DE2549497A1 - Verfahren zur uebertragung physikalischer messgroessen - Google Patents

Verfahren zur uebertragung physikalischer messgroessen

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DE2549497A1
DE2549497A1 DE19752549497 DE2549497A DE2549497A1 DE 2549497 A1 DE2549497 A1 DE 2549497A1 DE 19752549497 DE19752549497 DE 19752549497 DE 2549497 A DE2549497 A DE 2549497A DE 2549497 A1 DE2549497 A1 DE 2549497A1
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Franz Ummen
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/24Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
    • G01R15/248Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using a constant light source and electro-mechanically driven deflectors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Description

  • Verfahren zur Übertragung physikalischer Meßgrößen
  • Die vorliegende Erfindung netrifft eine Einrichtung zur Übertragung von physikalischen Meßgrößen und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Dieses Übertragungsverfahren ist vor allem dafür bestimmt, gefahrlose Messungen mit gerigem Aufwand zum Zweck der Isolation vorzunehemen. Da in Hochvoltanlagen aus Gründen lebengefährlicher Berührungsspannungen keine drahtgebundenen Meßwertübertragungen möglich sind, bedient man sich bei den herkömmlichen Verafhren eines Meßwandlers. Der Aufwand, den die verstelLung eines solchen Übertragers erfordert, ist erheblich und hängt weitgehend von der Hohe der Betriebsspannung ab. Nachteilig sind auch die verhältnismäßig hohen Ungenauigkeiten und die kaum durchführbare Meßbereichseweiterung dieser Meßwandler. Ständige Wartung und die Nichteinsetzbarkeit in Anlagen mit Gleichspannungen beschränken um weiteres die Nutzbarkeit der Sandler.
  • Entgegen der in der Hauptanmeldung dargestellten Übertragungsmöglichkeit wird aus Gründen fehlender Durchführbarkeit in dieser Erfindung auf den Einsatz an rotierenden Maschinenelementen verzichtet. Dafür ist hier eine vereinfachte und sichere Methode zur Lichttrückführung gefunden worden, die sich vor allem durch eine höhere Auflösung der zu übertragenden Information und geringere Lichtverluste am Meßort auszeichnet.
  • Die in Fig.I dargestellte Anordung besteht aus einer Lichtquelle 1, die ein Sendelichtleiter 2 mit achsenparallelen Strahlen beschickt, dabei ist der Sendelichtleiter ein Bestandteil eines zu einem Kabel 3 zusammengefaßten Glas- oder Kunststofffaserbündels, welches für die Informationübertragung bestimmt ist und den hochspannungsführenden Meßort mit dem Lichtsendeempfänger und den nachgeschalteten Meßwertbilder verbindet. Die übrigen Lichtleiter dienen ausschließlich als Empfangslichtleiter und werden bei dieser Anordnung nur einzeln'lichtdurchflutet. Je nach Auflösung und Genauigkeit einer zu übertragenden Information kann eine beliebige Anzahl Empfangslichtleiter eingesetzt werden. Ausschglaggebend für die fehlerfreie Auswertung einer physikalischen Größe ist jedoch eine folgerichtige Anordnung der Empfangslichtleiter in der horn, daß bei kleinster zu messender Größe der zweite LIchtleiter 4 und beim Maximalwert der n-te Lichtleiter 5 lichtführend ist. Der erste Empfangslichtleiter 6 dient der Anzeigenkontrolle 7 und aaht die Wertligkeit "0"; dieses gilt insbesondere für die Üenrtragung von elektrischen Meßgrößen zur echten Nullwertbestimmung.
  • Am Meßort ist der Sendelicntleiter derart geformt, daß dieser unter Einwirkung der jeweiligen Meßgroße jeden einezlnen Empfangslichtleiter innerhalb eines ebenen Abtastsektors 8 mit dem an einen Ende emittierenden Licht anzustrahlen vermag. Der Lichtübergang vom Sendelichtleiter zu den einzelnen Empfangslichtleitern ist räumlich so eng bemessen, daß ein berührungsloses Vorbeiführen des Sendelichtleiters gewährleistet ist und dadurch erfindungsgemäß eine recht verlustarme Rückführung der Lichtenergie möglich wird. Diese Art der Lichtrückführung hat gegenüber der Methode der Einspiegelung durch einen Reflektor den Vorzug, daß ein einwandfreies Funktionieren des Übertragungssystems bei starker Vibration und schon bei geringem Lichtstrom sichergestellt werden kann. Daraus resultiert die Einsetzbarkeit von Infrarot-Lichtgebern, die einen geringen Eigenbedarf an elektrischer Energie aufweisen und einen wartungsfreien Betrieb erwarten lassen; jedoch sind für diese Betriebsart bekanntlich geeignete Lichtleiter notwendig. Eine erhöhte Divergenz des Strahlenganges am Lichtaustritt des Sendelichtleiters bleibt aufgrund des kurzen Lichtüberganges für die Informationsübertragung ohne Bedeutung.
  • Wird min einer der Empfangslichtleiter am Meßort vom Sendelichtleiter angestrahlt, so erreichen diese Lichtwellen das am anderen Ende aufgesetzte Fotoelement, wo sie durch ihr Auftreffen ein elektrisches Signal verursachsen. Der einseitige Abschluß jedes einzelnen Empfangslichtleiters durch ien "Fotoelement mit Schalter stellt die Gesamtheit des Lichtempfängers 9 dar. Die Schalter, nachstehend als Schaltstellen bezeichnet, sind dann spannungsführend, wenn die dazugehörigen Fotoelemente üner ihre Empfangslichtleiter durch Lichttastung am Meßort aktiviert werden. Für die Schaltstellen steht eine Hilfsspannung in einer Größe bereit, die an die nachgeschaltete Elektronik angepaßt und für die r,.teßsertbi].dung geeignet ist. Unter der Zuordnung einer bestimmten Wertigkeit jeder einezelnen Schaltstelle ist es möglich, aus der Information der Helltastung und der daraus resultierenden Signalisierung an der jeweiliegen Schaltstelle den zur physikalischen Meßgröße äquivalenten Meßwert abzuleiten; dieses geschieht durch den Meßwertbilder. Die Vortigkeit der zu messenden Größe nimmt zur nächst höher bezifferten Schaltstelle um je eine Größenordnung zu. An der n-ten Schalstelle, dieses entspricht am Meßort die größtmögliche Auslonkung des Sendelichtleiters, ist der zu übertragende Maximalwert vorgegeben.
  • Die Umsetzung der an den Schaltstellen vorhandenen Information geschieht um zweckmäßigsten durch das Auszählen der jenigen Schaltstelle, an der der Pegel der Hilfsppanung ansteht; alle übrigen Schaltstellen sind in einem solchen Zustand spannungslos.
  • Ein von einen Zähler 10 gesteuerter Schaltstellenwähler 11 wird in einem ständig neuen Zyklus den aktuellen Schalstellenwert ermitteln und die Zählung bei Anwahl eines Pegels beenden. Der Zählerstand kann nach Übernahme in einen Speicher 12 als Meßwert auf direktem Weg zur Anzeige 13 gebracht werden, wenn die Anzahl der Schaltstellen mit der der Gradationen in der jeweiligen technischen Einheit übereinstimmt. Hierbei ist jedoch eine lineare Lichstrahlumenkung in Abhängigkeit der zu messnden physikalischen Größe vorauszusetzen.
  • In Fig. II ist eine der möglichen Ausführungsformen der Umlenkmechanismen dargestellt, die den wesentlichen Teil der Erfidnung ausmachen. Dem Wesen nach bildet diese Anordung einen Analog/ Digital-Umsetzer ab. Diese Umsetzung geschieht mit Hilfe herkömmlicher Meßweerke, soweit es sich um die Erfassung elektrischer Größen handelt.
  • Die Figur zeigt den Aufbau mit einer Drehspule im permanenten Magnetfeld, wobei der Sendelichtleiter, der auf der Achse der Drehspule befestigt ist, mit seinem lichtemittierenden Ende in Ruhelage auf die Stirnfläche und in Achsrichtung des ersten Empfangslichtleiters gerichtet ist.
  • Das Reststück des Sendelichtleiters ist zu einer Spirale geformt, um das im Augenblick einer Umlenkung auftretende Drehmoment zu minimieren.
  • Wird die Drehspule stromdurchflossen, so führt dieses zu einer Drehbwegung, welche bei maximalem Strimfluß eine volle Umlenkung des Sendelichtleiters zur Folge hat. In dieser Stellung ist der Sendelichtleiter so positioniert, daß er dem n-ten Empfangslichtleiter gegenüber steht.
  • Durch eine exakte Geometrie kann das Ausfeinandertreffen der achsen sämtlicher Empfnagslichtleiter mit der des Sendelichtleiters nacheinander erreicht werden. Alle Enden der Empfangslichtleiter liegen zu einem Kreisbogen in einem Endstück 14 nebeneinander. Dieses Endstück, zusammen mit einem Meßwerk und daran befestigten Sendlichtleiter in einem Rahmen installiert, bildet die Einheit eines im Meßbereich belibig erweiterbaren Übertragers für Hochspannungsanlagen. Wir ein hermetisch geschlossenes Gehäuse gegen äußere Störeinflüsse, wie Atmosphäre und Fremdlicht, vorgesehen, gilt der Aufbau eines solchen Übertragers als absolut wartungsfrei. Die bisher beschriebene Ausführung, bei der eine Drehspule verwendet wird, bleibt in ihrer Anwemdung auf die iTbertragung von Gleichspannungen und- störmen beschränkt.
  • Für Wechselstrommessungen ersetzt man die Drehspule durch ein Dreheisensystem, welches sich bekanntlich für beide Stromarten eignet. Hier erfolgt die Umlekung des sendelichtleiters durch eine von der Systemachse des Dreheisenwerkes gesteuerte Mechanik, die dafür sorgt, die für das Dreheisen typische quadratische Chrakteristik zu linearisieren.

Claims (3)

  1. Patentansprüche Verfahren zur Übertragung physikalischer Größen, durchgeführt mit Hilfe einer Lichtquelle 1, deren Lichtenergle e über einen Lichtleiter 2 den hochspannungsführenden meßort zugeführt, dort von einem Meßwertgeber auf die Stirnflächen übriger Lichtleiter eines Lichtleitkabels 3 umgelenkt und einem Lichtempfänger 9 zur Auswertung zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein in seiner Ruhelage momentfreier, zu einer Spirale geformter, emittierender Lichtleiter 2 durch das Drehmoment eines Gebers 15, als Betrag des zu übertragenden Meßstromes, innerhalb eines Abtastsektors 8 derart umgelenkt' wird, daß eine beliebige Anazahl weiterer, mit Fotoelementen abegschlossene Lichtleiter, die Rückführung der auf sie treffenden Lichtenergie herebeiführt und diese zur Meßwertbildung in elektrische Signale umsetzt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein emittierender Lichtleiter 2, der in einem Abtastsektor 8 mittelbar über einen Hebelmechanismus von der Systemachse eines in seiner Auslenkung quadratischen Meß wertgebers derart umgelenkt wird, daß der Ablenkwinkel proportional zur Meßgröße linear zuninmt und der Grundaufbau des Meßweretübertragers mit Lichtempfänger 9 und Meßwertbilder unverändert verwendet werden kann.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Meßort bestimmte Einheit des Übertragungssystems, bestehend aus einem Meßwertgeber und dem lichtumlenkenden Übertrager, in einem hermetischen und lichtundurchlässigen Gehäuse gegen äußere Störeinflüsse geschützt, zu einem wartungsfreien Gerät ausbaufähig ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0010221A1 (de) * 1978-10-12 1980-04-30 Asea Ab Faseroptisches Messgerät

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0010221A1 (de) * 1978-10-12 1980-04-30 Asea Ab Faseroptisches Messgerät

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