ИЗМЕРЕНИЕ ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СПОСОБОМ ПРИ ПОМОЩИ ЯЧЕЙКИ КЕРРА И СВЕТОПРОВОДА
Иногда импульсное напряжение, подлежащее измерению, подается на два зажима и между ними и землей имеется определенная разность потенциалов. Может быть также, что схема уже заземлена в другом месте или во время подачи импульса потенциал земли в рабочей цепи повышается, создавая разность потенциалов между землей рабочей цепи и землей измерительной цепи. В том и другом случаях потенциалы обоих зажимов отличаются от потенциала земли измерительной цепи и эта разность потенциалов проявляется в виде синфазного сигнала помех. Для его подавления можно, как это было рассмотрено ранее, с успехом использовать дифференциальный усилитель. При этом предполагается, что коэффициент синфазного подавления для амплитуды и частоты синфазного сигнала имеет достаточную величину. При синфазных сигналах с большой амплитудой необходимо перед входом дифференциального усилителя включать широкополосный делитель напряжения, который из-за своей неизбежной несимметрии сильно снижает коэффициент синфазного подавления, в частности, при высоких частотах. При малом коэффициенте синфазного подавления или там, где описанные выше способы подавления напряжения помех недостаточны, можно применить принцип электрического разделения рабочей и измерительной цепи, показанный на рис. 62 [Л. 24, 110]. Импульсы напряжения, подлежащие измерению, подают на зажимы ячейки Керра 1 [Л. 111 —114]. Оба поляризатора 2 скрещены, так что ячейка Керра заперта. Перед ячейкой находится источник света 3, питаемый постоянным напряжением. Луч света от этого источника направлен на переднюю сторону ячейки. Импульс напряжения, снимаемый с точек 4, создает между электродами ячейки Керра изменяющееся во времени электрическое поле, которое придает электрически поляризуемой жидкости, находящейся внутри ячейки, свойства двойного преломления и приводит тем самым к повороту плоскости поляризации. В зависимости от амплитуды приложенного напряжения устройство отпирается в большей или меньшей степени.
Рис. 62. Измерение высоких импульсных напряжений электрооптическим способом при помощи ячейки Керра и светопровода [Л. 24].
Рис. 63. Ячейка Керра для импульсных напряжений
Выходящий из ячейки луч света по светопроводу 5 передастся на катод фотоумножителя 6 и затем фиксируется электроннолучевым осциллографом 7. Светопровод (волоконная оптика) состоит из большого числа плотно спрессованных параллельных стеклянных волокон (несколько сот тысяч волокон на 1 см2). Каждое отдельное волокно окружено тонкой оболочкой из материала с небольшим коэффициентом преломления. Свет, падающий на торцевую поверхность волокна, вследствие полного внутреннего отражения от граничной поверхности между оптически более плотным материалом стеклянного волокна и материалом изолирующей оболочки проходит вдоль волокна и выходит из противолежащей торцевой поверхности. Хорошая электрическая прочность стекла обеспечивает изоляцию измерительного прибора от высокого напряжения.
Электроннолучевой осциллограф вместе с фотоэлектронным умножителем помещают в экранированной измерительной кабине 8 с сетевой блокировкой, что обеспечивает защиту от помех, поступающих по проводам либо индуцируемых в измерительной цепи. Наводки от тока в оболочке кабеля и электрических измерительных проводах здесь совершенно отпадают. Искровой промежуток 9 защищает ячейку от опасного повышения напряжения.
Ячейки Керра в настоящее время изготовляются для импульсных напряжений от нескольких десятков до 500 кВ (Л. 27] (рис. 63).
Ёмкость ячеек Керра порядка нескольких пикофарад, так что их подключение незначительно влияет на измеряемую цепь. Недостаток этого способа измерения состоит в том, что интенсивность луча света оказывается нелинейной
где Iо — интенсивность немодулированного луча света; k — постоянная Керра; l — длина пути света в ячейке Керра; Е — вектор напряженности электрического поля.
Поэтому полученные осциллограммы приходится расшифровывать графическим способом (Л. 25—27]. Погрешность при измерениях амплитудных значений не превышает нескольких десятых долей процента.
