ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к волоконно-оптическим измерительным устройствам и может быть использована в энергетике, приборостроении, сильноточной электронике, нефтегазовой промышленности для контроля электрического тока и напряженности магнитного поля.
Известно информационно-измерительное устройство контроля электрического тока и магнитного поля (патент US, №5463312, кл. G01R 1/04, 1996), содержащее последовательно соединенные источник оптического излучения в виде лазера или лазерного диода, поляризатор, оптическое волокно, обладающее двойным лучепреломлением, свернутое в катушку, внутри которой расположен проводник с током, анализатор, фотоприемник оптического излучения.
Недостатком данного устройства является недостаточная высокая точность.
За прототип принято информационно-измерительное устройство контроля электрического тока и магнитного поля (патент на полезную модель RU, №62712, кл. G01R 29/00, 2006), содержащее последовательно соединенные источник оптического излучения в виде лазера или лазерного диода, поляризатор, оптическое волокно, обладающее линейным двойным лучепреломлением, свернутое в катушку, внутри которой расположен проводник с током, анализатор, фотоприемник оптического излучения в виде фотодиода, усилитель и блок обработки информации с микропроцессором.
Недостатком данного устройства является недостаточная высокая точность измерения и малые функциональные возможности.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей.
Поставленная задача решается тем, что в информационно-измерительной системе контроля электрического тока и напряженности магнитного поля, содержащей источник оптического излучения в виде лазера или лазерного диода, поляризатор, катушку из оптического волокна, охватывающую проводник с током, в отличие от прототипа выходной торец оптического волокна соединен с оптическим разветвителем, оба выхода которого подключены к двум параллельным цепочкам, каждая из которых содержит анализатор и фотодиод, при этом выходы фотодиодов соединены со входом микроконтроллера с микропроцессором, к выходам которого подключены отображающее устройство в виде жидкокристаллического индикатора и устройство записи информации в виде флеш-накопителя, а для управления микроконтроллером использована управляющая клавиатура.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг. приведена структурная схема заявляемой информационно-измерительной системы контроля электрического тока и напряженности магнитного поля.
Система содержит источник оптического излучения 1 в виде лазера или лазерного диода. Последовательно с ним оптически соединены поляризатор 2, катушка 3 из оптического волокна, внутри которой расположен проводник 4 с измеряемым током. Выходной торец катушки 3 соединен с оптическим разветвителем 5, оба выхода которого подключены к двум параллельным цепочкам, каждая из которых содержит анализатор 6 (7) и фотодиод 8 (9). При этом выходы фотодиодов соединены со входом микроконтроллера 10 с микропроцессором, выходы которого подключены к отображающему устройству 11 в виде жидкокристаллического индикатора и устройству записи информации 12 в виде флеш-накопителя. Для управления микроконтроллером 10 использована управляющая клавиатура 13.
Заявляемая информационно-измерительная система работает следующим образом.
При протекании электрического тока по проводнику, удаленному от магнитооптического элемента на расстоянии К, создается магнитное поле, напряженность которого Н определяется по закону полного тока
Данное магнитное поле непосредственно воздействует на чувствительный элемент системы в виде катушки 3 из оптического волокна, которая является магнитооптическим элементом Фарадея (Волоконно-оптические датчики / Под ред. Т. Окоси: Пер. с япон. - Л.: Энергоатомиздат, 1990, с. 207). При совпадении направлений силовых линий магнитного поля и светового потока в оптоволоконной катушке имеет место магнитооптический эффект Фарадея, заключающийся в повороте вектора напряженности магнитного поля H на угол фарадеевского вращения φ, определяемого по формуле
где V - постоянная Верде,
L - длина светового пути в магнитооптическом элементе.
С помощью оптического разветвителя 5 осуществляется разделение плоскополяризованного луча света с повернутой поляризацией с выхода магнитооптического элемента 3 на два линейно поляризованных световых сигнала с ортогонально друг к другу направленными поляризационными плоскостями под углами -45° и +45° к плоскости поляризации выходящего из магнитооптического элемента светового луча.
Оптический сигнал с обоих выходов разветвителя 5 поступает на анализаторы 6 и 7, где каждый угол поворота плоскости поляризации плоскополяризованного луча преобразуется в изменение мощности оптического сигнала.
Далее оптический сигнал с выходов анализаторов 6 и 7 воздействует на фотодиоды 8 и 9 соответственно, электрический сигнал с выходов которых поступает на микроконтроллер 10 с микропроцессором, в котором обрабатывается и после отображается на жидкокристаллическом индикаторе 11 и, при необходимости, данная информация записывается на флеш-накопитель 12. При этом для непосредственного управления микроконтроллером используется управляющая клавиатура 13.
Использование метода двух выходных лучей с выхода оптического разветвителя светового луча позволяет осуществлять температурную компенсацию, и как результат - повышение точности измерения.
Применение программируемого микроконтроллера с микропроцессором обеспечивает необходимую коррекцию различных влияющих факторов, вносящих погрешность, что также повышает точность измерения.
Использование микроконтроллера в сумме с жидкокристаллическим индикатором, флеш-накопителем и управляющей клавиатурой позволяет расширить функциональные возможности заявляемой информационно-измерительной системы, т.е. обеспечить отображение и запись информации об измеряемых величинах электрического тока и напряженности магнитного поля и непосредственное управление всей системой.
Таким образом, предлагаемая информационно-измерительная система контроля электрического тока и напряженности магнитного поля отличается от аналогичных устройств, обеспечивая повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей.