МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛОВ С КУБИЧЕСКОЙ СИММЕТРИЕЙ Bi₁₂SiO₂₀ И Bi₁₂GeO₂₀

Демин Андрей Николаевич, инженер, Московский государственный университет леса (Россия, Московская обл., г. Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, 1), vladismyslov@yandex.ru
Смыслов Владимир Иванович, кандидат технических наук, начальник отделения, Научно-производственное объединение измерительной техники (Россия, Московская область, г. Королев, ул. Пионерская, 2), vladismyslov@yandex.ru
Клементьев Алексей Терентьевич, кандидат технических наук, ведущий специалист, Научно-производственное объединение измерительной техники (Россия, Московская область, г. Королев, ул. Пионерская, 2), vladismyslov@yandex.ru

687.586.5

Актуальность и цели. Рассматривается актуальный вопрос создания волоконно-оптических датчиков электрического тока (ВОДТ). ВОДТ по сравнению с другими датчиками тока обладают рядом преимуществ, что вызывает к ним значительный практический интерес и уже обеспечивает их применение. Объектом исследования являются ВОДТ на основе кристаллов с кубической симметрией Bi₁₂SiO₂₀ и Bi₁₂GeO₂₀. Предметом исследования являются метрологические характеристики таких ВОДТ. Целью работы является анализ метрологических характеристик с точки зрения минимизации погрешностей датчиков и выработка рекомендаций по их снижению.
Материалы и методы. Последовательно рассмотрены структурная и функциональная схемы однопроходного ВОДТ на кристаллах с кубической симметрией Bi₁₂SiO₂₀ и Bi₁₂GeO₂₀, а также его метрологическая модель. Такая метрологическая модель, разработанная на основе входящих в ВОДТ функциональных элементов, погрешностей изготовления отдельных элементов и узлов ВОДТ, различных внутренних и внешних влияющих факторов, взаимосвязей и взаимовлияния всего вышеуказанного, позволила предложить и проанализировать реальную функцию преобразования ВОДТ.
Результаты. Проведенный метрологический анализ показал, что на результат измерения влияет ряд факторов, которые проявляются в виде аддитивной и мультипликативной погрешностей. При этом факторы, связанные с несовершенством технологии изготовления ВОДТ, как правило, могут быть учтены при расшифровке результатов измерений или минимизированы путем использования специальных конструктивно-технологических приемов при проектировании и изготовлении ВОДТ. Самой существенной по величине погрешностью, которую достаточно трудно устранить, является дополнительная температурная погрешность от влияния температуры внешней среды.
Выводы. На основе проведенного метрологического анализа предложен путь реализации ВОДТ с минимально возможной для такого типа датчиков погрешностью измерения. Указано, что наибольший вклад в суммарную погрешность измерения вносит дополнительная температурная погрешность от влияния температуры внешней среды. Предложены технические приемы ее уменьшения.

Ключевые слова

электрический ток, волоконно-оптический датчик, структурная схема, функциональная схема, метрологическая модель, погрешность измерения.

 Скачать статью в формате PDF

1. Окоси, Т. Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси. – Л. : Энергоатомиздат, 1990. – 256 с.
2. Удд, Э. Волоконно-оптические датчики / Э. Удд. – М. : Техносфера, 2008. – 520 с.
3. Фрайден, Дж. Современные датчики / Дж. Фрайден. – М. : Техносфера, 2006. – 592 с.
4. Бурков, В. Д. Экоинформатика: Алгоритмы, методы и технологии : моногр. / В. Д. Бурков, В. Ф. Крапивин. – М. : ГОУ ВПО МГУЛ, 2009. – 431 с.
5. Яворский, Б. М. Справочник по физике : 2-е изд., перераб. / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. – М. : Наука, 1985. – 385 с.
6. Бурков, В. Д. Научные основы создания устройств и систем волоконно-оптической техники / В. Д. Бурков, Г. А. Иванов. – М. : ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. – 332 с.
7. Пивкин, А. Г. Обобщенный подход к метрологическому анализу волоконно-оптических датчиков / Е. А. Бадеева, А. В. Гориш, А. Г. Пивкин // Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг : науч.тр. – Вып. 6. – М. : ГОУ ВПО МГУЛ, 2003. – С. 255–257.
8. Бабаев, О. Г. Методика исследования магнитооптического эффекта в кристаллах BSO для датчика магнитного поля / О. Г. Бабаев, С. А. Матюнин, Г. И. Леонович // Фотон-экспресс. – 2013. – № 6. – С. 66–67.
9. Бурков, В. Д. Теория, расчет и проектирование волоконно-оптических приборов и систем : практикум / В. Д. Бурков, В. Т. Потапов. – М. : ГОУ ВПО МГУЛ, 2011. – 82 с.
10. Отработка технологических параметров и режимов изготовления волоконно-оптических световодов методом регрессионного анализа : учебно-метод. пособие / В. Д. Бурков, В. А. Беляков, Д. А. Голодушкин, А. И. Кофанов, Д. Г. Сырейщиков. – М. : ГОУ ВПО МГУЛ, 2013. – 102 с.