ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к волоконно-оптическим измерительным устройствам и может быть использована в энергетике, нефтегазовой промышленности, сильноточной электронике для контроля электрического тока и магнитного поля.
Известно информационно-измерительное устройство контроля электрического тока и магнитного поля (авторское свидетельство СССР №1383267, кл. G01R 3/032, 1988), содержащий источник когерентного излучения, чувствительный элемент из волоконного световода, навитого на цилиндр из магнитострикционного материала, с щелевидным разрезом вдоль образующей, фотодетектор и блок обработки сигнала.
Недостатком данного устройства является его относительная громоздкость и недостаточно высокая точность вследствие косвенного метода измерения, заключающегося в том, что магнитное поле приводит к деформации цилиндра из магнитострикционного материала, и, следовательно, оптического волокна, намотанного на цилиндр. В результате изменяется оптическая длина пути, что приводит к изменению фазового сдвига, регистрируемого блоком обработки сигнала.
За прототип принято 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 линейным двойным лучепреломлением, свернутое в катушку, внутри которой расположен проводник с током,
анализатор, фотоприемник оптического излучения.
Недостатком данного устройства является недостаточно высокая точность.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение точности измерения.
Поставленная задача решается тем, что в информационно-измерительном устройстве контроля электрического тока и магнитного поля, содержащем 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 отличие от прототипа в качестве фотоприемника оптического излучения с выхода анализатора использован фотодиод, электрически соединенный с усилителем, выход которого подключен к микроконтроллеру, содержащему блок обработки информации.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на фиг. приведена структурная схема заявляемого информационно-измерительного устройства контроля электрического тока и магнитного поля.
Устройство содержит источник оптического излучения 1 в виде лазера или лазерного диода. Последовательно с ним оптически соединены поляризатор 2, оптическое волокно 3, обладающее линейным двойным лучепреломлением и свернутое в катушку. Внутри катушки 3 расположен проводник 4 с измеряемым током I. Анализатор 5 оптически связан с фотоприемником 6 в виде фотодиода. Последний электрически соединен с усилителем 7, выход которого подключен к микроконтроллеру 8, содержащему блок обработки информации.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При прохождении электрического тока I по проводнику 4 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 измерения магнитного поля, данное магнитное поле непосредственно воздействует на чувствительный элемент устройства в виде катушки 3 из оптического волокна.
Эта же катушка служит магнитооптическим элементом Фарадея (Волоконно-оптические датчики /Под ред. Т.Окоси: Пер. с япон. - Л.: Энергоатом издат, 1990, с.207). При воздействии на нее магнитного поля происходит поворот плоскости поляризации плоскополяризованного луча света на угол фарадеевского вращения:
0
где I - электрический ток; 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 анализаторе 5 угол поворота плоскости поляризации плоскополяризованного луча φ преобразуется в изменение мощности оптического сигнала (Волоконно-оптические датчики /Под ред. Т.Окоси: Пер. с япон. - Л.: Энергоатомиздат, 1990, с.158).
0
где P - мощность света при отсутствии магнитного поля.
Оптический сигнал (4) с выхода анализатора воздействует на фотодиод 6, электрический сигнал с выхода которого усиливается усилителем 7 и поступает на микроконтроллер 8, в котором обрабатывается блоком обработки.
Наличие блока обработки позволяет повысить точность измерения за счет коррекции погрешностей, возникающих от влияния на постоянную Верде материала оптического волокна колебаний температуры окружающей
среды и длины волны оптического излучения.
Таким образом, предлагаемое информационно-измерительное устройство контроля электрического тока и магнитного поля отличается от аналогичных устройств более высокой точностью измерения.