Информационно-измерительная система измерения и контроля электрического тока
Полезная модель относится к области электрических измерений и может быть использовано в электроэнергетике, в измерительной технике, в области релейной защиты и автоматики подстанций.
Задача, на которую направлена полезная модель, заключается в расширении функциональных возможностей и повышении точности измерения.
Свет излучаемый лазером или лазерным диодом проходит через поляризатор становясь плоскополяризованным и поступает в катушку из оптического волокна, которая служит магнитооптическим элементом Фарадея. При воздействии на нее магнитного поля происходит поворот плоскости поляризации плоскополяризованного луча света на угол фарадеевского вращения, после чего плоскополяризованный луч свет поступает на входы двух поляризационных делителей. В поляризационных делителях световой сигнал делится на две пару взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих светового сигнала, отличающиеся угловой ориентацией. Световые сигналы с выходов двух поляризационных делителей поступают по оптическому волокну в фотоприемники оптического излучения, в которых формируется четыре аналоговых электрических сигнала поступающие на отдельные аналогово-цифровые преобразователи. В аналого-цифровых преобразователях аналоговый сигнал преобразуется в цифровой код, который поступает в микроконтроллер. В микроконтроллере, цифровой код обрабатываться, и осуществляется хранение данных. Наличие узла связи позволяет модернизировать работу информационно-измерительной системы, обновляя программное обеспечение микроконтроллера, а также служит для подключения системы к другим устройствам по цифровому интерфейсу.
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;
No - 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,
где m-глубина модуляции, Р0-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.
Информационно-измерительная система измерения и контроля электрического тока, содержащая последовательно соединенные 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, отличающаяся тем, что в качестве фотоприемников оптического излучения с выходов поляризационных делителей использованы фотодиоды, электрически соединенные с усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, выходы которых подключены к микроконтроллеру, содержащему блок обработки информации, и узлу связи.
