[go: up one dir, main page]

RU2158428C2 - Fiber-optical device to register shape of pulses of superheavy currents - Google Patents

Fiber-optical device to register shape of pulses of superheavy currents Download PDF

Info

Publication number
RU2158428C2
RU2158428C2 RU98123872A RU98123872A RU2158428C2 RU 2158428 C2 RU2158428 C2 RU 2158428C2 RU 98123872 A RU98123872 A RU 98123872A RU 98123872 A RU98123872 A RU 98123872A RU 2158428 C2 RU2158428 C2 RU 2158428C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
integrating unit
fiber
analog
Prior art date
Application number
RU98123872A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98123872A (en
Inventor
М.В. Демьянович
Ю.П. Казачков
Original Assignee
Научно-исследовательский институт импульсной техники
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт импульсной техники filed Critical Научно-исследовательский институт импульсной техники
Priority to RU98123872A priority Critical patent/RU2158428C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2158428C2 publication Critical patent/RU2158428C2/en
Publication of RU98123872A publication Critical patent/RU98123872A/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: fiber-optical device to register shape of pulses of superheavy currents includes fiber-optical measuring unit, recorder and analog differentiating-integrating unit whose two inputs are connected to outputs of fiber-optical measuring unit correspondingly and whose output is linked to input of recorder that is capable of memorizing shape of signal in digital or analog form. According to one version of implementation of device analog differentiating- integrating unit incorporates differentiator, two multipliers, integrator and adder whose output is output of analog differentiating-integrating unit. In agreement with another version analog differentiating-integrating unit has two differentiators, two multipliers and adder whose output is connected via integrator to output of analog differentiating- integrating unit. EFFECT: diminished frequency band of signals coming to input of recorder, simplified design of device. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в экспериментах по термоядерному синтезу для регистрации формы импульса тока в электрофизических установках типа Z-пинч, в которых имеется необходимость регистрации импульсов тока с амплитудой ~106-108 A при длительностях импульса ~ 1 мкс.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in experiments on thermonuclear fusion to record the shape of a current pulse in Z-pinch electrophysical installations in which there is a need to register current pulses with an amplitude of ~ 10 6 -10 8 A at pulse durations of ~ 1 μs.

Хорошо известно применение магнитооптического датчика для измерения электрического тока в электроэнергетике. Магнитооптический датчик основан на использовании эффекта Фарадея - свойстве магнитного поля вращать плоскость поляризации света, проходящего сквозь чувствительный элемент, изготовленный из магнитооптического материала. Также хорошо известно применение оптического волокна в качестве чувствительного элемента магнитооптического датчика. It is well known to use a magneto-optical sensor for measuring electric current in the electric power industry. The magneto-optical sensor is based on the use of the Faraday effect - the property of a magnetic field to rotate the plane of polarization of light passing through a sensitive element made of magneto-optical material. The use of optical fiber as a sensing element of a magneto-optical sensor is also well known.

Известен поляризационный датчик электрического тока [1], состоящий из источника оптического излучения, который через поляризатор оптически подключен к входу чувствительного элемента в виде оптического волокна, намотанного на токопровод с измеряемым током. Выход чувствительного элемента оптически подключен к входу анализатора в виде призмы Волластона, расщепляющей пучок на два пучка с взаимно ортогональными линейными поляризациями. Выходы анализатора оптически подключены к входам фотоприемного блока, выход которого подключен к регистратору. Если величина угла между поляризатором и призмой Волластона составляет 45o, фотоприемный блок формирует на своем выходе сигнал, описываемый формулой
Uвых = k • sin (2V•I), (1)
где k - постоянная величина, определяемая выполнением фотоприемного блока, V - постоянная Верде, I - измеряемый ток. Так как область однозначности синуса равна π/2, то максимально измеряемая сила тока Imax в силу формулы (1) равна
Iмах= 0.25 π V. (2)
Постоянная Верде V в материале оптического волокна, как правило, составляет V ≈ 4.6 • 10-6 Рад/A, в этом случае максимальный измеряемый ток будет равен Iмах= 1.7•105 A, что ниже требуемого.
Known polarizing electric current sensor [1], consisting of an optical radiation source, which through a polarizer is optically connected to the input of the sensing element in the form of an optical fiber wound around a current-conducting conductor with a measured current. The output of the sensor is optically connected to the analyzer input in the form of a Wollaston prism, splitting the beam into two beams with mutually orthogonal linear polarizations. The analyzer outputs are optically connected to the inputs of the photodetector unit, the output of which is connected to the recorder. If the angle between the polarizer and the Wollaston prism is 45 o , the photodetector unit generates at its output a signal described by the formula
U O = k • sin (2V • I ), ( 1)
where k is a constant value determined by the implementation of the photodetector unit, V is the Verdet constant, I is the measured current. Since the region of unambiguity of the sine is π / 2, the maximum measured current strength I max , by virtue of formula (1), is
I max = 0.25 π V. (2)
The Verdet constant V in the material of the optical fiber, as a rule, is V ≈ 4.6 • 10 -6 Rad / A, in this case the maximum measured current will be I max = 1.7 • 10 5 A, which is lower than the required.

Известно устройство для измерения сверхбольших токов [2], содержащее n магнитооптических датчиков с чувствительным элементом в виде протяженного световода из магнитооптического материала и измерительно-вычислительный блок. Положение оптического входа световода каждого из n магнитооптических датчиков совпадает с оптическим выходом световода соседнего датчика таким образом, что световоды всех датчиков образуют замкнутый односвязный контур, охватывающий только токопровод с измеряемым током, а выходы n магнитооптических датчиков соединены с соответствующими им входами измерительно-вычислительного блока, число n выбирается из условия n > 4V•Imaxπ, где V - постоянная Верде материала световода, Imax - максимальный измеряемый ток, а измерительно-вычислительный блок выполнен с возможностью реализации функции

Figure 00000002
,
где I - измеряемый ток; Uout k - выходной сигнал с k-го магнитооптического датчика. Недостатком данного устройства является то, что для измерения тока 108A необходимо использовать ~ 600 магнитооптических датчиков, что сильно усложняет конструкцию.A device for measuring ultra-large currents [2], containing n magneto-optical sensors with a sensitive element in the form of an extended fiber from a magneto-optical material and a measuring and computing unit. The position of the optical input of the fiber of each of the n magneto-optical sensors coincides with the optical output of the fiber of the neighboring sensor in such a way that the fibers of all the sensors form a closed, simply connected circuit, covering only the current-carrying conductor with the measured current, and the outputs of the n magneto-optical sensors are connected to the corresponding inputs of the measuring and computing unit, the number n is selected from the condition n> 4V • I max π, where V is the Verde constant of the fiber material, I max is the maximum measured current, and the measuring and computing unit configured to implement a function
Figure 00000002
,
where I is the measured current; U out k is the output signal from the k-th magneto-optical sensor. The disadvantage of this device is that for measuring the current 10 8 A it is necessary to use ~ 600 magneto-optical sensors, which greatly complicates the design.

Для регистрации формы сигнала используются аналоговые и цифровые осциллографы, например цифровой регистратор СРГ8. Однако они могут запоминать форму сигнала, преобразованного в напряжение. Поэтому при регистрации формы импульсов сверхбольших токов необходимо преобразование силы тока в напряжение, что и является задачей предлагаемого изобретения. To register the waveform, analog and digital oscilloscopes are used, for example, a digital recorder SRG8. However, they can remember the shape of the signal converted to voltage. Therefore, when registering the shape of pulses of extra-large currents, it is necessary to convert the current strength to voltage, which is the object of the present invention.

Наиболее близким к заявляемому является волоконно-оптическое устройство для измерения сверхбольших импульсных токов, содержащее волоконно-оптический измерительный блок и регистратор [3]. Волоконно-оптический измерительный блок содержит источник светового излучения, который через поляризатор оптически подключен к входу чувствительного элемента, выполненного в виде оптического волокна, намотанного на токопровод с измеряемым током. Выход чувствительного элемента подключен к входу оптического делителя, выходы которого подключены к первой и второй призмам Волластона, два выхода каждой из которых являются выходами волоконно оптического измерительного блока. На выходах волоконно-оптического измерительного блока формируются сигналы, световая мощность которых пропорциональна: 1) 1+sin 2VI; 2) 1-sin 2VI; 3) 1+cos 2VI; 4) 1-cos 2VI. В прототипе выходы первой и второй призм Волластона подключены соответственно к оптическим входам первого и второго, третьего и четвертого фотоприемников. Выходы первого и второго фотоприемников подключены к входам первого аналогового электронного блока, а выходы третьего и четвертого фотоприемников подключены соответственно к входам второго аналогового электронного блока. Выходы первого и второго аналоговых электронных блоков подключены к входам первого и второго аналого-цифровых регистраторов, выходы которых подключены к компьютеру. Угол между входным поляризатором и первой призмой Волластона составляет 45o и с выхода первого аналогового электронного блока снимается сигнал, определяемый формулой Uвых1 = k • sin(2V•I), (3), где k - параметр, определяемый реализацией схемы аналогового электронного блока.Closest to the claimed is a fiber-optic device for measuring ultra-large pulsed currents, containing a fiber-optic measuring unit and a recorder [3]. The fiber-optic measuring unit contains a light source that is optically connected through the polarizer to the input of the sensing element, made in the form of an optical fiber wound around a current-conducting conductor with a measured current. The output of the sensor is connected to the input of the optical divider, the outputs of which are connected to the first and second prisms of Wollaston, the two outputs of each of which are the outputs of the fiber-optic measuring unit. At the outputs of the fiber-optic measuring unit, signals are generated whose light power is proportional to: 1) 1 + sin 2VI; 2) 1-sin 2VI; 3) 1 + cos 2VI; 4) 1-cos 2VI. In the prototype, the outputs of the first and second prisms of Wollaston are connected respectively to the optical inputs of the first and second, third and fourth photodetectors. The outputs of the first and second photodetectors are connected to the inputs of the first analog electronic unit, and the outputs of the third and fourth photodetectors are connected to the inputs of the second analog electronic unit. The outputs of the first and second analog electronic units are connected to the inputs of the first and second analog-to-digital recorders, the outputs of which are connected to a computer. The angle between the input polarizer and the first Wollaston prism is 45 o and a signal is determined from the output of the first analog electronic unit, defined by the formula U o1 = k • sin (2V • I), (3), where k is the parameter determined by the implementation of the circuit of the analog electronic unit .

Вторая призма Волластона повернута относительно первой на угол 45o и со второго аналогового электронного блока снимается сигнал, определяемый формулой Uвых2 = k • cos (2V•I), (4). Регистратор фиксирует сигналы с первого и второго аналоговых электронных блоков, а компьютер по измеренным значениям Uвых1 и Uвых2 может вычислить форму измеряемого импульсного тока I при любых значениях его амплитуды. (В данном случае используется регистратор, способный запоминать форму сигнала в цифровом или аналоговом виде).The second Wollaston prism is rotated relative to the first by an angle of 45 o and a signal is determined from the second analog electronic unit, which is determined by the formula U out2 = k • cos (2V • I), (4). The recorder captures the signals from the first and second analog electronic units, and the computer can calculate the shape of the measured pulse current I at any values of its amplitude from the measured values of U o1 and U oo2 . (In this case, a recorder is used that can memorize the waveform in digital or analog form).

Недостатками данного устройства являются высокие требования к частотной полосе регистраторов, необходимость использования двух аналого-цифровых регистраторов. The disadvantages of this device are the high requirements for the frequency band of the recorders, the need to use two analog-to-digital recorders.

Так, длительность фронта сигналов tф', описываемых формулой (3) или (4), можно оценить по упрощенной формуле tф' = π• tф/(4V • Imax), (5), где tф - длительность фронта импульса измеряемого тока; Imax - амплитуда измеряемого тока. При длительности фронта импульса тока 1 мкс и амплитуде 108 A необходимо регистрировать двуполярные сигналы с длительностями фронтов 3 нс, что соответствует необходимости увеличить частотную полосу пропускания аналого-цифровых регистраторов с 350 кГц до 120 Мгц.So, the signal front duration t f 'described by formula (3) or (4) can be estimated using the simplified formula t f ' = π • t f / (4V • I max ), (5), where t f is the front duration pulse of the measured current; I max - the amplitude of the measured current. With a current front duration of 1 μs and an amplitude of 10 8 A, it is necessary to register bipolar signals with front durations of 3 ns, which corresponds to the need to increase the frequency bandwidth of analog-to-digital recorders from 350 kHz to 120 MHz.

Техническими результатами, обеспечиваемыми заявляемым изобретением, являются снижение частотной полосы сигналов, поступающих на вход регистратора, т. е. снижение требований к регистратору, и упрощение устройства благодаря сокращению числа регистраторов в два раза. The technical results provided by the claimed invention are to reduce the frequency band of the signals received at the input of the recorder, i.e., reduce the requirements for the registrar, and simplify the device by reducing the number of registrars by half.

Технический результат достигается тем, что волоконно-оптическое устройство для измерения сверхбольших импульсных токов, содержащее волоконно-оптический измерительный блок и регистратор, дополнительно содержит аналоговый дифференциально-интегрирующий блок, два входа которого подключены к соответствующим выходам волоконно-оптического измерительного блока, а выход - к входу регистратора. The technical result is achieved in that the fiber-optic device for measuring ultra-large pulsed currents, comprising a fiber-optic measuring unit and a recorder, further comprises an analog differential integrating unit, two inputs of which are connected to the corresponding outputs of the fiber-optic measuring unit, and the output to the input of the registrar.

Технический результат в устройстве обеспечивается также тем, что аналоговый дифференциально-интегрирующий блок содержит два дифференциатора, два умножителя, сумматор, интегратор, причем первый вход аналогового дифференциально-интегрирующего блока подключен к первому входу второго умножителя и через первый дифференциатор - к второму входу первого умножителя, второй вход аналогового дифференциально-интегрирующего блока подключен к первому входу первого умножителя и через второй дифференциатор - к второму входу второго умножителя, прямой выход первого и инвертированный выход второго умножителя подключены к входам сумматора, выход которого подключен через интегратор к выходу аналогового дифференциально-интегрирующего блока. The technical result in the device is also ensured by the fact that the analog differential integrating unit contains two differentiators, two multipliers, an adder, an integrator, and the first input of the analog differential integrating unit is connected to the first input of the second multiplier and through the first differentiator to the second input of the first multiplier, the second input of the analog differential integrating unit is connected to the first input of the first multiplier and through the second differentiator to the second input of the second multiplier, pr my first output and an inverted output of the second multiplier connected to inputs of an adder whose output is connected via an integrator to the output of the analog differential integrating unit.

Технический результат в устройстве обеспечивается также тем, что аналоговый дифференциально-интегрирующий блок содержит дифференциатор, два умножителя, интегратор, сумматор, причем первый вход аналогового дифференциально-интегрирующего блока подключен к первым входам первого и второго умножителя, а второй вход аналогового дифференциально-интегрирующего блока подключен к второму выходу первого умножителя и через дифференциатор к второму входу второго умножителя, прямой выход первого умножителя подключен к первому входу сумматора, инвертированный выход второго умножителя подключен через интегратор к второму входу сумматора, выход которого является выходом аналогового дифференциально-интегрирующего блока. The technical result in the device is also ensured by the fact that the analog differential integrating unit contains a differentiator, two multipliers, an integrator, an adder, the first input of the analog differential integrating unit connected to the first inputs of the first and second multipliers, and the second input of the analog differential integrating unit to the second output of the first multiplier and through the differentiator to the second input of the second multiplier, the direct output of the first multiplier is connected to the first input of the adder, nvertirovanny output of the second multiplier is connected via an integrator to a second input of the adder whose output is the output of the analog differential integrating unit.

Существо изобретения заключается в преобразовании двух высокочастотных сигналов в один сигнал с частотной полосой, совпадающей с частотной полосой измеряемого тока, и линейно зависящий от измеряемого тока. Это позволяет использовать один регистратор (а в прототипе - два) и, кроме того, снизить требования к частотной полосе регистратора, что существенно упрощает предлагаемое устройство. The invention consists in converting two high-frequency signals into a single signal with a frequency band matching the frequency band of the measured current, and linearly dependent on the measured current. This allows you to use one registrar (and in the prototype - two) and, in addition, reduce the requirements for the frequency band of the registrar, which greatly simplifies the proposed device.

На фиг.1 приведена функциональная схема волоконно-оптического устройства для измерения сверхбольших импульсных токов. На фиг.2 и 3 приведены функциональные схемы выполнения аналогового дифференциально-интегрирующего блока. На фиг. 4 приведены эпюры сигналов измеряемого тока с выходов волоконно-оптического измерительного блока и выхода аналогового дифференциально-интегрирующего блока. Figure 1 shows a functional diagram of a fiber optic device for measuring ultra-large pulsed currents. Figure 2 and 3 shows the functional diagrams of the implementation of the analog differential integrating unit. In FIG. Figure 4 shows the plots of the signals of the measured current from the outputs of the fiber-optic measuring unit and the output of the analog differential integrating unit.

Волоконно-оптическое устройство для измерения сверхбольших импульсных токов состоит из волоконно-оптического измерительного блока 1, аналогового дифференциально-интегрирующего блока 2 и регистратора 3. A fiber optic device for measuring ultra-large pulsed currents consists of a fiber optic measuring unit 1, an analog differential integrating unit 2 and a recorder 3.

Аналоговый дифференциально-интегрирующий блок 2 может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.2. В этом случае он состоит из дифференциаторов 4, 5, умножителей 6, 7, сумматора 8, интегратора 9. Первый вход аналогового дифференциально-интегрирующего блока 2 подключен к входу дифференциатора 4 и к одному из входов умножителя 7. Второй вход аналогового дифференциально-интегрирующего блока 2 подключен к входу дифференциатора 5 и к одному из входов умножителя 6. Выходы дифференциаторов 4,5 подключены к другим входам умножителей 7,6 соответственно. Выходы умножителей подключены к прямому и инвертирующему входам сумматора 8, выход которого через интегратор 9 подключен к выходу аналогового дифференциально-интегрирующего блока 2. Analog differential integrating unit 2 can be performed according to the circuit shown in figure 2. In this case, it consists of differentiators 4, 5, multipliers 6, 7, adder 8, integrator 9. The first input of the analog differential integrating unit 2 is connected to the input of the differentiator 4 and to one of the inputs of the multiplier 7. The second input of the analog differential integrating unit 2 is connected to the input of the differentiator 5 and to one of the inputs of the multiplier 6. The outputs of the differentiators 4,5 are connected to the other inputs of the multipliers 7,6, respectively. The outputs of the multipliers are connected to the direct and inverting inputs of the adder 8, the output of which through the integrator 9 is connected to the output of the analog differential integrating unit 2.

Аналоговый дифференциально-интегрирующий блок 2 может быть выполнен и по схеме, приведенной на фиг.3. В этом случае он состоит из дифференциатора 10, умножителей 11, 12, интегратора 13 и блока вычитания 14. Первый вход аналогового дифференциально-интегрирующего блока 2 подключен к первому входу умножителя 11 и второму входу умножителя 12. Второй вход аналогового дифференциально-интегрирующего блока 2 подключен к второму входу умножителя 11 и через дифференциатор 10 - к первому входу умножителя 12. Выход умножителя 11 подключен к прямому входу сумматора 14, к инвертирующему входу подключен через интегратор 13 выход умножителя 12. Выход сумматора 14 является выходом аналогового дифференциально-интегрирующего блока 2. Analog differential integrating unit 2 can be performed according to the circuit shown in figure 3. In this case, it consists of a differentiator 10, multipliers 11, 12, an integrator 13, and a subtraction unit 14. The first input of the analog differential integrating unit 2 is connected to the first input of the multiplier 11 and the second input of the multiplier 12. The second input of the analog differential integrating unit 2 is connected to the second input of the multiplier 11 and through the differentiator 10 to the first input of the multiplier 12. The output of the multiplier 11 is connected to the direct input of the adder 14, the output of the multiplier 12 is connected through the integrator 13. The output of the adder 14 is I Analog output differential integrator unit 2.

В качестве волоконно-оптического блока 1 может быть взят, например, волоконно-оптический датчик тока, описанный в прототипе. Аналоговый дифференциально-интегрирующий блок может быть построен из элементов, описанных в [4]. As the fiber optic unit 1 can be taken, for example, the fiber optic current sensor described in the prototype. An analog differential integrating unit can be constructed from the elements described in [4].

В качестве регистратора может быть взят любой цифровой или запоминающий аналоговый осциллограф с полосой пропускания более 1 МГц, например цифровой осциллограф СРГ8, выпускаемый НИИ импульсной техники. Any digital or storage analog oscilloscope with a bandwidth of more than 1 MHz can be taken as a recorder, for example, a SRG8 digital oscilloscope manufactured by the Scientific Research Institute of Pulse Technology.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. The work of the proposed device is as follows.

При воздействии измеряемого тока I с формой импульса, приведенной на фиг. 4а, на волоконно-оптический измерительный блок на его выходах формируются сигналы U1 и U2, описываемые формулами (3),(4) и изображенные на фиг.4б и в. Эти сигналы поступают на первый и второй входы аналогового дифференциально-интегрирующего блока 2, на выходе которого формируется сигнал U, определяемый по формуле U= A•I+B, (6), где A, B - параметры, определяемые реализацией схемы дифференциально-интегрирующего блока 2. Полученный сигнал U, форма которого приведена на фиг.4г, запоминается регистратором 3.When exposed to the measured current I with the pulse shape shown in FIG. 4a, signals U 1 and U 2 , described by formulas (3), (4) and depicted in FIGS. 4b and c, are formed on the fiber-optic measuring unit at its outputs. These signals are fed to the first and second inputs of an analog differential integrating block 2, the output of which is formed by a signal U, defined by the formula U = A • I + B, (6), where A, B are the parameters determined by the implementation of the differential integrating circuit block 2. The received signal U, the form of which is shown in Fig.4g, is stored by the recorder 3.

Работа дифференциально-интегрирующего блока 2, выполненного по схеме, приведенной на фиг.2, описывается следующим образом. Сигнал U1, поступающий на первый вход дифференциально-интегрирующего блока, дифференцируется на дифференциаторе 4 и в результате получается сигнал U1':

Figure 00000003
.The operation of the differential integrating unit 2, made according to the circuit shown in figure 2, is described as follows. The signal U 1 supplied to the first input of the differential integrating unit is differentiated on the differentiator 4 and as a result the signal U 1 'is obtained:
Figure 00000003
.

Аналогично, сигнал U2 дифференцируется на дифференциаторе 5 и в результате получается сигнал U2':

Figure 00000004
.Similarly, the signal U 2 differentiates on the differentiator 5 and the result is a signal U 2 ':
Figure 00000004
.

На умножителе 6 производится перемножение сигналов U1' и U2, при этом на его выходе образуется сигнал Uх1, описываемый формулой

Figure 00000005
.The multiplier 6 multiplies the signals U 1 'and U 2 , while at its output a signal U x1 is generated, which is described by the formula
Figure 00000005
.

На умножителе 7 производится перемножение сигналов U2' и U1, при этом на его выходе образуется сигнал Ux2, описываемый формулой

Figure 00000006
.The multiplier 7 multiplies the signals U 2 'and U 1 , while at its output a signal U x2 is generated, which is described by the formula
Figure 00000006
.

На сумматоре 8 производится суммирование сигнала Ux1 и инвертированного сигнала Ux2 и на его выходе образуется сигнал, определяемый формулой

Figure 00000007
.The adder 8 is a summation of the signal U x1 and the inverted signal U x2 and at its output a signal is defined by the formula
Figure 00000007
.

На интеграторе 9 сигнал UΣ интегрируется, вследствие чего на его выходе образуется сигнал U, описываемый формулой U=2V•(I(t)-I0), где I0 - значение тока в начальный момент времени, которое считается известным.On the integrator 9, the signal U Σ is integrated, as a result of which a signal U is generated at its output, which is described by the formula U = 2V • (I (t) -I 0 ), where I 0 is the current value at the initial time, which is considered known.

Работа дифференциально-интегрирующего блока 2, выполненного по схеме, приведенной на фиг.3, описывается следующим образом. На первый и второй входы дифференциально-интегрирующего блока 2 поступают соответствующие сигналы U1, U2, определяемые по формулам (3),(4). Сигналы U1 и U2 перемножаются на умножителе 11 и на его выходе образуется сигнал Ux1, описываемый формулой

Figure 00000008
.The operation of the differential integrating unit 2, made according to the circuit shown in figure 3, is described as follows. The first and second inputs of the differential integrating unit 2 receive the corresponding signals U 1 , U 2 determined by formulas (3), (4). The signals U 1 and U 2 are multiplied by the multiplier 11 and the signal U x1 is formed at its output, described by the formula
Figure 00000008
.

Сигнал U2 дифференцируется на дифференциаторе 10 и в результате получается сигнал U2':

Figure 00000009

После перемножения сигналов U2' и U1 на умножителе 12 на его выходе образуется сигнал Ux2 описываемый формулой
Figure 00000010

На интеграторе 13 производится интегрирование сигнала Ux2 и усиление проинтегрированного сигнала в два раза, в результате чего на ее выходе образуется сигнал Ui:
Figure 00000011

Сигналы Ux1 и Ui поступают на прямой и инвертирующий входы сумматора 14, где осуществляется вычитание из Ux1 Ui и на его выходе образуется выходной сигнал U, описываемый формулой
Figure 00000012

Использование аналогового дифференциально-интегрирующего блока 2 позволяет преобразовать два высокочастотных сигнала с волоконно-оптического блока в один сигнал с частотной полосой, совпадающей с частотной полосой измеряемого тока, так как с выхода этого блока идет сигнал, линейно зависящий от измеряемого тока.The signal U 2 is differentiated on the differentiator 10 and the result is a signal U 2 ':
Figure 00000009

After multiplying the signals U 2 'and U 1 on the multiplier 12 at its output, a signal U x2 is generated described by the formula
Figure 00000010

On the integrator 13, the signal U x2 is integrated and the integrated signal is amplified twice, as a result of which the signal U i is generated at its output:
Figure 00000011

The signals U x1 and U i are fed to the direct and inverting inputs of the adder 14, where subtraction from U x1 U i is carried out and an output signal U is generated at its output, which is described by the formula
Figure 00000012

Using an analog differential integrating unit 2 allows you to convert two high-frequency signals from a fiber-optic unit into a single signal with a frequency band that coincides with the frequency band of the measured current, since the output of this block is a signal that linearly depends on the measured current.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом значительно проще, т.к. в нем благодаря введенному блоку обеспечены условия для использования одного регистратора с пониженными требованиями к частотной полосе. В прототипе использованы два регистратора с повышенными требованиями к частотной полосе. Thus, the proposed device in comparison with the prototype is much simpler, because thanks to the introduced unit, the conditions for using one recorder with reduced requirements for the frequency band are provided in it. The prototype used two registrars with increased requirements for the frequency band.

Литература
1. Бусурин В. И. , Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применения. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 85.
Literature
1. Busurin V.I., Nosov Yu.R. Fiber optic sensors: physical fundamentals, calculation and application issues. - M .: Energoatomizdat, 1990, p. 85.

2. Устройство для измерения сверхбольших токов. Заявка на изобретение N 97110903 от 26.06.97. Решение о выдаче патента 25.2.98. 2. Device for measuring ultra-large currents. Application for invention N 97110903 from 06/26/97. The decision to grant a patent on 25.2.98.

3. Lassing H.S., Oomens A.A.M. and Woltjer R. Rev. Sci. Instrum. 57, p. 851 (1986) (прототип). 3. Lassing H.S., Oomens A.A.M. and Woltjer R. Rev. Sci. Instrum. 57, p. 851 (1986) (prototype).

4. Кауфман М. , Сидман А. Практическое руководство по расчетам схем в электронике. Справочник, т. 1. - М.: Энергоатомиздат, 1991, с. 249-255. 4. Kaufman M., Sidman A. A practical guide to the calculation of circuits in electronics. Handbook, t. 1. - M .: Energoatomizdat, 1991, p. 249-255.

Claims (3)

1. Волоконно-оптическое устройство для регистрации формы импульсов сверхбольших токов, содержащее волоконно-оптический измерительный блок и регистратор, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит аналоговый дифференциально-интегрирующий блок, два входа которого подключены к выходам волоконно-оптического измерительного блока соответственно, а выход - к входу регистратора, способного запомнить форму сигнала в цифровом или аналоговом виде. 1. Fiber-optic device for recording the shape of pulses of extra-large currents, containing a fiber optic measuring unit and a registrar, characterized in that the device further comprises an analog differential integrating unit, two inputs of which are connected to the outputs of the fiber-optic measuring unit, respectively, and the output - to the input of the recorder, capable of remembering the waveform in digital or analog form. 2. Волоконно-оптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что аналоговый дифференциально-интегрирующий блок содержит два дифференциатора, два умножителя, сумматор, интегратор, причем первый вход аналогового дифференциально-интегрирующего блока подключен к первому входу второго умножителя и через первый дифференциатор к второму входу первого умножителя, второй вход аналогового дифференциально-интегрирующего блока подключен к первому входу первого умножителя и через второй дифференциатор к второму входу второго умножителя, прямой выход первого и инвертированный выход второго умножителей подключены к входам сумматора, выход которого подключен через интегратор к выходу аналогового дифференциально-интегрирующего блока. 2. The fiber optic device according to claim 1, characterized in that the analog differential integrating unit contains two differentiators, two multipliers, an adder, an integrator, and the first input of the analog differential integrating unit is connected to the first input of the second multiplier and through the first differentiator to the second input of the first multiplier, the second input of the analog differential integrating unit is connected to the first input of the first multiplier and through the second differentiator to the second input of the second multiplier, direct to The output of the first and the inverted output of the second multiplier are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected through the integrator to the output of the analog differential integrating unit. 3. Волоконно-оптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что аналоговый дифференциально-интегрирующий блок содержит дифференциатор, два умножителя, интегратор, сумматор, причем первый вход аналогового дифференциально-интегрирующего блока подключен к первым входам первого и второго умножителей, а второй вход аналогового дифференциально-интегрирующего блока подключен к второму выходу первого умножителя и через дифференциатор к второму входу второго умножителя, прямой выход первого умножителя подключен к первому входу сумматора, инвертированный выход второго умножителя через интегратор - к второму входу сумматора, выход которого является выходом аналогового дифференциально-интегрирующего блока. 3. The fiber optic device according to claim 1, characterized in that the analog differential integrating unit contains a differentiator, two multipliers, an integrator, an adder, and the first input of the analog differential integrating unit is connected to the first inputs of the first and second multipliers, and the second input analog differential integrating unit is connected to the second output of the first multiplier and through the differentiator to the second input of the second multiplier, the direct output of the first multiplier is connected to the first input of the adder, in ertirovanny output of the second multiplier through the integrator - to the second input of the adder whose output is the output of the analog differential integrating unit.
RU98123872A 1998-12-25 1998-12-25 Fiber-optical device to register shape of pulses of superheavy currents RU2158428C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98123872A RU2158428C2 (en) 1998-12-25 1998-12-25 Fiber-optical device to register shape of pulses of superheavy currents

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98123872A RU2158428C2 (en) 1998-12-25 1998-12-25 Fiber-optical device to register shape of pulses of superheavy currents

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2158428C2 true RU2158428C2 (en) 2000-10-27
RU98123872A RU98123872A (en) 2000-12-27

Family

ID=20214121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98123872A RU2158428C2 (en) 1998-12-25 1998-12-25 Fiber-optical device to register shape of pulses of superheavy currents

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2158428C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LASSING H.S. et al. Rev.Sci.Instrum. - 57, 1986, p.851. БУСУРИН В.И. и др. Волоконно-оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применения. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с.85-87. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4539521A (en) Magnetic field measuring device
EP0254396A1 (en) A direct current magneto-optic current transformer
JPH0670651B2 (en) Method and device for measuring electric and magnetic quantities by light
JPS608756A (en) Electronic control circuit
RU2158428C2 (en) Fiber-optical device to register shape of pulses of superheavy currents
JPH0298671A (en) Voltage measuring instrument
Li et al. Optical voltage sensor using a pulse-controlled electrooptic quarter waveplate
KR100452301B1 (en) The Apparatus and Method for Simultaneous Measurement of Current and Voltage Using Optic Fiber
Hebner et al. Improved techniques for the measurement of high-voltage impulses using the electrooptic Kerr effect
JP2996775B2 (en) Optical magnetic field sensor
RU2208798C1 (en) Facility measuring heavy currents
RU2120128C1 (en) Device for measuring of superstrong currents
HuanDou et al. A novel demodulation method for the Sagnac interferometric fiber current sensor
JPH02143173A (en) Optical dc transformer
SU1087929A1 (en) Magnetic optical meter of pulsed magnetic field induction maximum values
SU1352380A1 (en) Magnetooptic meter of current periodic pulse parameters
SU883822A1 (en) Magnetic optical hysteriograph
SU1262392A1 (en) Magnetooptical method for measuring current and device for effecting same
Sharma et al. Efficient and Accurate Optical Signal Processing and Digitization System for High Speed Data Acquisition and Analysis
SU1557490A1 (en) Device for measuring polarizing characteristics
SU1081579A1 (en) Magneto-optical hysteriograph
RU62713U1 (en) INFORMATION AND MEASURING DEVICE FOR MAGNETIC FIELD AND ELECTRIC CURRENT CONTROL
US3668530A (en) Apparatus for electronically evaluating signals in mutual phase-quadrature
SU1705786A1 (en) Method of determining characteristics of magnetooptic converter
JPH0462356B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20081226