Устройство для передачи и приема световых сигналов

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ., АВТОРСКОМУ ОЗИДЕТЕЛЬСТВУ Сото з СоветекмнСоцналнетнчвскннРвелттблнк щ 955165(51)М. Кл. а 08 С 23 ЛОО с присоединением заявки М 3 Ъсударствеккый кеинтет СССР пв делам иэсбретеннй н открытий(5 т) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ 1Изобретение относится к систе- .мам световых сигналов управления,в частности в высоковольтной преобразовательной технике, а именнок системам светового управления высоковольтными тиристорными вентиля 5ми (ВТВ) преобразовательных мостовэлектропередач постоянного тока высокого напряженив,Известно., что для передачи сигналов управления ВТВ с потенциала земли на высокий потенциал к каждому модулю или к каждой силовой тиристорной ячейке используются различныесистемы светового управления. 15Известна световая система помодуль.ного управления тиристорными блоками, содержащая резервированные снеобходимой. кратностью источники иприемники излучения, линзовую систему и высоковольтный .распределительный волоконный световод коллекторно- .го типа, торцы жгутов которого сопряжены с приемниками излучения. Излучение источников фокусируется опти-ческой системой на входное отверстие концентрирующего устройства, соеди" ненного со световодом коллекторного типа, находящимся на высоковольтном тиристорном блоке и разводится жгутами световода по фотоячейкам каж. дого модуля блока, Цель этого изобретения - увелицение надежности, изоляционной прочности и КОД системы 1 1.Наряду с положительными качествами система подвержена, влиянию запы-, ленности открытых элементов оптики, Не исключено влияние параэитных засветок. Возможно нарушение юстировки оптической системы под действием вибраций или механических воздействий. Эти факторы могут привести к нарушению работоспособности или к отказу системы. Кроме того, в процессе монтажа системытребуется про" тедение взаимной отттической юстиров. и компонентов системй как на потевВ Я 516циале земли так и на потенциале ВТВ,а также требуется проведение ревизий по проверке сохранности юстировки, Все это связано с затратами наобслуживание. В системе не решаетсявопрос о равномерности распределениясветового сигнала по жгутам светово. да, что снижает эФФективность исполь. зования источника излучения. Система конструктивно малопригодна для 10ВТВ, выполняемых в герметичном корпусе с изоляцией жидким или газообразном диэлектриком,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для передаци и приема световых сигналов, содержащее на передающей стороне источники излуцения,выход каждого из которых оптическисопряжен со входом световода, на приемной стороне выходы световодов церез фотоячейки соединены со входамиисполнительных .элементов, а также волокнистую матрицу, выполненную из световодов.Известное устройство обеспечиваетвозможность резервирования источникови приемников излучения2 1.Недостатками устройства являютсясложность изготовления волоконной мат30рицы в особенности для системь, имеющей большое колицество источникови приемников излуцения, низкая равномерность деления светового сигналаот каждого источника по приемникам,так как для равномерного деления тре- З 5буется принятие специальных технических решений.по обеспечению равномерной освещенности торцов входных пучков, что во многих случаях труднореализовать. Это, в конечном счете,40снинает наденность управления и эФФективность использования источниковизлучения,Цель изобретения - повышение надежности устройства и расширение егоФункциональных возможностей.Поставленная цель достигается тем,что в устройство введены отранателив виде прозрачных пластин и блокиконтроля мощности излучателя, а в оптическую линию связи вклюцен оптический смеситель, выполненный на удлиненной призме, обеспецивающей многократное отражение световых сигналовот боковых ее граней, между выходОм ыкаждого источника излучения и входом световода установлен отражательна прозрачной пластине, ось наклона 5 4которой сопряжена с входом блока контроля мощности излучателя.Корпус приемной стороны устройства заполнен жидким или газообразнымдиэлектриком, световод выполнен в виде стержня, а на вьходном торце опти"цеского смесителя установлен механический улавливатель,На Фиг, 1 и 2 показана схема устройства.Устройство содержит источники 1излучения, выполненные на оптических квантовых генераторах, волоконные световоды 2, оптический смеситель 3, световоды 1, Фотоячейки 5исполнительные элементы 6, выполненные на высоковольтных тиристорных выключателях, прозрачные пластины 7,световоды 8, блоки 9 контроля мощности излучателей, стержневой свето"вод 10, герметизирующую втулку 1,1,На потенциале земли, например вшкаФу управления, размещены дн;а истоцника 1 излучения оптического диапазона,.в качестве которых использованы полупроводниковые оптическиеквантовые генераторы (ПКГ), напри"мер, арсенидгаллиевые, работающие вимпульсном режиме, Излуцение ПКГФокусируется на торцы жгутов высоковольтного стекловолоконного световода 2. Световод содержит два жгута,по числу ПКГ, Сечение жгутов выбрано таким, чтобы все излучение ПКГФокусировалось на их торце. Длина световода и его конструкция выбираютсяиз условия обеспечения надежной элек"трицеской изоляции ВТВ, Коллекторсветовода может иметь круглое иликвадратное сечение,Торец коллектора световода 2 сопрягается разъемньм соединением сторцом оптического смесителя 3,В качестве оптического смесителяиспользуют одиночный световод в видепрямоугольной призмы квадратногосечения, Смеситель изготавливаетсяиз оптического стекла с высоким светопропусканием.Боковая поверхность смесителя мо"жет быть со светоизолирующим покрытием или без него, В последнем случаеона должна иметь минимальную площадьоптического контакта с защитным кожухом.Для конкретного случая примененияразработан оптический смеситель изстекла К 8 с размерами 66120 мм сполированными гранями. При освеще955165 5нии входного торца этого смесителяконическим пучком света с диаметромпятна на торце 2 мм и углом при вершине 40 на его выходном торце независимо от положения пятна на входном 5торце достигается однородная освещенность с неравномерностью, не превышающей 5 Ф. Это свойство позволяет.испольэовать такой смеситель в предлагаемой системе управления для сложения световых сигналов от несколькихисточников и равномерного распределения их по всем приемникам.По сравнению с волоконной матрицей, использованной в прототипе, конструкция и технология изготовленияподобного оптического смесителя значительно проще. В то же время достигается более высокая равномерностьсветоделения, не требуется равномерного освещения входных торцов жгутовсветовода 2 и упрощаются требования, к источникам излучения и к их стыковке со световодами,В отличие от концентратора, предложенного в аналоге, оптический смеситель обеспечивает гарантируемуюравномерность деления светового сигнала,Выходной торец смесителя 3 совме- з 0щается с торцом коллектора высоковольтного стекловолоконного световода 4 коллекторного типа,Световод 4 и смеситель 3 могутбыть оформлены в виде неразборной конструкции как один элемент оптическойсистемы. При этом смеситель можетбыть соединен с коллектором любымспособом, дающим хорошее светопропускание и механическую прочность,Световод 4 имеет количество жгутов, равное количеству Фотояцеек 5в элементах б. Длина жгутов выбирается минимальной, но достатоцной дляразводки их к фотоячейкам. Торцы жгу 45тов сопрягаются с оптическим входным окном Фотоприбора, использованного в фотояцейке, в качестве которогоможет быть применен фотодиод, Фототранзистор, Фоторитистор и др,Сечение жгутов световода 4, их50стыковка с фотоприбором и параметрыПКГ выбираются такими, чтобы коэффициент передачи света на цувствительную площадку фотоприбора был максимальным и чтобы на выходе жгутовмогла быть обеспечена мощность излучения, достаточная для надежногоуправления Фотоячейкой,Для обеспечения необходимой надежности Фотоячейки 5 на каждомэлементе б дублированы.В системе предусмотрены контрольмощности излучения ПКГ, производимый с помощью прозрачной пластины7, световода 8 и блока 9. Пластина7 изготовляется из оптического стекла и устанавливается между ПКГ иторцом жгута световода 2 под угломк оси излучения.Устройство работает сЛедующимобразом.Оптические квантовые генераторы1 запускаются электрическими импульсами, поступающими на их вход отсистемы управления преобразовательным мостом. Эти импульсы преобразуются ПКГ в импульсы излучения оптического диапазона. Часть излучения(1-23) отракается пластиной 7 на то .рец световода 8, по которому поступает в блок 9 контроля, По жгутамсветовода 2 излучение обоих ПКГ поступает в оптический смеситель 3,который обеспечивает равномернуюосвещенность торца коллектора световода 4 излучением от какдого ПКГ.Благодаря этому к каждой Фотоячейке 5 по одному жгуту поступаетизлучение по обоих ПКГ, т,е, обеспечивается дублирование оптическогосигнала,ботояцейка 5 преобразует световыесигналы излучения в электрические,которые поступают в схему формирования сигналов управления для силовых тиристоров модуля.На каждом модуле Фотояцейки дублированы, Такая схема резервированияисточников излучения и Фотоячеек(перекрестное дублирование) позволяет обеспецить высокую надежность световой системы управления.На Фиг, 2 приведен пример выполнения системы светового управленияВТВ с масляной изоляцией. Оптический тракт такой системы в отлицие отсистемы, приведенной на фиг. 1, до"полняется высоковольтным жесткимзакуумнопроцным световодом 10 стерв"невого типа, проходящим внутрь корпуса вентиля через направляющую и герметизирующую втулку 11, Это даетвозможность реализоват,ь герметичный ввод световода внутрь корпусаВТВ. Световод имеет сечение, оди"наковое с торцом световода 2. Накорпусе смесителя 3 устанавливает95 ся механический улавливатель, позволяющий монтировать световод 10 через направляющую игерметизирующую втулку, 11.Конструкция световода 10, .смесителя 3, световода 4 и фотояцеек 5 должна быть рассчитана для работы в масле. Принцип действия этого варианта сиатемы ветового,управления аналогичен, описанному выше.Использование предлагаемого устройства.позволяет повысить надежност светового управления вцсоковольтными тиристорными вентилями за счет обеспечения необходимой кратности резервирования простыми средствами, исключения влияния засветки и запыленности, исключения возможности нарушения юстировки оптической системы, а также за счет равномерного распределения оптического сигнала по фотоячейкам. Упроще" ние эксплуатации системы обеспечивается исключением юстировки, увеличением периода профилактического обслуживания, Предлагаемая система передачи световых сигналов управления имеет более широкую область применения, так как может быть использована для электрических аппаратов как с воздушной, так и с масляной и элегазовой изоляцией,Формула изобретения 1, Устройство для передачи и приема световых сигналов, содержащее 5165 . 8на передаЬщей стороне источники излучения, выход: каждого из которых оп"тически сопряжен с входом световода, на приемной стороне выходы свето"водов через фотоячейки соединеныс входами исполнительных элементов,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения надежности, в уст-.ройство введены отражатели в видеО прозрачных пластин и блоки контролямощности излучателя, а в оптическуюь линию связи включен оптический смеситель, выполненный на удлиненнойпризме, обеспечивающей;многократ 1 ное оТражение световых сигналов отбоковых ее граней, между выходомкаждого источника излучения и входомсветовода установлен отражатель напрозрачной пластине, ось наклона которой сопряжена с входом блока контроля мощности излучателя.2. Устройство по и, 1, о т л. ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей устройства, корпус приемной сто"роны устройства заполнен жидким илигазообразным диэлектриком, световодвыполнен в виде стержня, а на входном торце оптического смесителя установлен механический улавливатель.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРУ 540337, кл,. Н 02 Р 13/16, 1972.2. Патент США Ю 3541341,кл. 250-227, 1962 (прототип,Составитель Е.бакеевактор И,Янович Техред Е, Харитонцик Корректор Ю.Иакаренко ака л ППП Патент , .г. Ужгород, ул. Проектна Тираж ИИПИ Гбсударственного коиит по делан изобретений и отк 3035, Иоскеа, Ж., Рауаска