Электрооптические методы измерения высоких напряжений и больших токов

| Категория реферата: Рефераты по технологии
| Теги реферата: экзамены, реферат на тему менеджмент
| Добавил(а) на сайт: Kurepin.

Эффект Фарадея заключается во вращении плоскости поляризации линейно поляризованного света в оптически активных веществах под действием магнитного поля. Угол поворота плоскости поляризации света

[pic] где CB — постоянная Верде; l — длина пути света в веществе; В - магнитная индукция.

Измеряя угол поворота плоскости поляризации света, можно определить индукцию магнитного поля или силу тока, если преобразователь поместить в магнитном поле измеряемого тока.
[pic]
Рис. 2.

Уравнение, записанное выше, справедливо для составляющей индукции Вl, направленной вдоль пути света. Знак угла ( зависит от направления вектора магнитной индукции, но не зависит от направления света, что позволяет увеличить угол (, если свет многократно пропускать через ячейку Фарадея.
Как и в других методах, основанных на измерении магнитной индукции поля, создаваемого измеряемым током, при использовании эффекта Фарадея основными составляющими погрешности измерения тока являются погрешность преобразования измеряемого тока в магнитную индукцию и погрешность измерения магнитной индукции.

При использовании эффекта Фарадея измерение магнитной индукции сводится к измерению поворота плоскости поляризации света, которое обычно осуществляя методами прямого или уравновешивающего преобразования.

При применении метода прямого преобразования свет от лазера 1 направляется к преобразователю Фарадея 8 (рис. 2).

При этом поляризатор 2 и анализатор 4 могут быть расположены непосредственно у магнитооптического образца, что позволяет использовать оптические каналы связи 5 в виде обычных волоконных световодов.

Выходным сигналом устройств, построенных на основе метода прямого преобразования, является фототок [pic] или выходное напряжение.

[pic] где Rн — сопротивление нагрузки фотоприемника; SФ — чувствительность фотоприемника; J2 — интенсивность светового потока на входе фотоприемника, которая в соответствии с законом Малюса равна

[pic]
|[pic] Рис. 3, а. |[pic] |
| |Рис 3, б. |
|[pic] Рис. 3, в. |[pic]Рис. 3, г. |
|[pic]Рис. 3, д. |[pic]Рис. 3, е. |

здесь J1 — интенсивность света на входе анализатора; ( — угол между поляризатором и анализатором; ( — угол поворота плоскости поляризации, При
(=45(

[pic] или при малых углах (

[pic]

При углах (=7( погрешность линейности составляет 1%.

На рис. 3 показаны различные виды магнитооптических преобразователей
Фарадея. Самый простой преобразователь состоит из магнитооптического элемента 2, расположенного у провода 1 с измеряемым током (рис. 3, а).
Уменьшения влияния внешних магнитных полей и увеличения чувствительности средств измерений, основанных на использовании эффекта Фарадея, к току
[pic] можно достигнуть путем увеличения коэффициента преобразования [pic], применяя соленоид (рис. 3, б) или ферромагнитный магнитопровод 3 с магнитооптическим элементом 2, охватывающим провод 1 с измеряемым током
(рис. 3, в). Однако использование таких преобразователей связано с ухудшением динамических характеристик прибора и появлением фазовых погрешностей, а у прибора с магнитопроводом — погрешностей гистерезиса и линейности. Более рациональный путь повышения чувствительности — увеличение длины пути прохождения светового луча в магнитооптическом элементе за счет многократного отражения (рис. 3, г) или использование многовиткового магнитооптического преобразователя из гибкого волоконного световода (рис.
3, д). Этот преобразователь, так же как преобразователь, показанный на рис.
3, е, одновременно является своеобразным интегрирующим контуром, что позволяет установить однозначную зависимость между током и углом поворота плоскости поляризации света и исключить влияние внешних магнитных полей и неравномерного распределения тока внутри контура:
|[pic] |
|Рис. 4, а. |
|[pic] |
|Рис. 4, б. |
|[pic] |[pic] |
|Рис. 4, в. |Рис. 4, г. |

[pic]

В качестве рабочего вещества для магнитооптических преобразователей применяются стекла, содержащие оксид свинца (флинты, кроны) и плавленый кварц. Особенно большую постоянную Верде имеют пленки из феррита-граната, удельное фарадеевское вращение плоскости поляризации света в которых на два- три порядка больше, чем в стеклах.

Измерение напряжения с использованием электрооптических эффектов Керра и Поккельса

Измерение напряжения с использованием электрооптических эффектов Керра и Поккельса основано на возникновении двулучепреломления поляризованного света, распространяющегося в электрическом поле, создаваемом измеряемым напряжением.

Возникновение квадратичного эффекта Керра поясняется на рис. 4, а.
Поляризованный луч света, образуемый с помощью источника света 1 и поляризатора 2, проходит через электрическое поле, создаваемое конденсатором 3, к электродам которого приложено измеряемое напряжение UX.
При этом луч света направлен перпендикулярно вектору напряженности этого поля. После анализатора 4 свет попадает в фотоприемник 5, где он преобразуется в электрический сигнал, измеряемый прибором 6.

Интенсивность света на выходе преобразователя Керра определяется выражением

[pic] где lK — эффективная длина преобразователя Керра; d — расстояние между его электродами; СK — коэффициент Keppa; J0 — интенсивность света на входе преобразователя.

Эффект Керра возникает во многих изотропных веществах, но наиболее часто используется нитробензол, который имеет наибольший коэффициент Керра по сравнению с другими веществами (вода, бензол, эпоксидные компаунды и др.).

Линейный электрооптический эффект Поккельса наблюдается в пьезоэлектрических кристаллах, находящихся в электрическом поле. В зависимости от направления вектора напряженности электрического поля возникает продольный или поперечный эффект Поккельса. Продольный эффект сильнее всего проявляется в кристаллах дигидрофосфата аммония NH4H2PO4 или гидрофосфата калия KH2PO4, где электрическое поле создается при помощи кольцевых электродов 7, к которым приложено измеряемое напряжение UX (рис.
4, б). Поперечный эффект сильно проявляется в кристаллах ниобата лития
LiNbO3, которые используются в электрооптических модуляторах света.

Интенсивность света на выходе преобразователя Поккельса можно определить из выражения