ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электрических измерений и может быть использована в электроэнергетике, в измерительной технике, в области релейной защиты и автоматики подстанций.
Известно информационно-измерительное устройство контроля электрического тока и магнитного поля (патент Германии №19547021, МПК G01R 15/24, публ. 19.06.97), включающее оптически связанные датчик на основе магнитооптического эффекта Фарадея, изменяющий поляризацию светового сигнала в зависимости от переменной величины, средство ввода в датчик поляризованного светового сигнала, средство деления поляризованного светового сигнала на пару взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих, а также узел преобразования этих составляющих.
Недостатком данного устройства является невысокая точность и стабильность измерений в реальных условиях эксплуатации, связанная с неконтролируемым изменением состояния поляризации светового сигнала в процессе измерений, в частности, в результате воздействия внешних факторов (температуры, вибраций и т.д.).
За прототип принята информационно-измерительная система измерения и контроля электрического тока (патент РФ №2321000, МПК G01R 15/24, 2006), содержащая источник оптического излучения в виде лазера или лазерного диода, поляризатор, фазовую пластину, сохраняющее поляризацию оптическое волокно, обладающее линейным двойным лучепреломлением, свернутое в катушку, делитель оптического волокна, поляризационные делители, фотоприемник оптического излучения, фильтры нижних частот и узел обработки.
Недостатком данного датчика является недостаточно высокая точность измерений и ограниченные функциональные возможности вследствие отсутствия устройств обработки и хранения информации об измеренных величинах электрических токов.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей.
Поставленная задача решается тем, что в информационно-измерительной системе измерения и контроля электрического тока, содержащей последовательно соединенный источник оптического излучения в виде лазера или лазерного диода, поляризатор, фазовую пластину, сохраняющее поляризацию оптическое волокно, обладающее линейным двойным лучепреломлением, свернутое в катушку, внутри которой расположен проводник с током, делитель оптического волокна, поляризационные делители, фотоприемник оптического излучения, в отличие от прототипа в качестве фотоприемников оптического излучения с выходов поляризационных делителей использованы фотодиоды, электрически соединенные с усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, выходы с которых подключены к микроконтроллеру, содержащему блок обработки информации, и узлу связи.
На фиг. приведена структурная схема заявляемой информационно-измерительной системы измерения и контроля электрического тока.
Системы измерения и контроля электрического тока содержит в качестве источника оптического излучения 1 лазер или лазерный диод. Последовательно с источником оптического излучения 1 соединен поляризатор 2, фазовая пластина 3, сохраняющее поляризацию оптическое волокно, обладающее линейным двойным лучепреломлением свернутое в катушку 4. Внутри катушки 4 проходит проводник 5 с измеряемым током I. Последовательно с сохраняющем поляризацию оптическим волокном, обладающим линейным двойным лучепреломлением, свернутым в катушку 4, оптически соединен делитель оптического волокна 6, поляризационные делители 7 и 8, фотоприемник оптического излучения состоящий из фотодиодов 9-12 и усилителей 13-16. Каждый фотоприемник оптического излучения электрически соединен с каждым аналого-цифровыми преобразователями 17-20. Аналого-цифровые преобразователи 17-20 электрически соединены с микроконтроллером 21, содержащей блок обработки информации. Для перепрограммирования микроконтроллера 21, а также для связи с внешними устройствами по цифровому выходу предусмотрен узел связи 22, подключенный к микроконтроллеру.
Заявляемая информационно-измерительная система работает следующим образом.
При прохождении света, излучаемого лазером или лазерным диодом 1, через поляризатор 2, он становится плоскополяризованным. При прохождении электрического тока I по проводнику 5, вокруг него создается магнитное поле, напряженность которого по закону полного тока определяется как
где R - расстояние от проводника с током до рассматриваемой точки.
В случае же измерения магнитного поля, последнее непосредственно воздействует на чувствительный элемент в виде катушки 3 из оптического волокна.
Катушка из оптического волокна служит магнитооптическим элементом Фарадея. При воздействии на нее магнитного поля происходит поворот плоскости поляризации плоскополяризованного луча света на угол фарадеевского вращения
где I - электрический ток;
o
N - число витков катушки из оптического волокна;
V - постоянная Верде.
При непосредственном воздействии магнитного поля угол фарадеевского вращения находится по формуле
где L - длина пути света в катушке из оптического волокна.
В поляризационном делителе 6, световой сигнал делится на пару взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих (Р) и (S) оптической мощности,
0
где m-глубина модуляции, Р-мощность света при отсутствии магнитного поля.
Величина измеряемого сигнала будет равна отношению,
Использование двух поляризационных делителей 7 и 8, осуществляющих деление светового сигнала на две различные пары взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих светового сигнала, отличающиеся угловой ориентацией, позволяет получить информацию о состоянии поляризации светового сигнала в волокне, то есть о величине смещения "рабочей точки".
Световой сигнал с выходов двух поляризационных делителей 7 и 8 поступает по оптическому волокну в фотоприемники оптического излучения. В нем формируется четыре аналоговых электрических сигнал, которые поступают на отдельные аналогово-цифровые преобразователи 17-20. В аналого-цифровых преобразователях 17-20 аналоговый сигнал преобразуется в цифровой код, который поступает в микроконтроллер 21. В микроконтроллере 21, цифровой код обрабатываться, и осуществляется хранение данных. Наличие узла связи 22 позволяет модернизировать работу информационно-измерительной системы, обновляя программное обеспечение микроконтроллера, а также служит для подключения системы к другим устройствам по цифровому интерфейсу.
Таким образом, предлагаемая информационно-измерительная система измерения и контроля электрического тока отличается от аналогичных систем расширенными функциональными возможностями, заключающимися в возможности сохранения результатов измерения, при необходимости обновления программного обеспечения микроконтроллера и возможности сопряжения датчика с внешними устройствами посредствам аналоговых и цифровых выходов. Наличие микроконтроллера, содержащего блок обработки информации позволяет повысить точность измерений за счет коррекции погрешностей, возникающих от влияния на постоянную Верде материала оптического волокна, колебаний температуры окружающей среды и длины волны оптического излучения.