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

Смыслов Владимир Иванович, кандидат технических наук, начальник отделения, Научно-производственное объединение измерительной техники (Россия, Московская обл., г.Королев, ул.Пионерская, 2), vladismyslov@yandex.ru
Бурков Валерий Дмитриевич, доктор технических наук, профессор, кафедра проектирования и технологии производства приборов, Московский государственный университет леса (Россия, Московская обл., г. Мытищи, ул. 1-я Институтская, 1), vladismyslov@yandex.ru
Потапов Тимофей Владимирович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН, (Россия, г. Фрязино, пл. Введенского, 1), vladismyslov@yandex.ru
Демин Андрей Николаевич, инженер, кафедра проектирования и технологии производства приборов, Московский государственный университет леса (Россия, Московская обл., г. Мытищи, ул. 1-я Институтская, 1), vladismyslov@yandex.ru

687.586.5

Актуальность и цели. Рассматривается актуальный вопрос экспериментального определения дополнительной 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 обеспечивает их применение. Объектом исследования являются ВОДТ на основе кристаллов с кубической симметрией Bi12SiO20 и Bi12GeO20. Предметом исследования является дополнительная температурная погрешность измерения таких ВОДТ. Целью работы является экспериментальный анализ градуировочной характеристики и дополнительной температурной погрешности ВОДТ.
Материалы и методы. Рассмотрена структурная схема однопроходного ВОДТ на кристаллах с кубической симметрией Bi12SiO20 и Bi12GeO20. Предложена методика и установка для калибровки ВОДТ, позволяющая осуществлять построение градуировочной характеристики датчика и производить анализ его дополнительной температурной 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. Также имеется возможность задания и поддержания различных температур соленоида в месте ВОДТ в диапазоне температур от 20 до 120 °С. Для измерения температуры используется дополнительный датчик температуры. Магнитное поле соленоида, пропорциональное току, измеряется ВОДТ. Его сигнал через аналого-цифровой преобразователь вводится в компьютер, где сравнивается с заданным значением тока. Дополнительно в компьютер вводится сигнал с датчика температуры, что позволяет получать и сравнивать выходные сигналы с ВОДТ при различных температурах. Методика измерения коэффициента преобразования ВОДТ основывается на одновременной регистрации и анализе вышеуказанных сигналов: сигнала с фотоприемного устройства ВОДТ; сигнала, пропорционального величине магнитного поля в соленоиде; сигнала датчика температуры. Требования по точности измерений по каждому из параметров – не хуже 0,1 %.
Выводы. Предложена методика и установка для экспериментальных исследований дополнительной температурной погрешности волоконно-оптического датчика электрического тока на основе эффекта Фарадея в Bi12GeO20, которые позволяют проводить построение градуировочной характеристики и измерение дрейфов коэффициента преобразования чувствительного элемента ВОДТ с точностью 0,1 % в диапазоне температур от 20 до 120 °С. Проведенные измерения и исследования температурных зависимостей коэффициента преобразования чувствительного элемента ВОДТ на основе кристаллов Bi12SiO20 показали, что теоретически и практически достижимой является дополнительная температурная погрешность 0,4 % на 100 °С.

Ключевые слова

электрический ток, волоконно-оптический датчик, схема калибровки, дополнительная погрешность измерения

 Скачать статью в формате PDF

1. Бурков, В. Д. Научные основы создания устройств и систем волоконно-оптической техники / В. Д. Бурков, Г. А. Иванов. – М. : Изд-во МГУЛ, 2008. – 232 с.
2. Фрайден, Дж. Современные датчики / Дж. Фрайден. – М. : Техносфера, 2006. – 592 с.
3. Бурков, В. Д. Анализ и выбор оптимальной системы волоконно-оптического датчика электрического тока / В. Д. Бурков, Н. А. Харитонов, А. Н. Демин // Лесной вестник. 2014.  № 2.  С. 127133.
4. Бурков, В. Д. Миниатюрный волоконно-оптический датчик электрического тока / В. Д. Бурков, А. Н. Демин. ‒ М. : МГУЛ, 2013. – С. 31–39.
5. Бурков, В. Д. Экоинформатика: Алгоритмы, методы и технологии : моногр. /В. Д. Бурков, В. Ф. Крапивин – М. : МГУЛ, 2009. – 428 с.
6. Бурков, В. Д. Теория, расчет и проектирование приборов и систем : лабораторный практикум / В. Д. Бурков, В. Т. Потапов, Т. В. Потапов, М. Е. Удалов – М. : МГУЛ, 2010. –88 с.
7. 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.
8. Потапов, Т. В. Экспериментальное исследование температурной стабильности датчиков магнитного поля на основе кристаллов Bi12SiO20 / Т. В. Потапов // Письма в Журнал технической физики. – 1998. – Т. 24, № 11. – С. 26‒31.
9. Бурков, В. Д. Лабораторный комплекс «Математическое моделирование чувствительного элемента волоконно-оптического датчика магнитного поля и электрического тока» / В. Д. Бурков, В. Т. Потапов, С. И. Чумаченко, М. Е. Удалов и др. // Свидетельство ОФАП об отраслевой регистрации разработки МГУЛ № 2562 от 17.06.2003.
10. Бурков, В. Д. Теория, расчет и проектирование волоконно-оптических приборов и систем : практикум / В. Д. Бурков, В. Т. Потапов. – М. : Изд-во МГУЛ, 2011. – 55 с.