устройство для измерения сверхбольших токов
Классы МПК: | G01R19/00 Приборы для измерения токов или напряжений или индикации их наличия или направления G01R33/032 с помощью магнитооптических приборов, например приборов Фарадея |
Автор(ы): | Казачков Ю.П. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт импульсной техники |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-06-26 публикация патента:
10.10.1998 |
Данное устройство предназначено для измерения силы тока в электрофизических установках. Оно позволяет измерять силу тока ~ 106A и устойчиво к наводкам паразитных токов. Устройство содержит n магнитооптических датчиков с чувствительным элементом в виде протяженного световода из магнитооптического материала и измерительно-вычислительный блок, причем положение оптического входа каждого из n световодов магнитооптических датчиков совпадает с оптическим выходом соседнего световода таким образом, что все световоды образуют замкнутый односвязный контур, охватывающий только токопровод с измеряемым током, а выходы магнитооптических датчиков соединены с соответствующими им входами измерительно-вычислительного блока. Технический результат - увеличение максимального значения измеряемой силы тока. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Устройство для измерения сверхбольших токов, содержащее магнитооптический датчик с чувствительным элементом в виде протяженного световода из магнитооптического материала и измерительно-вычислительный блок, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит n-1 магнитооптических датчиков, причем положение оптического входа световода каждого из n магнитооптических датчиков совпадает с оптическим выходом световода соседнего датчика таким образом, что световоды всех датчиков образуют замкнутый односвязный контур, охватывающий только токопровод с измеряемым током, а выходы n магнитооптических датчиков соединены с соответствующими им входами измерительно-вычислительного блока, число n выбирается из условияn>4V
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120023/183.gif)
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120105/960.gif)
где V - постоянная Верде материала световода;
Imax - максимальный измеряемый ток,
а измерительно-вычислительный блок выполнен с возможностью реализации функции
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120128/2120128-8t.gif)
где I - измеряемый ток,
Uout k - выходной сигнал с k-го магнитооптического датчика.
Описание изобретения к патенту
Устройство предназначено для измерения силы тока в электрофизических установках. Оно должно позволять измерять силу тока![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120028/8776.gif)
Uout = sin2F. (1)
Угол Фарадеевского вращения определяется по формуле
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120128/2120128-2t.gif)
где
V - постоянная Верде в чувствительном элементе;
L - оптическая длина пути, проходящего излучением в чувствительном элементе;
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120128/2120128-3t.gif)
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120128/2120128-4t.gif)
Так как область однозначности синуса равна
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120105/960.gif)
Imax = 0,25
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120105/960.gif)
При постоянной Верде в материале оптического волокна V
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120028/8776.gif)
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120023/183.gif)
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120023/183.gif)
n > 4V
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120023/183.gif)
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120105/960.gif)
где
V - постоянная Верде материала световода;
Imax - максимальный измеряемый ток,
а измерительно-вычислительный блок выполнен с возможностью реализации функции
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120128/2120128-5t.gif)
где
I - измеряемый ток;
Uout k - выходной сигнал с k-го магнитооптического датчика. Схема устройства для n=4 представлена на чертеже. Устройство для измерения сверхбольших токов состоит из n магнитооптических датчиков 1, выходы которого подключены к соответствующим входам измерительно-вычислительного блока 2. В качестве магнитооптического датчика 1 можно взять, например, волоконно-оптический датчик электрического тока, описанный в /3/. Он состоит из источника излучения света, поляризатора, оптического волокна в качестве чувствительного элемента, призмы Волластона, двух фотодиодов и дифференциальной электронной схемы. В качестве измерительно-вычислительного блока 2 можно взять, например, устройство преобразования информации СУПИ24 из /4/, состоящее из нескольких АЦП и программируемого контроллера. Сущность изобретения заключается в том, что оно заменяет интеграл по контуру в формуле (3) суммой интегралов по дугам этого контура, причем длина любой дуги выбирается таким образом, чтобы интеграл по этой дуге был меньше
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120105/960.gif)
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120128/2120128-6t.gif)
![устройство для измерения сверхбольших токов, патент № 2120128](/images/patents/351/2120128/2120128-7t.gif)
Устройство действует следующим образом. Измеряемый электрический ток создает в чувствительном элементе - световоде k-го магнитооптического датчика 1 сигнал Uout k в соответствии с формулой (1). Этот сигнал поступает через соответствующий вход в измерительно-вычислительный блок 2. Когда углы от всех датчиков 1 будут зарегистрированы, измерительно-вычислительный блок 2 по заложенной в него программе преобразует зарегистрированные сигналы Uout k в угол Фарадеевского вращения Fk и суммирует их. Эта сумма будет пропорциональна измеряемому току. Положительный эффект достигается тем, что угол Фарадеевского вращения, регистрируемый отдельным датчиком 1, меньше предельно измеримого, устройство позволяет измерять силу тока большую, чем в прототипе. А так как световоды образуют замкнутый односвязный контур, то их суммарный угол Фарадеевского вращения равен интегралу из формулы (1), т.е. пропорционален силе измеряемого тока и не зависит от паразитных токов, не попавших в образованный ими замкнутый контур, что присуще прототипу. Для измерения силы тока, равной 1 МА по формуле (5), необходимо использовать 6 датчиков 1, что их технически реализуемо.
Класс G01R19/00 Приборы для измерения токов или напряжений или индикации их наличия или направления
Класс G01R33/032 с помощью магнитооптических приборов, например приборов Фарадея