Новый интерферометрический метод измерения электрического тока

• Автор: Тараканов, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Список сокращений

ВОДТ - Волоконно-оптический датчик тока ИС — Источник света

ПИМ — Поляризационный интерферометр Майкельсона

ФЭ - Фазовый элемент

ОВ - Оптическое волокно

АЦП — Аналогово-цифровой преобразователь

ЦАП - Цифро-аналоговый преобразователь

ВОГ — Волоконный оптический гироскоп

НИТИОМ - Научно-исследовательский и технологический институт

оптического материаловедения

ВОЛС — Волоконно-оптические линии связи

I [ЛИС — Программируемая логическая интегральная схема

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Физические явления, пригодные для измерения силы электрического
ТОКА С ПОМОЩЬЮ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА
Способы регистрации эффекта Фарадея в волоко! 1но-оптических
ДАТЧИКАХ ТОКА
Эффект Фарадея
Геометрия волоконного контура
Поляриметрический ВОДТ
Поляриметрический ВОДТ с четырьмя фотодетекторами
Резонансный тип поляриметрического ВОДТ
ВОДТ с периодическим полем
ВОДТ по схеме Саньяка
ВОДТ по схеме с обратным отражением
Анализ применяемой модуляции
Выводы по 1 главе
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ВОДТ
Введение закрытой схемы обработки сигнала
Введение контроля работы модулятора
Источник деполяризованного излучения
Волоконная линия задержки и модулятор двулучепреломления
Концепция построения ВОДТ
Моделирование работы закрытой схемы обработки сигнала
Расчет характеристик измерителя
Выводы по 2 главе
ГЛАВА 3. ПОИСК ПУТЕЙ СОЗДАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВОЛОКОННОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА
Волокна, сохраняющие циркулярную поляризацию
Фазовый элемент
Волоконно-оптическое зеркало
Волоконный разветвитель
Волоконный поляризатор
Линейно двулучепреломляющее оптическое волокно
Вносимые потери
Длина биений
Н-параметр
Низкокогерентный источник излучения
Основные характеристики
Амплитудная характеристика

Спектр излучения
Стабильность оптической мощности
Поляризационные свойства источника излучения
Блок ОБРАБОТКИ
Пьезокерамический модулятор двулучепреломления
Интегрально-оптический модулятор двулучепреломления
Выводы по 3 главе
ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ МАКЕТА ВОДТ
Сборка и настройка макета датчика
Исследование видности интерференционной картины ВОДТ
Создание испытательной установки для ВОДТ и лабораторной
установки для исследования эффекта Фарадея
Результаты испытаний ВОДТ
Чувствительность кольцевого контура к магнитному полю
Выводы по 4 главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

плоской частотной характеристикой. Детектированный сигнал может быть
разложен на гармонические компоненты модулирующей частоты /т:
Р(АФ) = Р0[1+со8[ДФ + Фъ соэ(2л/;„/)]] , (21)
Р(АФ) = Р„ (1 + соь(ЛФ) со8[Фл соч(2тт1)
-8т(ДФ)8т[Фй со5(2яД,0])
Используя разложение по функциям Бесселя получим:
Р(АФ) = Р„ + Р0 со8(АФ)[Л (Ф4 ) + и2 (Фь) со8(4„,0 +...]
+ Р08т(АФ)[2/1(Ф6)8т(2ш/) + 2/3(Ф6)8т(бшО + ...] ‘ ( }
Его максимальная чувствительность обеспечивается при Фь = 1.8 рад. При отсутствии тока, сигнал на фотодетекторе будет в идеальном случае представлять собой вторую гармонику частоты модуляции, а при наведении проводником фарадеевской разности фаз появится дополнительная модуляция этой гармоники на самой частоте модуляции (рис. 13). Сигнал на этой частоте достаточно отфильтровать, что реализуется, например, с помощью синхронного детектора, работающего на частоте модуляции. Он имеет минимальную полосу пропускаемых частот, и выходной сигнал детектора становится
Рх (АФ) = 2ДД, (Ф„) ып(ДФ) . (24)
Таким образом, при гармонической модуляции отклик интерферометра представляет собой синусоидальную функцию. Такая зависимость уже позволяет определить направление протекания контролируемого тока, а при малых фарадеевских разностях фаз получить сильную и почти линейную зависимость выходного сигнала от силы тока. При этом линейной зависимость считать по-прежнему нельзя, особенно во всем динамическом диапазоне ВОДТ, чувствительность измерителя уменьшается с ростом силы тока, а сам рост ограничен разностью фаз п радиан. Поэтому представленные в литературе ВОДТ имеют точность (0.2-1)% при динамическом диапазоне измеряемых токов 102-103.