Волоконно оптические датчики напряжения

Определение и применение оптоволоконных датчиков

Знания о наличии деталей в машинах, работе осветительной арматуры, наличии деталей на конвейерах автоматических линий – один из важнейших компонентов промышленной автоматизации. Последовательность ошибок при сборке деталей и управлении процессами часто необходимо для выявления причины отказа. Во многих случаях ошибка происходит из-за отсутствия детали, необходимой для сборки, или ее плохого качества. Для избегания этого устанавливается датчик, который выполняет функцию проверки наличия необходимых деталей.

Существует огромное количество различных типов датчиков – индуктивные, емкостные, магнитные, фотоэлектрические. Каждый из них имеет свои сильные и слабые стороны в зависимости от области применения. Тем не менее, фотоэлектрические датчики имеют наиболее широкое предложение различных технологий и типов, а также самый широкий спектр применения.

Фотоэлектрические датчики бывают с различными типами светового излучения (инфракрасного, видимого красного, класс лазера 1 и 2), чувствительных технологий (диффузных, подавление фона, светоотражающих, однолучевой) и с различными конфигурациями корпуса (фото глаз (photo eye) или волоконно-оптические). В данной статье рассматриваются определение и применение волоконно-оптических датчиков (или как их еще называют оптоволоконные датчики), которые предлагают расширенные возможности и параметры конфигурации, и прекрасно подходят для узких мест, которые слишком малы для датчика фото глаз (photo eye).

Оптоволоконная технология

Оптоволоконные датчики включают в себя два устройства, которые обычно указываются отдельно: усилитель, который часто называют электронным или волоконно-фотоэлектрическим усилителем; и оптоволоконный кабель, который включает в себя оптическую головку и волоконно-оптический кабель, пропускающий свет от усилителя.

Принцип работы всех фотоэлектрических датчиков довольно прост. Каждый прибор имеет излучатель световых волн и приемник, который обнаруживает этот сигнал. При этом существует множество технологий для обнаружения и измерения световых волн, поступающих на приемник. Например, датчики подавления фона отслеживают угол, под которым возвращается световая волна, в то время как стандартные фотоизмерители отслеживают количество света, возвращаемого к датчику. Другие разновидности фотоизмерительных устройств контролируют время возврата световой волны, тем самым обеспечивая измерение расстояния.

Пара источник-приемник может устанавливаться как в одной оптической головке (при использовании диффузных и отражательных единиц), так и в двух оптических головках (использование однолучевых единиц). Волоконно-оптические датчики помещают в один корпус всю электронику с оптическими головками для излучателя и приемника световых волн, в котором приемник отделен от подключенной к корпусу электроники оптоволоконным кабелем. Излучаемые и получаемые волны проходят через этот кабель так же, как и при высокоскоростной передачи данных в волоконно-оптических сетях.

Одним из преимуществ такого разделения является то, что головка измерителя должна устанавливаться на измеряемом объекте. Интегрированный волоконно-оптический кабель прокладывается и подключается к усилителю, который может быть установлен в безопасном месте (как правило, шкаф управления), защищая его от часто жесткой производственной среды.

Разнообразие вариантов, доступных для обоих усилителей и волоконно-оптических кабелей просто огромен. Усилители варьируются от примитивных до сложных, а машиностроители продолжают требовать больше функций, в том числе логических и коммуникационных возможностей.

Усилители для оптоволоконных датчиков

Волоконно-оптические усилители варьируются от имеющих базовую комплектацию электронных компонентов и функциональности, до устройств типа «подключи и работай», для моделей с полностью настраиваемой электроникой. У некоторых даже есть электронные блоки, которые могут обрабатывать до 15 входов волокон в конфигурации коллекторного типа. Индикация выхода крайне желательна, поскольку он показывает, работает ли датчик корректно, но другие основные функции (таблица ниже) также должны быть указаны:

Формат вывода и подключения к усилителям имеют важное значение, поскольку они определяют интерфейс к контроллеру, так как установка и сброс настроек является неотъемлемой частью конфигурации усилителя.

Типы выходов могут быть либо нормально открытыми (NO), либо нормально закрытыми (NC), а подключение может осуществляться по типу sinking, sourcing или push-pull. Параметры электрического соединения предварительно монтируются, как правило, с кабелем длиной 2 метра или quick disconnect со стандартным многоконтактным разъемом M8 или M12. Установки переключателей программируются с помощью потенциометра или в цифровом виде, с помощью кнопок.

Помимо основных, расширенные возможности усилителей обеспечивают существенную гибкость с такими функциями как: импульсные выходы, задержки включения / отключения, а также возможность исключить прерывистые сигналы. Эти передовые элементы современной электроники дают машиностроителям возможность детализировать и корректировать параметры усилителя в соответствии с требованиями установки.

Задержки включения / отключения часто применяют для замедления реакции системы управления на изменения регистрируемых параметров. В случае прерывистых сигналов, некоторые приложения возвращают датчикам краткосрочные паразитные сигналы, которые не согласуются с общими условиями эксплуатации. Возможность устранить эти сигналы на датчике освобождает контроллер от этой задачи.

Большинство моделей снабжены светодиодами выходного состояния, в то время как некоторые предлагают дисплеи, на которых представлены сведения о силе сигнала и состояния выхода. Более продвинутые блоки имеют многострочные OLED дисплеи с настраиваемыми функциями диагностики и возможностью программирования.

Фильтрация сигнала часто требует увеличения частоты дискретизации, так как это обеспечивает более устойчивое измерение при изменяющихся условиях окружающей среды. Это усиливает сигнал, но заставляет блок работать на более низких частотах коммутации. Импульсные выходы позволяют растягивать входной сигнал, что может быть полезно в случае слишком большой частоты для входа программируемого логического контроллера ПЛК. Задержки включения/отключения позволяют потребителям устанавливать необходимые времена задержки выходных и входных сигналов.

Дополнительные блоки обеспечивают больше возможностей программирования, например, настройка чувствительности. С помощью данных опций пользователи могут подгонять чувствительность измерительного элемента для работы со сложными материалами, такими как стекло. Данная функция обучения устраняет или уменьшает необходимость в программировании контроллера для выполнения данных функций. Они также могут запрограммировать выход для включения/отключения между двух точек переключения. Например, для позиционирования деталей, переключатель включается в одном положении и отключается в другом, отслеживая при этом положение детали в пространстве.

Видимость света оптоволоконного кабеля

Волоконно-оптические кабели не проводят электрический ток — они пропускают свет. Они изготавливаются с различными конфигурациями и из различного материала, а также имеют различные типы чувствительной головки. В таблице ниже приведены некоторые из основных параметров оптоволоконных кабелей:

Диффузные волоконно-оптические кабели состоят из двух шпон – одна для соединения с усилителем, а вторая с чувствительной головкой. При чем с чувствительной головкой соединяют два кабеля – тот который подключается к источнику света, и тот который подключается к измерительному элементу. Однолучевые волоконно-оптические кабели имеют два отдельных идентичных кабеля, которые подключаются к усилителю и каждый имеет свою оптическую головку. Один кабель передает свет – другой его принимает. Частая ошибка при работе с однолучевыми кабелями – это заказ только одного кабеля из двух. Это связано с тем, что некоторые поставщики могут поставлять только одну часть системы по номеру детали, поэтому при выборе однолучевых кабелей будьте внимательны.

Волоконные материалы, как правило, состоят из пластика или стекла. Пластиковые блоки тоньше, дешевле, обеспечивают большие радиусы изгиба. Стеклянные блоки более прочные и имеют более высокие рабочие температуры. Пластиковые волокна можно отрезать до нужной длины с помощью специального резака, в то время как стеклянные обрезаются только раз – при изготовлении и поставляются нужной длины. Оболочка волоконного материала может варьироваться от экструдированного пластика до оплетки из нержавеющей стали, для работы в самых неблагоприятных условиях.

Выбор оптической головки – самый важный этап в выборе оптоволоконного датчика. Это связано с тем, что именно чувствительность головки влияет на обнаружение небольших неподвижных или подвижных частей. Выбор головки зависит от того, под каким углом излучатель и приемник расположены к измеряемому объекту, а также от дисперсии. Головки могут иметь округлые пучки волокна для создания кругового луча или протяженные, для создания горизонтальных проекций.

Круглые пучки в диффузионной головке могут быть строго разветвлены со всеми волокнами источника на одной половине, и с волокнами приемника на другой половине. Такая конструкция встречается часто, но она может приводить к запаздыванию считывания информации с части, движущейся перпендикулярно к бифуркационной линии. Существует вариант с равномерным распределением волокон источника и приемника сигнала для получения более равномерных лучей. Равномерное распределение позволяет выравнивать воздействия при отправке и получении световых волн, что обеспечивает обнаружение независимо от направления движения.

На расстояние срабатывания волоконной оптики будет оказывать влияние усилитель, тип оптической головки, длина волокна кабеля. Исходя из этих трех параметров, влияющих на работу датчика, точную оценку точности и диапазона срабатывания дать трудно, но производители, как правило, приводят эти данные. Однолучевой датчик имеет больший диапазон, чем диффузный. Чем длиннее волокна кабеля, тем короче диапазон, а также стоит отметить, усовершенствованные усилители обычно имеют более сильные излучающие сигналы и более длинные диапазоны.

Подключение волоконно-оптических датчиков

Использование распределенного ввода / вывода и распределенных интеллектуальных систем растет во всей промышленной автоматизации, и волоконно-оптические датчики не являются исключением. Подключение нескольких волоконно-оптических кабелей датчиков к одному электронному коллектору имеет свои преимущества.

Волоконно-оптические усилители, как правило, одноканальные автономные устройства. С тонкими корпусами и креплением на DIN-рейку, они легко могут быть вмонтированы в панели управления. Один из недостатков может касаться маршрутизации электрических соединений для каждого отдельного усилителя.

Другой вариант заключается в использовании волоконно-оптический коллектора, который группирует множественные каналы волокна в одном центре управления:

Эти волоконно-оптические коллекторы обычно оснащены дисплеем OLED с меню, чтобы позволить программирование каждого канала волокна. Каждый оптоволоконный канал может быть сконфигурирован отдельно, например, установка на свет или затемнение, или гистерезис переключения. Этот централизованный контроль также позволяет группировку выходов через И / ИЛИ логику, которая может сократить и упростить выходной сигнал в ПЛК.

Применения и основные вопросы

Волоконная оптика работает довольно хорошо и обычно используется в системах со значительными электрическими шумами. Волокно кабеля не восприимчиво к электрическому шуму, а усилитель (восприимчив к шумам) может устанавливаться вдали от источника шума (например, в шкафу управления).

Другой, весьма распространённой область применения, являются небольшие сборочные линии. Операции на этих линиях, как правило, полностью автоматизированные и требуют наличия датчиков обнаружения детали на конвейере или в сборочном механизме, чтобы подтвердить сборочную операцию.

Оптоволоконные решения могут быть различными – размеры оптических головок, иметь различную ориентацию и дисперсию для обеспечения минимальных и максимально точных фокусов света для каждого приложения независимо от размера корпуса. С помощью логики на плате управления и использовании двухканального датчика один канал может использоваться для определения наличия детали в месте сборки, а второй канал может использоваться для подтверждения окончания операции сборки.

Общей проблемой всех видов оптоволоконных систем является чрезмерное сгибание волокон. Кабели и пучки отдельных волокон довольно податливы, чем позволяют монтажнику легко согнуть их больше, чем это допускает максимальный радиус изгиба. Это может привести к непоправимой пластической деформации волокон, что значительно снизит пропускание световых волн, или вовсе приведет к разрыву волокна и невозможности пропускать сигнал. Максимальный радиус изгиба варьируется в зависимости от типа волоконного материала, размеров, дисперсии волокон в пучке, и он должен выполнятся при любых условиях.

Вне зависимости от применения, потребители должны выбрать подходящую технологию датчиков. Волоконно-оптические датчики, усилители и волоконно-оптические головки должны быть тщательно отобраны для приложения, чтобы обеспечить надежную производительность измерения.

Источник

Волоконно-оптические датчики: принцип работы, виды, эксплуатация

Волоконно-оптические датчики (ВОД) – это приборы, предназначенные для фиксации изменения рабочих показателей системы и трансляции сигнала по оптоволоконному каналу. Такие датчики могут использоваться для отслеживания температуры и механического напряжения, также их применяют для контроля давления, вибрации и других показателей. Их применяют в строительной отрасли, коммунальном хозяйстве, горнодобывающей промышленности и т. д.

Принцип работы

В основе работы датчиков такого типа лежит оптическое волокно. Оно представляет собой сердцевину в полимерной оболочке, по которой проходит световой поток. Сердцевина изготавливается из стекла или пластика, который снабжается специальными добавками для улучшения коэффициента преломления световых волн.

Волоконно-оптические датчики используют оптоволокно в качестве линии передачи сигнала или чувствительного элемента. Наибольшую востребованность приобрели датчики с оптическим преобразователем. Такая система состоит из чувствительного оптического элемента, приемника и излучателя. Преобразователь помещается между торцевыми частями принимающего и передающего волокна, а роль излучателя может выполнять светодиод. В роли детектора света выступает p-i-n-фотодиод.

Датчики с оптическим зондом могут использовать одномодовые или многомодовые оптоволоконные кабели, а источником света в них становятся светодиод или лазерный излучатель. Такие датчики чаще всего применяются для измерений бесконтактного типа и отличаются наиболее высокой точностью.

Виды и характеристики

Общий принцип работы всех категорий таких устройств: световое излучение перемещается по оптоволокну, при этом его параметры меняются в брэгговских решетках. На основании полученных изменений система детектирования делает выводы об изменении рабочих показателей.

Оптоволоконные датчики могут работать по одному из двух принципов:

Точечные – в качестве базового элемента в них используются селектирующие зеркала. Световое излучение исходит от широкополосного источника и отражается в виде узкой полосы. Оставшаяся часть светового потока передается по оптоволокну. Этот вариант передачи сигнала позволяет одновременно использовать несколько контроллеров в автоматизированной линии и обеспечивает наиболее точную передачу сигнала. Датчики такого типа могут использоваться для контроля давления, температуры, вибрации и других показателей.
Распределенные – датчики этого типа применяются для контроля уровня температуры. Опросное устройство провоцирует импульс лазера, и он рассеивается при передаче через оптоволокно. В результате можно определить, какова температура в каждой из точек оптоволоконного канала.

По аналогичному принципу могут работать акустические датчики. В этом случае анализатор фиксирует колебания излучения, передаваемого по оптоволоконному каналу. Это дает возможность зафиксировать звук и определить его источник. Датчики такого типа могут применяться, например, в системах контроля доступа – они дают возможность выявить несанкционированное проникновение.

Если датчик использует оптоволокно для трансляции сигнала на расстоянии, то оно должно быть многомодовым. Одномодовое оптоволокно применяется для устройств, в которых оно выполняет функции сенсора.

Где используются волоконно-оптические датчики

Наиболее широкое распространение получили оптоволоконные датчики, работающие с использованием брэгговских решеток. Они могут использоваться даже в агрессивных средах, где приборы постоянно подвергаются агрессивному внешнему воздействию.

Можно перечислить целый ряд отраслей, в которых применяются оптоволоконные датчики:

горнодобывающая промышленность – такие устройства используются в пожарных извещателях для мониторинга состояния шахтных стволов и конвейерных лент;
нефтегазовая сфера отрасли – приборы применяются при термомониторинге скважин и трубопроводных линий, дают возможность мгновенно отслеживать даже небольшие изменения температуры;
строительство – датчики широко востребованы в системе «умных домов», они позволяют отслеживать различные показатели для автоматического реагирования систем жизнеобеспечения. Также они применяются для постоянного мониторинга мостов, теплотрасс, инженерных систем;
авиационно-космическая отрасль – новые технологии позволили создать высокоточные датчики, фиксирующие незначительные деформации корпусов, а также отклонения от температурного уровня;
электроэнергетика – датчики могут использоваться для мониторинга силовых линий.

Плюсы и минусы

По сравнению с другими типами измерительных датчиков, оптоволоконные обладают несколькими преимуществами:

для их использования не требуются электрические кабели, а в производстве используются непроводящие материалы. Это позволяет использовать приборы в местах с повышенным напряжением, где нельзя использовать другие категории датчиков;
при эксплуатации невозможно образование электрической искры, так что можно применять оптоволоконные датчики в шахтах и на пожароопасных участках;
такие датчики обеспечивают высокую точность реагирования, даже если они установлены в местах, где существует высокая вероятность удара молнии. Сами по себе они не электризуют среду и никак не влияют на ее рабочие параметры;
материалы, из которых состоят датчики, не реагируют на воздействие агрессивных веществ и не подвержены коррозии;
диапазон допустимых рабочих температур значительно шире, чем у других категорий датчиков;
возможность мультиплексирования – подключения нескольких оптоволоконных датчиков к одному источнику.

Все эти преимущества сделали их универсальным решением для контроля рабочих параметров автоматизированных систем. Они могут использоваться практически в любой среде, им не страшны различные негативные внешние воздействия. Они не дают искажения показаний даже при использовании в экстремальных условиях.

К минусам можно отнести лишь относительно высокую стоимость и ограниченные возможности применения.

Высококачественные волоконно-оптические датчики Omron и Sick по привлекательным ценам всегда можно подобрать в нашем интернет-магазине — самостоятельно, или обратившись к нашим специалистам.

Роботизация производственных линий
Роботехническая лаборатория
Системы технического зрения
Обязательная маркировка товаров
Автоматизация производства
Модернизация производства
Комплексная поставка оборудования
Программирование промышленных контроллеров
Сборка электрощитов управления
Диагностика и ремонт оборудования

Техническая консультация специалистов
Предпроектный анализ объекта управления
Составление технического задания
Разработка проекта
Заказ и поставка оборудования
Тестирование оборудования
Разработка проектной документации
Монтаж и пусконаладка АСУ на объекте
Обучение персонала заказчика
Гарантийное и послегарантийное обслуживание
Ремонт вышедшего из строя оборудования
Срочный ремонт и замена оборудования

Пищевая промышленность
Упаковка и маркировка
Деревообработка
Обрабатывающая промышленность

OMRON
Schneider Electric
SICK
EATON
YASKAWA
Delta
SIEMENS
ABB
Bussmann

О нас
Наши клиенты
Отзывы
Сертификаты
Контакты

Любая информация, переданная Сторонами друг другу при пользовании ресурсами Сайта (http://www.techtrends.ru), является конфиденциальной информацией.
Пользователь дает разрешение Администрации Сайта на сбор, обработку и хранение своих личных персональных данных, а также на рассылку текстовой и графической информации рекламного характера.
Стороны обязуются соблюдать данное соглашение, регламентирующее правоотношения связанные с установлением, изменением и прекращением режима конфиденциальности в отношении личной информации Сторон и не разглашать конфиденциальную информацию третьим лицам.
Администрация Сайта собирает два вида информации о Пользователе:

— персональную информацию, которую Пользователь сознательно раскрыл Администрации Сайта в целях пользования ресурсами Сайта;
— техническую информацию, автоматически собираемую программным обеспечением Сайта во время его посещения.

Источник

Волоконно оптические датчики напряжения

Ресурсоэффективное энергопотребление это одно из основных путей развития современных технологий. Актуальность данного направления деятельности вызывает огромный интерес к прецизионным способам и приборам по измерению основных характеристик транспортирующих, генерирующих, распределяющих и электрических устройств. Величина электрического тока, протекающего через токопроводящие элементы устройства, является одним из этих параметров

Весомым недостатком, используемых в современных системах измерения тока, является характеристика первичного преобразователя — высоковольтного трансформатора тока. Он требует трудоемкого и регулярного обслуживания, его погрешность напрямую зависит от режима нагрузки и она имеет свойство накапливаться. А также для анализирования сигнала с первичного преобразователя используется электросчетчик, на показания которого сильно влияет качество электроэнергии. В роли замены первичного преобразователя, можно рассматривать распространившиеся датчики, основанные на эффекте Холла, которые позволяют измерять постоянный ток, а также имеют на много более высокую точность, нежели трансформаторы тока. Но в целом, общим недостатком трансформаторов и датчиков, основанных на эффекте Холла, является присутствие эффекта насыщения, что сильно ограничивает диапазон измеряемых токов.

Эффект Фарадея

Волоконно-оптические датчики тока проектируются на основе эффекта Фарадея. Магнитооптический эффект, в результате которого в процессе распространения линейно поляризованного света, находящегося в магнитном поле, через оптически неактивное вещество, наблюдается изменение угла плоскости поляризации света называется эффект Фарадея (рис. 1).

Рис. 1. Изменение угла плоскости поляризации света

Эффект Фарадея применяется в волоконно-оптических датчиках тока [3], поскольку существует огромное кол-во стекол, зеркал и оптических волокон, в которых эффект достаточно хорошо проявляется [4]. Эти оптические составляющие имеют высокую постоянную Верде (физическая величина, характеризующая магнитное вращение плоскости поляризации в веществе) [1, 2], которая связывает угол поворота плоскости линейно поляризованного света ΔФ, прошедшего через оптический контур и значение интеграла напряженности магнитного поля Н, взятого по всей длине оптического контура L,:

Этот угол ΔФ также равен невзаимному сдвигу по фазе циркулярно поляризованной волны, проходящей через оптоволоконный контур. Для право циркулярной волны ΔФ положителен, для лево циркулярной — отрицателен.

Конструкция ВОДТ

Одним из простых вариантов ВОДТ на основе эффекте Фарадея является поляриметрический датчик представленный на рисунке 2. В нем сила тока, в проводящем элементе, ставится в соответствие с углом поворота плоскости поляризации света, который прошел замкнутый контур, сквозь который пущен токоведущий элемент.

Рис. 2. Конструкция поляриметрического ВОДТ

Линейно-поляризованная волна из источника пройдя через поляризатор направляется в оптоволокно, которое обернуто вокруг проводника, в котором течет ток. В роли чувствительного элемента было использовано стандартное одномодовое оптоволокно сверхвысокого качества. Количество оборотов оптоволокна вокруг проводящей жилы зависит от диапазона измеряемых токов. В моменты прохода плоскости поляризации волны по контуру, она изменяется на угол ΔФ, который является следствием, образующегося магнитным полем, циркулярного двулучепреломления. Линейная поляризация при этом рассматривается как результат некоторой суперпозиции волн с поляризацией с противоположным крутящим моментом. Затем, волна раскладывается с помощью поляризационного светоделителя, повернутого на 45° относительно входного поляризатора, на две ортогональные поляризации. Каждая из которых направляется на соответствующий фотодетектор. Таким образом, измеренные интенсивности света и при довольно малых потерях в данной системе зависят от угла ΔФ:

где Int₀ — интенсивность входного света.

Поскольку волоконный контур в замкнутом состоянии, угол ΔФ равен:

Это уравнение соответствует одномодовому оптическому волокну в приближении, когда постоянные Верде сердечника и оболочки не очень отличаются, иначе угол ΔФ определяется зависимо от этих постоянных, а также от показателей преломления центральной части и оболочки оптоволокна [5].

Создание лабораторной установки для ВОДТ

Для тестирования разработанного образца ВОДТ нужно создать аппарат, симулирующий в лабораторных условиях перемещение по токопроводящей жиле высокой силы тока и косвенно измерить ее. Также необходимо разработать аппаратный комплекс по изучению продольного электрооптического эффекта Фарадея [6]. Было решено создать установку с расчетом на возможность проверки в ней источника магнитного поля независимым способом.

Схема установки показана на рисунке 3.

Рис. 3. Принципиальная схема комплекса

Источником излучения является гелий – неоновый лазер 1, свет которого имеет длину волны равную 635 нм. Это излучение входит в патч корд 2, на конце которого располагается коллиматор 3. Затем, практически параллельные пучки света попадают на поляризатор 4, который пропускает только одну форму поляризации. После этого свет проходит сквозь исследуемое стекло 6, находящееся в магнитном поле. Поле практически однородно и направлено вдоль распространения света. Катушка с током 5 является источником магнитного поля. Источник постоянного напряжения 7 обеспечивает ток в катушке. Затем излучение проходит сквозь анализатор 8, расположенный во вращающейся раме со шкалой углов, далее через коллиматор 9 и затем регистрируется фотоприемником 10.

Измерение постоянной Верде проводится следующим образом. Разрабатываются два режима процесса работы установки: без тока (режим 1) и с током (режим 2). Интенсивность света, пропущенного через оба поляризатора, по закону Малюса, на прямую зависит от угла α (угол между осями пропускания поляризаторов друг относительно друга):

Int = Int₀cos 2 α

Это равенство справедливо при первом режиме. Во втором режиме магнитное поле создает дополнительный сдвиг поляризованного излучения на Δα. В этом режиме равенство выглядит так:

Int = Int₀cos 2 (α+Δα)

С помощью экспериментальной установки проводится измерение интенсивности света Int в зависимости от углов между осями двух поляризаторов в разных режимах (ток отсутствует, ток пущен). На основе измеренных значений, построим две кривые и аппроксимируем их функциями вида (для режима 1) и (для режима 2).

Промежуток между кривыми по Х координате (ось углов) и есть Δа, этот угол, на который изменяется плоскость поляризации во время воздействии магнитного поля, определяется как разность между коэффициентами k1, и k2

Постоянная Верде находится по формуле:

где I – ток в катушке

N = 4000 – кол-во витков в катушке

Lкат = 8 см – толщина стекла

В установке используется ток силой 1,5 Ампера, поддерживаемый с помощью прецизионного мультиметра Rigol DM3051 с погрешностью (0.01% + 0.7 мА) для используемого диапазона. Вычислен модуль индукции магнитного поля в Теслах и получена напряженность магнитного поля в Эрстедах:

На основании экспериментальных данных, произведен расчет и усреднение величины угла поворота плоскости поляризации, полученные точки и аппроксимирующие кривые показаны на рисунке 4:

Рис. 4. Аппроксимирующие кривые в 2-ух режимах

По рисунку видно что Δα = 0.18 рад = 10.313 0 .

Постоянная Верде V находится следующим образом:

Известно, что постоянная Верде для используемого магнитоактивного стекла равна 0,0819 , а это свидетельствует о правильном расчете параметров предложенной установки, и позволяет использовать ее для симуляции высоких токов при испытаниях ВОДТ.

Результаты

Для получения угла ΔФ, при этом независимо от интенсивности Int0, в процессе которой нет стабильности во времени, выходной сигнал S высчитывается как зависимость:

В результате измерения, ток, создаваемый в установке, пошагово изменялся в доступном для источника питания диапазоне, а данные с макета измерителя тока и амперметра (±0,01% ±7 е.м.р) записывалась на компьютер с частотой 2500 Гц. Результаты испытания макета измерителя тока представлены на рис. 5.

Рис. 5. Результаты испытания макета измерителя тока

На представленном графике видна лишь одна прямая, ввиду наложения кривых с макета и амперметра. Для приблизительной оценки погрешности макета рассматриваются отсчеты, в которых сила тока была постоянна, и по ним видно, что в исследуемом диапазоне(от -1.2 кА до +1.2 кА) абсолютная погрешность не превышает 2 А, а относительная погрешность меньше 0.1%.

В результате, представленный макет позволяет показать работу измерителя, созданного по предложенной конструкции на основе созданных и исследованных составляющих частей, а предложенный метод помогает минимизировать некоторое влияние магнитных полей на проведенные измерения.

Рецензенты:

Агафонников В.Ф., д.т.н., профессор кафедры конструирования узлов и деталей РЭС Томского университета систем управления и радиоэлектроники, г. Томск;

Ким В.Л., д.т.н., профессор кафедры вычислительной техники Национального исследовательского Томского политехнического университета, г. Томск.

Источник