Электрогирационный измеритель напряженности электрического поля

 

Изобретение - может быть использовано в высоковольтных установках. Электрогирационный измеритель напряженности электрического поля содержит лазер 1, поляризатор 2, пространственный модулятор 3 в виде куба из электрогирационного кристалла кристаллографического класса m 3 с тремя взаимно перпендикулярными оптическими осями, совпадающими с осями координат и параллельными ребрам куба, объемные диагонали которого являются осями третьего порядка. Кристалл имеет срезы 3.1 и 3.2, выполненные в виде полупрозрачных зеркал и поворачивающие луч лазера 1 вдоль осей Z и У соответственно, при этом на срезы нанесены полупрозрачные зеркальные покрытия. Изобретение повышает точность измерений. 2 з.п. ф-лы, З - ил. g оо сд ю со «) pu8t

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 (51) ф G 01 R 13/40, !5 07

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ, 13.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3861828/24-21 (22) 04.03.85 (46) 15.11.87. Бюл, Р 42 (71) Проектно-конструкторское бюро электрогидравлики АН УССР (72) В.Г.Николайченко и Н.М.Шейгас (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1161884, кл. G 01 R 15/07, 1983, Авторское свидетельство СССР

У 276088, кл. G 01 R 13/40, 1985. (54) ЭЛЕКТРОГИРАЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ (57) Изобретение: может быть использовано в высоковольтных установках.

Электрогирационный измеритель на„„SU„„1352379 А1 пряженности электрического поля содержит лазер 1, поляризатор 2, прост. ранственный модулятор 3 в виде куба из электрогирационного кристалла кристаллограАического класса rrr 3 с тремя взаимно перпендикулярными оптическими осями, совпадающими с осями координат и параллельными ребрам куба, объемные диагонали которого являются осями третьего порядка.

Кристалл имеет срезы 3.1 и 3.2, выполненные в виде полупрозрачных sepкал и поворачивающие луч лазера 1 вдоль осей Е и У соответственно, при этом на срезы нанесены полупрозрачные зеркальные покрытия. Изобрете- а Ж ние повышает точность измерений.

2 з.п. ф-лы, 3"ил.

)3523

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в высоковольтных установках.

Цель изобретения — повьппение точо ности измерений.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 и 3 — варианты выполнения полупрозрачных зеркаль- )p ных покрытий на срезах электрогирационного кристалла.

Измеритель содержит источник света в виде лазера 1, поляризатор 2, пространственный модулятор 3, выполненный из электрогирационного монокристалла класса m 3, обладающий эффектом линейной электрогирации, со срезами 3.1 и 3.2, выполненными в виде полупрозрачных зеркал и поворачивающими луч лазера вдоль осей Z и У соответственно, призменные анализаторы 4.1-4.3, фотоприемники 5.15.6, дифференциальные преобразователи 6.1-6.3, сумматоры 7.1-7.3, вычи- 25 ,тающие блоки 8.1-8.2 и регистрирующий блок 9, Источник 1 света оптически связан через поляризатор 2, кристалл 3, срезы 3.1 и 3.2 с призменными анализато- ЗО рами 4.1-4.3. Выходы последних.: связаны с фотоприемниками 5.1-5.6, Выходы KQTopblx В свою очег>едь связаны с дифференциальными: преобразователями 6.1-6.3, а также с сумматорами 7.1-7.3. Выходы сумматоров

7.1-7.3. связаны с управляющими входами дифференциальных преобразователей 6.1-6.3, выходы которых связаны с входами вычитающих блоков 8.1 и 4р

8.2. Выходы дифференциального преобразователя 6.1 и вычитающих блоков

8.1 и 8.2 связаны с регистрирующим блоком 9.

На фиг. 2 изображено формирование 4r„ полупрозрачного зеркального покрытия на срезе электрогирационного кристалла 10 при помощи диэлектрической планки 11, изменяющей светопропускание, слоя акрилового клея 12, которым прикреплена призма иэ оптического стекла.

На фиг. 3 изображено выполнение полупрозрачного зеркального покрытия на срезах электрогирационного кристалла 10 путем погружения его в полиметилсилоксановую жидкость 13, содержащуюся в прозрачном диэлектрическом корпусе 14.

79 2

Устройство работает следующим образом.

Луч лазера 1, линейно поляризованный в поляризаторе 2, проходит через монокристалл 3 вдоль оси Х и под действием продольной составляющей Е вектора напряженности элекх

Ф трического поля E происходит поворот плоскости поляризации линейно поляризованного луча света, причем

7!

)э=--, Е

7 Ц хуг.

0 где 0 — удельное вращение плоскосГ x ти поляризации светового луча под действием составляющей Е„; .

n — показатель преломления; — длина волны оптического излучения;

1хУ2 — коэффициент линейной электрогирации (компонента аксиального тензора третьего ранга).

Затем луч света, прощедший через срез 3.1, попадает на призменный анализатор 4.1, при прохождении через который делится на два луча, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, а интенсивности в соответствии с законом Малюса описываются выражениями:

/ 01

0 cos (0+0„) 2 1+з1п 2d „); (2) г 01

i. I

I =I,„sin (8+0"„,)= - - (1-sin 2d ); (3) причем эг1 э х (5) (6) i), =K)I, Ф2 Ф 2 где I — интенсивность линейно поляризованного света, поступающего на монокристапл;

6 — угол между плоскостями призменного анализатора 4.1 и поляризатора 2;

d,„ — угол поворота плоскости поляризации светового луча под действием продольной составляющей Е „ приложенного поля Е. . Далее световые лучи поступают на фотоприемники 5.1 и 5,2, сигналы на выходе которых пропорциональны интенсивностям I u I падающих свето2 вых лучей:

2379 причем (13) ЭГ2 ?Г» ЭГ2

10 (14) (15) Фз Ф 3> -ф КФ I4-ò

25 (9) К»змЕ" тогда

Р E и 1 xyz

Л !

35 где K — коэффициент преобразования фотоприемника.

Сигнал на выходе дифференциального преобразователя 6.1 пропорционален разности интенсивностей I -I и оп2 ределяется выражением:

1-41 Ф2 !. 1. К 1- 2

1+ I

Кс мК 1з1п 2 „-, (7) где К,„„„ — коэффициент преобразования сумматора 7.1;

К, — коэффициент усиления дифференциального преобразователя 6.1.

При малых углах плоскости поляризации о „, когда з п 2« .у2д „ учитывая соотношение (2), а также то, что

=.t,g, выражение (7! принимает вид: где .E — длина оптического пути при прохождении луча вдоль оси кристалла.

На вход регистрирующего блока 9 поступает напряжение, пропорциональное-составляющей Е„ вектора Ь: где Кц — коэффициент преобразования устройства.

Отраженный от среза 3.1 луч света проходит через-кристалл вдоль оси Z и под действием продольной составляющей Е вектора Е происходит пово2 рот плоскости поляризации этого луча, причем где о — удельное вращение плоскости поляризации светового луча под действием составеи

Затем луч света, прошедший через срез 3.2,- попадает на призменный анализатор 4.2, при прохождении через который делится на два луча, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, а интенсивность в соответствии с законом Малюса описывается выражениями:

I =I cos (8+д = (!+sin 2d g;(1) т о

I =I»s in (e + dý 2j = - - (1- s in Ц, ); (1 2 ) где I — интенсивность луча света, отразившегося от среза 3 ° 1; — угол между плоскостями призменного анализатора 4.2 и

lf поляризатора 2, 6 =— — угол поворота плоскости по3Г2 ляризации светового луча под действием двух состав15 ляющих Е» и Е приложенного поля Е..

Далее. световые лучи поступают на фотоприемники 5.3 и 5.4, сигналы на выходе которых пропорциональны интенсивностям I u I падающих све3 товых потоков:

Сигнал на выходе дифференциального преобразователя 6.2 пропорционален разности интенсивностей Х -I ф и определяется выражением:

Фь Ф

Коэффициент преобразования дифференциального преобразователя 6.2 выбирается так, чтобы

35 (18)

40 Выходной сигнал вычитающего блока

8.1, определяемый выражением и пропорциональный составляющей Е

45 вектора Е, поступает на регистрирующий блок 9.

Луч света, отраженный от среза

3.2, проходит через кристалл вдоль оси У, и под действием продольной . составляющей Е вектора напряженносф ти электрического поля Е происходит поворот плоскости поляризации этого луча, причем:

ll

Ру д д KxyZ y (20) .

55 о где о — дельное вращение плоскос J ти поляризации световогб лу" ча под действием составляющей Е„.

1352379

Формула причем

15 (23) эг3 Эгх эгу эг1

=,Л (24) И Ф 5

35 (25) Ф6 Ф 6

Затем луч света попадает на приз менный анализатор 4.3, при прохождении через который делится на два луча, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, а интенсивности в соответствии с законом Малвса описываются выражениями:

I =I cos (B+d,„)= (1+sin 2d „);(21) 10

Х=Хз1п(0 +д „,)=22- (1-s in 24,,),(22) ОЭ где Х вЂ” интенсивность луча света, отразившегося от среза 3.2;

6 — угол между плоскостями призменного анализатора 4.3 и

Т поляРизатоРа ?, 8 4 — угол поворота плоскости поЭГЗ ляризации светового луча под действием трех составля25 ющих Е х, 1 У и Vz Вектора напряженности электрического поля Е.

Далее световые лучи попадают на фотоприемники 5.5 и 5.6 сигналы на выходе которых пропорциональны интенсивностям Х6 и I6 падающих световых

ПОТОКОВ

Сигнал на выходе дифференциального преобразователя 6.3 пропорционален разности интенсивностей Х -I и опре5 6 40 деляется выражением ф

Коэффициент усиления дифференциального преобразователя 6.3 выбирается так, чтобы изобретения

Злектрогирационный измеритель напряженности электрического поля, содержащий оптически связанные источник света в виде лазера, поляризатор, пространственный модулятор, содержащий два полупрозрачных зеркала, три призменных анализатора, шесть фотоприемников, три дифференциальных преобразователя, три сумматора, два вычитающих блока, регистрирующий блок, первый и второй выходы каждого анализатора оптически связаны с парой фотоприемников, выходы которых электрически соединены с входами одного из дифференциальных преобразователей, входами одного из сумматоров, выход каждого из,которых подключен к управляющему входу соответствующего дифференциального преобразователя, причем выходы первого и второго, второго и третьего дифференциальных преобразователей подключены соответственно к входам первого и второго вычитающих блоков, а выходы первого дифференциального преобразователя и вычитающих блоков подключены к входам регистрирующего блока, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, прост- . ранственный модулятор выполнен в виде куба из электрогирационного кристалла кристаллографического класса

m3 с тремя взаимно перпендикулярными оптическими осями, совпадающими с осями координат и параллельными ребрам куба, объемные диагонали которого являются осями третьего порядка, причем кристалл выполнен с двумя срезами, образующими угол У/4 с правой боковой и верхней гранями, а также фронтальной и левой боковой гранями соответственно, при этом на срезы нанесены полупрозрачные зеркальные покрытия, (27) сумз 9уЭ сум зу1 > тогда

11 УЭ КИЭм(Е„+Е У+Е ) . (28) Выходной сигнал вычитающего блока

8.2, определяемый выражением и пропорциональный составляющеи Е

У поступает на вход регистрирующего блока 9.

50.

2. Измеритель по п. 1, о т л ич а ю m и и с я тем, что полупрозрачные зеркальные покрытия на срезах электрогирационного кристалла выполнены путем наклеивания на поверхность электрогирационного кристалла призмы из материала с коэффициентом преломления, обеспечивающим отсутствие полного внутреннего отражения в электрогирационном кристалле.

3. Измеритель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что полупроэрач7 1352379,8 ные зеркальные покрытия на срезах трическую жидкость с коэффициентом электрогирационного кристалла выпол- преломления, обеспечивающим отсутстнены путем погружения электрогираци- вие полного внутреннего отражения в онного кристалла в прозрачную диэлек- электрогирационном кристалле.

5 фия2

Составитель В.Степанкин

Редактор И.Рыбченко Техред А.Кравчук Корректор М.Максимишинец

Заказ 5561/43

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4