductor diodes and a magnetoelectric system (see Information and measuring equipment in electronics: a textbook for students of higher educational institutions / [GG Rannev , VA Surogin, VI Kalashnikov, et al.], Edited by GG Rannev, 2nd ed., Moscow: Akademiya Publishing Center, 2007. - p. 305 -306). In this device, the measured variable signal from the output of the variable network source is fed to two semiconductor diodes. Here, a positive half-period (polarity) of the measured signal is fed to the anode of the first diode (the anode of the diode is connected to the source of a variable network) and as a result this diode passes current through itself, and as a result, the current is measured by a manitoelectric system connected to the cathode of this diode. With a negative half-period (polarity) of the measured current, the current is passed through the second diode connected by the cathode to the source of the variable network. Since the anode of this second diode is not connected to the magnetoelectric system, the controlled alternating current is not measured. Consequently, this device makes it possible to measure only one (positive) half-period of the signal under study.

Недостатком этого известного устройства можно считать узкую функциональную возможность и инерционность подвижной части измерительного механизма магнитоэлектрической системы.The disadvantage of this known device is the narrow functionality and inertia of the movable part of the measuring mechanism of the magnetoelectric system.

Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение функциональной возможности и уменьшение инерционности измерения.The technical result of the proposed device is to expand the functionality and reduce the inertia of the measurement.

Технический результат достигается тем, что в сверхвысокочастотный измеритель электрических величин, содержащий источник переменного тока, первый и второй преобразователи и регистратор, введены первый и второй усилители, источник постоянного тока и сумматор, первый и второй преобразователи выполнены в виде первого и второго микроволновых генераторов с варакторной перестройкой частоты, причем источник переменного тока через первый и второй усилители соединен соответственно с вводами питания варакторов первого и второго микроволновых генераторов, вводы питания первого и второго микроволновых генераторов подключены к источнику постоянного тока, вывод энергии первого генератора соединен с первым плечом сумматора, вывод энергии второго генератора соединен со вторым плечом сумматора, третье плечо которого подключено к входу регистратора.The technical result is achieved in that the microwave meter of electrical quantities, containing the AC source, the first and second converters and the recorder, introduced the first and second amplifiers, a DC source and an adder, the first and second converters are made in the form of the first and second microwave generators with varactor frequency tuning, and the source of alternating current through the first and second amplifiers is connected respectively to the power inputs of the first and second microwave varactors generator power inputs of the first and second microwave generators connected to a DC source, first power generator output is connected to the first arm of the adder, the second generator power output connected to the second adder arm, third arm which is connected to the input of the recorder.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что измерение суммарной частоты двух микроволновых генераторов с вракторной перестройкой частоты дает возможность вычислить электрическую величину частотой.The essence of the claimed invention, characterized by a combination of the above features, is that the measurement of the total frequency of two microwave oscillators with a frequency-changing frequency allows us to calculate the electrical value by frequency.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу измерения электрической величины на основе измерения суммарной частоты двух микроволновых генераторов с варакторной перестройкой частоты с желаемым техническим результатом, т.е. расширением функциональной возможности и уменьшением инерционности измерения.The presence in the claimed method of a combination of the existing characteristics listed above makes it possible to solve the problem of measuring an electrical quantity based on measuring the total frequency of two microwave oscillators with varactor frequency tuning with the desired technical result, i.e. expansion of functionality and reduction of measurement inertia.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.The drawing shows a functional diagram of the device.

Устройство содержит источник переменного тока 1, первый и второй усилители 2 и 3, первый и второй микроволновые генераторы с варакторной перестройкой частоты 4 и 5, источник постоянного тока 6, сумматор 7 и регистратор 8.The device contains an AC source 1, the first and second amplifiers 2 and 3, the first and second microwave oscillators with varactor frequency tuning 4 and 5, the DC source 6, the adder 7 and the recorder 8.

Устройство работает следующим образом. Переменный, например, синусоидальный сигнал с выхода источника переменного тока 1 одновременно поступает на входы первого и второго усилителей 2 и 3. Пусть выход первого усилителя соединен с анодом варактора первого микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты 4, а катод варактора второго микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты 5 - с выходом второго усилителя. Предварительно для генерирования электромагнитных колебаний вводы питания первого и второго микроволновых генераторов подключают к источнику постоянного тока 6. При отсутствии переменных сигналов на входах первого и второго усилителей, обозначим частоты на выводах энергии первого и второго микроволновых генераторов соответственно f1 и f2.The device works as follows. Variable, for example, a sinusoidal signal from the output of an alternating current source 1 simultaneously enters the inputs of the first and second amplifiers 2 and 3. Let the output of the first amplifier be connected to the anode of the first microwave generator with a varactor frequency tuning 4 and the varactor rearrange cathode frequency 5 - with the output of the second amplifier. Previously, to generate electromagnetic oscillations, the power inputs of the first and second microwave generators are connected to a constant current source 6. In the absence of variable signals at the inputs of the first and second amplifiers, we denote the frequencies at the energy outputs of the first and second microwave generators, respectively, f 1 and f 2 .

Согласно предлагаемому техническому решению при положительном полупериоде синусоидального переменного сигнала на выходе первого усилителя, посредством варактора первого микроволнового генератора, частота последнего будет увеличиваться пропорционально входному сигналу варактора первого генератора, т.е. на выводе энергии первого генератора для частоты можно принимать f1+f*, где f* - частота, возникающая благодаря подаче на анод варактора первого генератора положительного полупериода переменного сигнала. При этом частота на выводе энергии второго микроволнового генератора остается равной f2. Другими словами в этом случае при положительном полупериоде контролируемого переменного сигнала, перестраивается по частоте только первый микроволновый генератор. После этого при отрицательном полупериоде синусоидального переменного сигнала на выходе второго усилителя, посредством варактора второго микроволнового генератора, частота последнего будет увеличится пропорционально (пересторока по частоте второго микроволнового генератора) входному сигналу варактора второго генератора, т.е. на выводе энергии второго генератора для частоты можно записать f1+f*, где f* - частота, возникающая благодаря подаче на катод варактора второго генератора отрицательного полупериода переменного сигнала. При этом частота на выводе энергии первого микроволнового генератора остается равной f1. Аналогично при отрицательном полупериоде контролируемого переменного сигнала, перестраивается по частоте только второй микроволновой генератор. Обозначим сумму частот f1+f*=F1, а - f2+f*=F2. Отсюда получаем, что на первое плечо и второе плечо сумматора 7 поочередно в зависимости от полярности переменного сигнала поступает либо сигнал частотой F1, либо сигнал частотой F2. В рассматриваемом случае так как частота F1 соответствует положительному полупериоду контролируемого сигнала, а частота F2 -отрицательному полупериоду того же сигнала, то их сумма в сумматоре 7, даст возможность получить информацию о действующем значении (за весь период) измеряемого переменного сигнала. В сумматоре можно предусмотреть запоминание частот F1 и F2 при их суммировании. В предлагаемом устройстве для регистрации суммарной частоты, соответствующей действующему значение переменного сигнала, с третьего плеча сумматора сигнал переносится на вход регистратора 8, в качестве которого, например, может быть использован частотомер. Следовательно, измерив суммарную частоту посредством частотомера, можно вычислить действующее значение переменного сигнала, например, тока.According to the proposed technical solution, with a positive half-period of a sinusoidal alternating signal at the output of the first amplifier, by means of the varactor of the first microwave generator, the frequency of the latter will increase in proportion to the input signal of the varactor of the first generator, i.e. at the output of the energy of the first generator for the frequency, f 1 + f * can be taken, where f * is the frequency resulting from the first alternating signal being fed to the anode of the first generator. In this case, the frequency at the output of the energy of the second microwave generator remains equal to f 2 . In other words, in this case, with a positive half-period of the controlled alternating signal, only the first microwave generator is tuned in frequency. After that, with a negative half-cycle of a sinusoidal alternating signal at the output of the second amplifier, by means of the varactor of the second microwave generator, the frequency of the latter will increase proportionally (with the frequency of the second microwave generator) to the input signal of the second generator of the second generator, i.e. at the output of the energy of the second generator for the frequency, f 1 + f * can be written, where f * is the frequency resulting from the second alternator generating a negative signal half-period to the cathode of the second generator. In this case, the frequency at the output of the energy of the first microwave generator remains equal to f 1 . Similarly, with a negative half-period of the controlled alternating signal, only the second microwave oscillator is tuned in frequency. Denote the sum of the frequencies f 1 + f * = F 1 , and - f 2 + f * = F 2 . From this we obtain that, alternately, depending on the polarity of the alternating signal, either the signal with the frequency F 1 or the signal with the frequency F 2 comes to the first shoulder and the second shoulder of the adder 7. In this case, since the frequency F 1 corresponds to the positive half-period of the monitored signal, and the frequency F 2 -negative half-period of the same signal, their sum in the adder 7 will provide an opportunity to get information about the effective value (for the entire period) of the measured variable signal. In the adder, it is possible to envisage memorization of frequencies F 1 and F 2 when summing them up. In the proposed device for recording the total frequency corresponding to the actual value of the variable signal, the signal is transferred from the third arm of the adder to the input of the recorder 8, for which, for example, a frequency meter can be used. Consequently, by measuring the total frequency with a frequency meter, you can calculate the effective value of the ac signal, for example, the current.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении на основе измерения суммарной частоты двух микроволновых генераторов варакторной перестройкой частоты, можно обеспечить расширение функциональной возможности и уменьшение инерционности измерения переменного электрического сигнала.Thus, in the proposed technical solution on the basis of measuring the total frequency of two microwave generators with varactor frequency tuning, it is possible to provide increased functionality and decrease the inertia of the measurement of an alternating electrical signal.

При построении данного устройства в качестве микроволновых генераторов могут быть использованы генераторы типа ГЛПД - 2.When constructing this device, as a generator of the type GLPD - 2 can be used as microwave generators.

Одним из преимуществ данного сверхвысокочастотного измерителя электрических величин, по сравнению с прототипом, можно считать возможность передачи результата измерений на расстояние дистанционно.One of the advantages of this microwave measuring instrument of electrical quantities, compared with the prototype, can be considered the possibility of transmitting the measurement result to a distance remotely.

Предлагаемое устройство успешно может быть использовано и решения других задач, например, для косвенного измерения активной мощности в сочетании с вольтметром.The proposed device can successfully be used to solve other problems, for example, for indirect measurement of active power in combination with a voltmeter.

Claims (1)

Сверхвысокочастотный измеритель электрических величин, содержащий источник переменного тока, первый и второй преобразователи и регистратор, отличающийся тем, что в него введены первый и второй усилители, источник постоянного тока и сумматор, первый и второй преобразователи выполнены в виде первого и второго микроволновых генераторов с варакторной перестройкой частоты, причем источник переменного тока через первый и второй усилители соединен соответственно с вводами питания варакторов первого и второго микроволновых генераторов, вводы питания первого и второго микроволновых генераторов подключены к источнику постоянного тока, вывод энергии первого генератора соединен с первым плечом сумматора, вывод энергии второго генератора соединен со вторым плечом сумматора, третье плечо которого подключено к входу регистратора.A microwave meter of electrical quantities containing an alternating current source, first and second converters and a recorder, characterized in that it includes the first and second amplifiers, a direct current source and an adder, the first and second converters are made in the form of a first and second microwave oscillators with varactor tuning frequency, and the source of alternating current through the first and second amplifiers is connected respectively to the power inputs of the first and second microwave generators, in rows of first and second power microwave generators are connected to a source of DC power output of the first generator is connected to the first arm of the adder, the second generator power output connected to the second adder arm, third arm which is connected to the input of the recorder.
RU2018120172A 2018-05-31 2018-05-31 Ultra-high-frequency measurer of electrical quantities RU2686452C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018120172A RU2686452C1 (en) 2018-05-31 2018-05-31 Ultra-high-frequency measurer of electrical quantities

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018120172A RU2686452C1 (en) 2018-05-31 2018-05-31 Ultra-high-frequency measurer of electrical quantities

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2686452C1 true RU2686452C1 (en) 2019-04-25

Family

ID=66314720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018120172A RU2686452C1 (en) 2018-05-31 2018-05-31 Ultra-high-frequency measurer of electrical quantities

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2686452C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1166015A1 (en) * 1983-05-10 1985-07-07 Киевский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср Device for measuring parameters of microwave elements
WO1998012565A1 (en) * 1996-09-19 1998-03-26 Siemens Aktiengesellschaft Sensor to measure electrical current intensity and/or voltage
RU2235336C1 (en) * 2003-06-30 2004-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Рязанское конструкторское бюро "Глобус" Uhf power measuring device
RU2567441C1 (en) * 2014-05-29 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Digital measurement of electric magnitudes
RU2616871C1 (en) * 2015-10-27 2017-04-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method of determining current localization voltage in powerful hf and uhf bipolar transistors
RU2626387C1 (en) * 2016-10-14 2017-07-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Device for electric current measurement
RU2628306C1 (en) * 2016-05-10 2017-08-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Differential current measurement device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1166015A1 (en) * 1983-05-10 1985-07-07 Киевский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср Device for measuring parameters of microwave elements
WO1998012565A1 (en) * 1996-09-19 1998-03-26 Siemens Aktiengesellschaft Sensor to measure electrical current intensity and/or voltage
RU2235336C1 (en) * 2003-06-30 2004-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Рязанское конструкторское бюро "Глобус" Uhf power measuring device
RU2567441C1 (en) * 2014-05-29 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Digital measurement of electric magnitudes
RU2616871C1 (en) * 2015-10-27 2017-04-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method of determining current localization voltage in powerful hf and uhf bipolar transistors
RU2628306C1 (en) * 2016-05-10 2017-08-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Differential current measurement device
RU2626387C1 (en) * 2016-10-14 2017-07-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Device for electric current measurement

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Информацонно-измерительная техника и электроника", Раннев Г.Г. и др., 2007 г., 305-306 с.. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumada et al. Directly high-voltage measuring system based on Pockels effect
US3675125A (en) Optical wattmeter
US4370612A (en) Interferometric optical fiber electric current measuring device
US5696858A (en) Fiber Optics apparatus and method for accurate current sensing
Yang et al. Intense electric-field optical sensor for broad temperature-range applications based on a piecewise transfer function
JPH0123067B2 (en)
CN101957399A (en) Digital closed loop type optical fiber current sensor
Kucuksari et al. Complete model development for an optical current transformer
Mihailovic et al. Development of a portable fiber-optic current sensor for power systems monitoring
CN104007297A (en) Digital-closed-loop polarimeter type fiber-optic current sensor
Li et al. Signal detection for optical AC and DC voltage sensors based on Pockels effect
RU2686452C1 (en) Ultra-high-frequency measurer of electrical quantities
US4117399A (en) Method and apparatus for measuring electric quantities by using light converters
Samimi et al. Effect of nonideal linear polarizers, stray magnetic field, and vibration on the accuracy of open-core optical current transducers
Temkina et al. Fiber optic current meter for IIoT in power grid
da Cruz Pereira et al. Real-time polarimetric optical high-voltage sensor using phase-controlled demodulation
Li et al. Analysis and design of loop gains to optimize the dynamic performance of optical voltage sensor based on Pockels effect
CN107796978B (en) Using the interference-type voltage sensor of error compensation
Liokumovich et al. Fiber-optic polarization interferometer with an additional phase modulation for electric field measurements
Li et al. Optical voltage sensor using a pulse-controlled electrooptic quarter waveplate
Mali et al. Design methodologies for measurement of KA DC current: A review
RU2767166C1 (en) Optical interference current meter
RU2033694C1 (en) Method of transmission of reference signal to points separated in space and device for its realization
CN103718050A (en) Fiber-optic voltage sensor
CN108872750A (en) The remote mode-locked laser short-term stability measuring device of optics balance cross-correlation