Метод расчета многопроходных чувствительных элементов волоконно-оптических датчиков электрического тока и магнитного поля для контроля параметров ракетно-космической техники

• Автор: Котов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.07.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава I. Обзор литературы

1.1. Цельноволоконные датчики электрического тока

1.2. ВОД магнитного поля и электрического тока с объёмным чувствительным элементом на основе магнитооптических материалов

1.2.1. Применение ферромагнитных материалов в чувствительных элементах ВОД

1.2.2. ВОД с чувствительными элементами на основе ферромагнитных стекол

1.2.3. Кристаллы со структурой силленита, как перспективный материал чувствительных элементов ВОД магнитного поля

Выводы к главе

Глава И. Теоретические исследования характеристик чувствительных элементов ВОД магнитного поля и электрического тока на основе кристаллов В112ОеО
2.1. Расчёт коэффициента преобразования и глубины модуляции чувствительного элемента отражательного типа
2.2. Расчёт характеристик чувствительного элемента проходного типа
2.3. Расчёт характеристик многопроходного чувствительного элемента ВОД
Выводы к главе II
Глава III. Экспериментальное исследование характеристик чувствительных элементов ВОД магнитного поля и электрического тока

3.1. Методика измерения коэффициента преобразования и глубины модуляции чувствительных элементов ВОД
3.2. Описание автоматизированной экспериментальной установки
3.3. Экспериментальные исследования однопроходных чувствительных элементов
3.4. Экспериментальное исследование многопроходных чувствительных элементов ВОД магнитного поля на основе ВцгСеОго
Выводы к главе III
Глава IV. Разработка и экспериментальное исследование макетных
образцов ВОД переменного магнитного поля и электрического тока
4.1. Конструкция и технология сборки ВОД
4.1.1. ВОД с однопроходным чувствительным элементом
4.1.2. ВОД с многопроходным чувствительным элементом
4.2. Исследование характеристик ВОД переменного магнитного поля и электрического тока промышленной частоты
4.3. Температурный дрейф коэффициента преобразования чувствительного элемента ВОД
Выводы к главе IV
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение.
Актуальность темы.
Телеметрические измерения - одно из основных научно-технических и технологических направлений, определяющих технический уровень и перспективы развития ракетно-космической техники (РКТ), по образному выражению - «катализатора» научно-технического прогресса. Проблемы ускорения темпов создания новых образцов ракетных комплексов, космических аппаратов, ракетных двигателей, агрегатов, конструктивных элементов, наземных стендов, повышение надёжности и долговечности, снижение их материалоёмкости, массы и габаритных размеров, а также повышение эффективности отработки их на этапах конструирования при лётно-конструкторских испытаниях неразрывно связано с созданием телеметрических и диагностических измерительных комплексов. Надёжность и ресурс работы ракетных комплексов, космических аппаратов, их систем и агрегатов в значительной степени определяются качеством и метрологическими характеристиками систем измерений, включающих в себя широкую гамму датчиковой аппаратуры. В свою очередь, определяющее влияние на общий уровень развития измерительных систем оказывают научно-технологические и метрологические достижения датчиковой аппаратуры, контролирующей многообразный спектр физических параметров на изделиях РКТ и реализующей операции преобразования физических параметров изделий РКТ в электрические унифицированные сигналы.
Датчик при внешней простоте и миниатюрности - это сложное приборное устройство, чувствительный элемент которого работает в жесточайших эксплуатационных условиях (в широких диапазонах температур от -253 до +1000 °С, при давлениях в диапазоне от 0,01 до 3000 атм., вибрации от 10 [-5] до 10 [5]g в диапазоне частот от единиц Гц до

излучения края пластины были сошлифованы под определённым углом. Введённый через один скос пучок поляризованного света многократно отражался от зеркал и выходил через другой скос. Таким образом, при небольших размерах кристалла (20ммх15ммх14мм), за счет многократных отражений, набирался большой оптический путь и, следовательно, чувствительность. Для вывода на рабочую точку, между поверхностью выходного скоса и анализатором был помещен оптический вращатель поляризации, о материале которого авторы умалчивают. Температурный дрейф КП ВОД составил ±1% на 100°С. Частотный диапазон датчика, как и в предыдущей работе, ограничивался электронной аппаратурой и составлял от 10 Гц до 1 МГц.
В работе [72] описан ВОД, разработанный для измерения электрических токов на энергетических подстанциях. ЧЭ датчика состоит из кристалла ВцгЭЮго, помещенного между призменными поляризаторами; для сопряжения с волокном использовались градиентные линзы. Как следует из приведенной схемы ЧЭ, длина кристалла выбиралась так, чтобы оптическая активность поворачивала плоскость поляризации излучения для выхода в оптимальную рабочую точку. Для измерения токов и устранения внешних наводок и помех, ЧЭ был охвачен кольцом из магнитопровода. Температурный дрейф КП датчика составил ±1% в диапазоне температур -20...+80 °С. Следует отметить, что температурные характеристики датчика не изменились после 1750 циклов изменения температуры от -20 до +80°С.
В работе [76] рассматривается модель ВОД электрического тока с двупроходным ЧЭ. В такой конструкции величина собственного КДП обращается в ноль за прямой и обратный проход, а величины наведённого магнитным полем КДП (эффект Фарадея) и собственного ЛДП удваиваются. Показано, что такая конструкция датчика позволяет устранить влияние температурных отклонений коэффициента собственного КДП на КП датчика,