ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОСНОВЕ
ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ В Bi12SiO20 И Bi12GeO20

Демин Андрей Николаевич, инженер, Московский государственный университет леса (Россия, Московская обл., г. Мытищи, 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. Королёв, ул. Пионерская, 2), vladismyslov@yandex.ru
Потапов Тимофей Владимирович, кандидат физико-математических наук,старший научный сотрудник, Институт радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН (Фрязинский филиал) (Россия, Московская область, г. Фрязино, пл. Введенского 1), vladismyslov@yandex.ru

687.586.5

Актуальность и цели. Рассматривается актуальный вопрос экспериментального определения основной погрешности 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 обеспечивают их применение. Объектом исследования являются ВОДТ на основе кристаллов с кубической симметрией Bi12SiO20 и Bi12GeO20. Предметом исследования является основная погрешность измерения таких ВОДТ. Цель работы – экспериментальный анализ градуировочной характеристики и основной погрешности измерения ВОДТ.
Материалы и методы. Рассмотрена структурная схема однопроходного ВОДТ на кристаллах с кубической симметрией Bi12SiO20 и Bi12GeO20. Предложена методика и схема калибровки ВОДТ, позволяющая осуществлять построение характеристики преобразования датчика и производить анализ составляющих его основной погрешности. При калибровке ВОДТ помещается в длинный соленоид, в котором при протекании тока создается однородное магнитное поле, пропорциональное току. Величина тока в соленоиде задается и регулируется по заданной программе с помощью компьютера. Магнитное поле соленоида, пропорциональное току, измеряется ВОДТ. Его сигнал через аналого-цифровой преобразователь вводится в компьютер, где сравнивается с заданным значением тока.
Результаты. Проведенный анализ градуировочной характеристики и составляющих его основной погрешности измерения показал, что характеристика датчика является линейной. Случайные ошибки измерения ВОДТ обусловлены шумами всего измерительного канала ВОДТ: флуктуациями мощности источника излучения, шумами фотоприемного устройства, флуктуациями потерь мощности излучения в оптических волокнах и соединителях, межмодовыми шумами, возникающими в процессе распространения света в волокне. Эти шумы приводят к ограничению точности измерений. На точность измерений также влияют погрешности средств градуировки, среди которых самой существенной является погрешность квантования аналого-цифрового преобразователя. Плотность вероятности распределения измеренных значений ВОДТ токов по ансамблю независимых значений удовлетворительно описываются по законам Гаусса.
Выводы. Предложена методика и схема экспериментальных исследований основной погрешности волоконно-оптического датчика электрического тока на основе эффекта Фарадея в Bi12GeO20, которые позволяют про-водить построение градуировочной характеристики и исследование основной погрешности ВОДТ. Проанализированы причины возникновения и количественные величины составляющих основной погрешности измерений ВОДТ на основе эффекта Фарадея в Bi12GeO20. Проведенный анализ погрешностей показал, что указанные датчики могут обеспечить основную относительную погрешность измерения электрического тока, не превышающую ±1 %. Для снижения основной погрешности измерения ВОДТ необходимо применять специальные дополнительные меры, относящиеся как к конструктивным, так и к технологическим приемам уменьшения основной погрешности.

Ключевые слова

электрический ток, волоконно-оптический датчик, схема калибровки, основная погрешность измерения.

 Скачать статью в формате PDF

1. Удд, Э. Волоконно-оптические датчики / Э. Удд. – М. : Техносфера, 2008. – 520 с.
2. Фрайден, Дж. Современные датчики / Дж. Фрайден. – М. : Техносфера, 2006. – 592 с.
3. Волоконно-оптические датчики магнитного поля и электрического тока на основе эффекта Фарадея в кристаллах Bi12GeO20 и Bi12SiO20 / А. В. Кухта, А. М. Мамедов, В. Т. Потапов, Т. В. Потапов, М. Е. Удалов // Радиотехника и электроника. – 2008. – Т. 53, № 3. – С. 368–376.
4. Бурков, В. Д. Научные основы создания устройств и систем волоконно-оптической техники : моногр. / В. Д. Бурков, Г. А. Иванов. – М. : Изд-во ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. – 232 с.
5. Бурков, В. Д. Экоинформатика: Алгоритмы, методы и технологии : моногр. / В. Д. Бурков, В. Ф. Крапивин. – М. : Изд-во ГОУ ВПО МГУЛ, 2009. – 431 с.
6. Бурков, В. Д. Анализ и выбор оптимальной системы волоконно-оптического датчика электрического тока / В. Д. Бурков, Н. А. Харитонов, А. Н. Демин // Вестник московского государственного университета леса – Лесной вестник. – 2014. – № 2. – С. 225–257.
7. Бурков, В. Д. Миниатюрный волоконно-оптический датчик электрического тока / В. Д. Бурков, А. Н. Демин // Сборник аспирантов и докторантов МГУЛ. – М. : Изд-во ГОУ ВПО МГУЛ, 2013. – С. 34–38.
8. Универсальная плата АЦП для IBM PC/AT совместим компьютер ЛА-1.5 PCI. Руководство пользователя ВКФУ. 411619.060РП. – М., 2001. – 43 с.
9. Бурков, В. Д. Теория, расчет и проектирование волоконно-оптических приборов и систем : практикум / В. Д. Бурков, В. Т. Потапов. – М. : Изд-во ГОУ ВПО МГУЛ, 2011. – 82 с.
10. Отработка технологических параметров и режимов изготовления волоконно-оптических световодов методом регрессионного анализа : учеб.-метод. пособие / В. Д. Бурков, В. А. Беляков, Д. А. Голодушкин, А. И. Кофанов, Д. Г. Сырейщиков.– М. : Изд-во ГОУ ВПО МГУЛ, 2013. – 102 с.