МНОГОКАНАЛЬНАЯ 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 US, №5463312, кл. G01R 1/04, 1996), содержащее последовательно соединенный источник оптического излучения в виде лазера или лазерного диода, поляризатор, сохраняющее поляризацию оптическое волокно, обладающее линейным двойным лучепреломлением, свернутое в катушку, внутри которой расположен проводник с током, анализатор, фотоприемник оптического излучения.
Недостатком данного устройства является недостаточно высокая точность и ограниченные функциональные возможности.
За прототип принято информационно-измерительное устройство контроля электрического тока и магнитного поля (патент DE, №19547021, кл. G01R 15/24, 1997) содержащее 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, поляризационный делитель, фотоприемник оптического излучения и узел обработки.
Недостатком данного устройства является недостаточно высокая точность, ограниченные функциональные возможности вследствие отсутствия возможности измерения тока одновременно на нескольких проводниках с током.
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, поляризационный делитель, фотоприемник оптического излучения, в отличие от прототипа в качестве фотоприемников оптического излучения с выходов поляризационного делителя использованы фотодиоды, электрически соединенные с усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, выходы с которых подключены к микроконтроллеру, содержащему блок обработки информации, и узлу связи. При этом число каналов измерения равно количеству проводников с током.
На фиг. приведена структурная схема заявляемой информационно-измерительной системы измерения и контроля электрического тока.
Заявленная система измерения и контроля электрического тока содержит в качестве источников оптического излучения 1-1, 1-2,…, 1-n лазер или лазерный диод. Последовательно с источниками оптического излучения 1-1, 1-2,…, 1-n соединены поляризаторы 2-1, 2-2,…, 2-n, фазовые пластины 3-1, 3-2,…, 3-n, сохраняющее поляризацию оптическое волокно, обладающее линейным двойным лучепреломлением и свернутое в катушку 4-1, 4-2,…, 4-n. Внутри катушек 4-1, 4-2,…, 4-n проходят проводники 5-1, 5-2,…, 5-n с измеряемыми токами I1, I2,…, In. Последовательно с сохраняющем поляризацию оптическим волокном, обладающим линейным двойным лучепреломлением, свернутым в катушку 4-1, 4-2,…,4-n, оптически соединены поляризационные делители 6-1, 6-2,…,6-n, фотоприемники оптического излучения состоящий из фотодиодов 7-1, 7-2,…,7-n и усилителей 8-1, 8-2,…,8-n. Каждый фотоприемник оптического излучения электрически соединен с отдельным аналого-цифровым преобразователем 9-1, 9-2,…,9-n. Аналого-цифровые преобразователи 9-1, 9-2,…, 9-n электрически соединены с микроконтроллером 10, содержащей блок обработки информации. Для перепрограммирования микроконтроллера 10, а также для связи с внешними устройствами по цифровому выходу предусмотрен узел связи 11, подключенный к микроконтроллеру.
Заявляемая информационно-измерительная система работает следующим образом.
При прохождении света, излучаемого лазером или лазерным диодом 1-1, через поляризатор 2-1, он становится плоскополяризованным. При прохождении электрического тока I1 по проводнику 5-1, 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 4-1 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 V - постоянная Верде.
Н - напряженность магнитного поля;
L - длина пути света в катушке из оптического волокна.
Длина пути света в катушке из оптического волокна находиться по формуле
o
где N - число витков катушки из оптического волокна.
После преобразования формула (2) имеет вид
В поляризационном делителе 6-1, 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,
Световой сигнал с выхода двух поляризационного делителя 6-1 в фотоприемники оптического излучения. В нем формируется два аналоговых электрических сигнал, которые поступают на отдельные аналогово-цифровые преобразователи 9-1, 9-2. В аналого-цифровых преобразователях 9-1, 9-2 аналоговый сигнал преобразуется в цифровой код, который поступает в микроконтроллер 10. В микроконтроллере 10, цифровой код обрабатываться, и осуществляется хранение данных. Наличие узла связи 11 позволяет модернизировать работу информационно-измерительной системы, обновляя программное обеспечение микроконтроллера, а также служит для подключения системы к другим устройствам по цифровому интерфейсу.
Остальные измерительные каналы работают идентично.
Таким образом, предлагаемая многоканальная информационно-измерительная система измерения и контроля электрического тока отличается от аналогичных систем расширенными функциональными возможностями, заключающимися в возможности измерения тока сразу в нескольких проводниках, 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.