автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Магнитооптический преобразователь электрического тока для информационно-измерительных и управляющих систем

На правах рукописи

АВДОНИНА Надежда Алексеевна

МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

Специальность: 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в промышленности и медицине)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Уфа-2011

1 6 ИЮН 2011

4850259

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» на кафедре информационно-измерительной техники

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники

Республики Башкортостан, доктор технических наук, профессор Ураксеев Марат Абдуллович Уфимский государственный авиационный технический университет, кафедра информационно-измерительной техники

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сапельников Валерий Михайлович Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра электротехники и электроснабжения предприятий

доктор технических наук, профессор Сушко Борис Константинович

Башкирский государственный университет, кафедра статистической радиофизики и связи

Ведущая организация: ГОУВПО «Астраханский государственный

университет»

Защита состоится «29» июня 2011 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д-212.288.02 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450000, г. Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12, УГАТУ.

С диссертацией . можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета. Автореферат разослан «25» мая 2011 г.

Учёный секретарь диссертационного совета д.т.н., доцент

В.С. Фетисов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Существование России в условиях рыночной экономики требует создания конкурентных технологий, современных средств контроля характеризующих их параметров и эффективных систем управления, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели. Решение этих проблем диктует необходимость широкого внедрения информационно-измерительных систем (ИИС), в которых информация о контролируемых физических величинах получается с помощью первичных измерительных преобразователей, от характеристик которых зависит качество любой ИИС.

При этом широко используемой входной физической величиной является электрический ток, измерение и контроль которого необходимы в электроэнергетике, машиностроении, металлургии, нефтехимической и др. отраслях промышленности. Это особенно важно в авиастроении, где технологический процесс изготовления конструкций из композитных материалов связан с контролем и управлением величиной электрического тока в автоклавах и термоустановках. Поэтому предприятия могут экономить дорогую электроэнергию и, контролируя её фактический расход, с большей точностью управлять производственными процессами.

В современной практике в ИИС используется множество измерительных преобразователей тока, основанных на различных принципах действия. Однако они не отвечают в полной мере возросшим требованиям в отношении точности, надёжности, быстродействия, возможности измерения тока без разрыва электрической цепи, простоте конструкции, массогабаритным показателям.

В этом плане перспективными представляются работы по созданию волоконно-оптических преобразователей тока, основанных на магнитооптическом эффекте Фарадея в силу присущих им преимуществ: (погрешность ± 0,1%) и повторяемость (± 0,02%), линейность (± 0,1%), широкий динамический диапазон (10б), низкая температурная чувствительность (менее ± 0,02%/°С), малые вес и габариты и др.

Вопросам теории, расчета и конструирования магнитооптических устройств и систем посвящены труды отечественных и зарубежных ученых: Бусурина В.И., Буркова В.Д., Рандошкина В.В., Червоненкиса А.Я., Берикашвили В.Ш., Мировицкого Д.И., Котова В.А., Звездина А.К., Уханова Ю.И., Носова Ю.Р., Гонда С., Сэко Д., Окоси Т., Окамото М., Нисихара X., Удда Э., Wolfe Е., Street D.V. (Lord Relley), Donald J. Sterling, Lipson H., Fraden Jacob, R. G. Jacson, Brindley K., Rozensher Winter и др.

Однако в этих работах отсутствуют пршщипы построения магнитооптических преобразователей электрического тока (МОПТ). В них не в полной мере проведены исследования, посвященные разработке

математических моделей МОГГГ, их основных и точностных характеристик, методике проведения экспериментов и разработке основ проектирования.

Эти исследования необходимы для создания новых ИИС с МОПТ, обладающих улучшенными характеристиками, и их использования в системах управления производственными процессами. Поэтому тема диссертационной работы, посвящённая вопросам моделирования магнитооптических преобразователей тока и исследованию их основных характеристик с целью создания научной базы для проектирования и разработки новых МОПТ, обладающих улучшенными показателями качества, является актуальной.

Основание для выполнения работы. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ Уфимского государственного авиационного технического университета и по гранту программы «У.М.Н.И.К.».

Цель работы и задачи исследования. Целью работы является разработка и исследование МОПТ на эффекте Фарадея для информационно-измерительных и управляющих систем, обладающего высокой надёжностью, точностью, быстродействием и улучшенными массогабаритными показателями. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие основные задачи:

1. Проведение сопоставительного анализа современных методов и средств преобразования электрического тока для ИИС управления технологическими процессами и выявление наиболее перспективных из них. Разработка принципов построения МОПТ и анализ их использования в ИИС контроля электрического тока.

2. Разработка математической модели МОПТ и выявление методов увеличения интенсивности светового излучения на входе фотоприёмного элемента МОПТ.

3. Исследование основных характеристик МОПТ и выработка рекомендаций по их улучшению для использования в ИИС.

4. Исследование источников случайной погрешности и разработка методов повышения точности МОПТ для ИИС.

5. Разработка основ проектирования МОПТ с улучшенными техническими характеристиками для ИИС, создание макетного образца МОПТ, проведение его экспериментального исследования и обработка результатов эксперимента.

Методы исследования. Представленные в диссертационной работе научные положения обоснованы теоретическими и экспериментальными исследованиями с применением теоретических основ электротехники, электроники, теории доменной структуры магнетиков, волновой и

геометрической оптики, законов поляризационного излучения и др. При выполнении исследований использовались программные пакеты Microsoft Office, Sigma Plot, Компас и др.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Принципы построения МОПТ на эффекте Фарадея, сформулированные на основе сопоставительной оценки преобразователей электрического тока.

2. Математическая модель МОПТ, описывающая основные закономерности процессов функционирования преобразователя для ИИС.

3. Результаты исследований основных характеристик МОПТ и методы их улучшения для обеспечения высокой эффективности ИИС контроля электрического тока.

4. Результаты исследования соотношения сигнал-шум.

5. Методика проектирования МОПТ для ИИС, результаты экспериментальных исследований.

Научная новизна и достоверность результатов:

1. Впервые разработаны ИИС контроля электрического тока и МОПТ. Выявлены принципы построения МОПТ, учитывающие методы преобразования, функциональные схемы и дана их классификация по типу магнитоактивпого чувствительного элемента.

2. Обоснована и получена новая математическая модель МОПТ, позволяющая исследовать характер влияния параметров элементов структуры МОПТ на интенсивность светового луча.

3. Получены аналитические выражения основных характеристик МОПТ, произведено их моделирование и даны рекомендации по диапазонам изменения параметров, обеспечивающих улучшение характеристик.

4. Впервые получены зависимости соотношения сигнал/шум от параметров оптической и электрической цепи, позволяющие дать рекомендации по увеличению точности МОПТ.

Достоверность научных положений выводов и результатов работы, корректность принятых допущений подтверждена результатами экспериментальных исследований опытного образца МОПТ и хорошим совпадением результатов расчёта и эксперимента.

Практическая ценность и внедрение результатов работы:

1. Принципы построения МОПТ позволили систематизировать существующие и разработать новые, улучшенные структуры МОПТ, обладающие высокой точностью и расширенными функциональными возможностями, защищенные патентами на полезную модель №89717 и №90570.

2. Разработанные вопросы теории и проектирования МОПТ, включающие расчёт оптических систем, математическую модель, исследование основных, точностных характеристик и методику проектирования магнитооптических измерительных систем, позволяют разрабатывать МОПТ с требуемыми характеристиками.

3. Основные результаты диссертационной работы внедрены в производственные процессы на ОАО «КумАПП» (г. Кумертау), на филиале ЗАО «Энергоконтракт» - «Завод стендового оборудования и оснастки» (г. Кумертау), в учебный процесс ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на: Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности АСТИНТЕХ» (г. Астрахань, 2007 г., 2008 г., 2009 г.); IV Международной научно-технической конференции «Инновации и перспективы сервиса» (г. Уфа, 2007 г.; работа отмечена грамотой конференции); Региональной научно-практической конференции «Технология, автоматизация, оборудование и экология промышленных предприятий» (г. Уфа, 2008 г.); Международной научно-практической конференции «Электронная культура. Преодоление информационного неравенства» (г. Астрахань, 2008 г.); IV Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (г. Томск, 2008 г.); Всероссийской молодёжной научной конференции «Мавлютовские чтения» (г. Уфа, 2008 г., 2009 г.); Конференции молодых учёных и инноваторов «Инно-Каспий» (г. Астрахань, 2009 г.); Всероссийской молодёжной научной конференция «X Королёвские чтения» (г. Самара, 2009 г.); Всероссийском научно-практическом семинаре «Энергоэффективность и энергобезопасность на предприятиях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства» (г. Салават, 2010 г.).

Основные положения работы опубликованы в 21 научной работе, из них 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК; по теме диссертационной работы получены 2 патента РФ.на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав основного текста, заключения, списка использованной литературы из 130 наименований и приложения. Основная часть диссертации изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков и 18 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертационной работе обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цель и задачи исследования, приводятся основные положения и результаты, выносимые на защиту, отмечается их научная новизна и практическая ценность. Приводятся сведения о внедрении результатов работы и публикациях.

В первой главе рассмотрены термины и определения, используемые в области ИИС. Приведена структурная схема ИИУС с МОГГГ технологического процесса изготовления стеклопластиковых изделий и определены требования к преобразователям электрического тока со стороны ИИС. Выполнена сопоставительная оценка методов и средств измерения электрического тока по основным технико-экономическим показателям. Рассмотрены магнитооптические эффекты, представляющие интерес в плане перспективных разработок новых конструкций МОПТ.

На основании анализа научно-технической и патентной литературы выявлены принципы построения МОПТ, предложена их классификация по типу магнитоакгавного чувствительного элемента (МАЭ). Подробно рассмотрены наиболее характерные конструкции, методы преобразования и функциональные схемы МОПТ для использования в ИИС, выявлены их достоинства и недостатки.

Систематизирована информация о возможных способах улучшения эксплуатационных характеристик МОПТ на эффекте Фарадея.

Во второй главе исследованы основные статические магнитные параметры МАЭ, связанные с доменной структурой ферритов и определяющие оптические параметры МОПТ.

Рассмотрена зависимость светового излучения от магнитных и электрических параметров МАЭ. Определена связь между магнитооптическим эффектом Фарадея и оптическими параметрами, вызванная круговым двулучепреломлением (КДП) и круговым дихроизмом (КДХ).

Для расчёта оптических систем с эпитаксиальными пленками феррит-граната в качестве МАЭ рассмотрены различные методы, наиболее удобными признаны матричные методы Джонса и Мюллера, где в общем случае совокупность элементов МОПТ можно представить в виде результирующей матрицы, характеризующей интенсивность и формы поляризации выходящего светового потока.

Поскольку эпитаксиальные пленка феррит-гранатов чаще всего имеют слоистую структуру, в обобщённой матрице МАЭ из такого материала учтено вращение плоскости поляризации, поглощение светового потока в материале МАЭ и потери на границе раздела сред

Ер

Es

X4°VÍ?,) O Es

,(1)

где индексы /иг обозначают падающую и прошедшую волны;

h - толщина МАЭ;

а - коэффициент поглощения материала МАЭ;

ts, tF - амплитудные коэффициенты пропускания для s- и ^-составляющих;

Ss, óр - фазы соответствующих коэффициентов пропускания;

Е — комплексная амплитуда вектора напряжённости электрического поля в плоской электромагнитной волне;

М- намагниченность МАЭ;

Ms - намагниченность насыщения;

<Pf- удельное фарадеевское вращение;

0,1,2- номер среды.

Из закона распространения света в однородной среде (1~А2) определено воздействие оптической системы на интенсивность световой волны. Показано, что под воздействием внешнего магнитного поля плоскость поляризации линейно поляризованного света при нормальном падении света в МАЭ будет дополнительно поворачиваться на угол <pFhcos&zr, где <pF=VHh, тогда интенсивность светового потока

где ФПу( - угол между осями пропускания поляризатора и анализатора; ¡о = Р(/х„ - интенсивность излучения, падающего на поляризатор; ©ы - угол отклонения вектора намагниченности М пленки от перпендикуляра к её поверхности.

С учётом потери при отражении от поверхностей элементов оптических систем и неидеальности системы поляризатор-анализатор в скрещенном положении в реальной оптической системе, в формулу (2) введены коэффициенты g и р соответственно. Тогда выражение (2) принимает вид

I = Iüe"h cos2 (Ф„, +2cp¥h cosöM),

(2)

I = g- 1йе<* [/>+(!- p) cos2 {Фпл + 2 <p?h cos QM)].

(3)

Для получения зависимости 1-/(0 в МОПТ с точки зрения составляющих суммарной плотности энергии взаимодействия МАЭ с внешним магнитным полем Н, где удельное фарадеевское вращение <р^=УН, а Н=У2т, определено выражение, являющееся математической моделью МОПТ

I = g■ 10 ехр(- аН\ р + (1 -/?)сси"

Фп

/"о М3

г2 2^2Кодн-МоМО)

> (4)

где / - величина электрического тока;

г - взаимное положение МОПТ и проводника с током.

Определены основные параметры, характеризующие оптическую систему МОПТ и принятые для численного моделирования процесса преобразования светового излучения. Для определения наибольших влияний параметров на величину интенсивности излучения МОПТ для ИИС, проведён анализ математической модели и рассмотрены расчетные зависимости интенсивности на выходе МОПТ от параметров оптической системы при М$ =150 кА/м, представленные на рисунке 1.

а) б) в)

Рисунок 1 - Зависимость интенсивности излучения I на выходе чувствительного элемента МОПТ от измеряемого тока г и при различных значениях: а) толщины пленки МАЭ й; б) постоянной Верде К; в) взаимного положения проводника с

током и МОПТ г

В результате исследования математической модели (выражение (4)), установлено, что максимум интенсивности - у материалов с высоким значением на величину интенсивности светового излучения не влияет расстояние от проводника с током до МОПТ, а влияние остальных элементов МОПТ на величину интенсивности излучения - равнозначно.

В третьей главе определены оптимальные параметры, характеризующие чувствительность МАЭ: оптимальная толщина, магнитооптическая добротность, оптическая эффективность.

Получено аналитическое выражение статической характеристики МОПТ в виде зависимости выходного напряжения преобразовательного тракта от измеряемого тока, магнитных и электрических параметров: £/ = ■ Я ■ Кус, где К - сопротивление нагрузки на выходе фотодиода; Кус - коэффициент усиления операционного усилителя; \ф = I ■ я ■ V - ток на выходе фотодиода; I -интенсивность светового потока, падающего на фотоприемник; .? - площадь объекта излучения; 7 - интегральная чувствительность фотодиода к стандартному источнику излучения.

Тогда, статическая характеристика МОПТ с учетом (4) примет вид

.(-«А)

■К^-У-з-Я

Р +

(1 ~р)

соя

V

2

ПА 2л2г~[2Кодн - /лйМ1)

.(5)

На основании требований, предъявляемых к светоприёмным устройствам (температурная стабильность, минимум темнового тока, область спектральной чувствительности, предельная рабочая освещённость и др.), определены тип фотоприёмника и его характеристики.

На рисунке 2 графически показана статическая характеристика преобразования МОПТ, построенная по формуле (5).

а) б) в)

Рисунок 2 - Статическая характеристика МОПТ при различных значениях: а) толщины пленки МАЭ й; б) постоянной Верде V; в) взаимного положения проводника с током и МОПТ г

По приведённым зависимостям сделаны следующие выводы: изменение взаимного положениях проводника с током и МОПТ г не влияет на характер изменения функции с ростом значений толщины пленки МАЭ И и

постоянной Верде V возрастает крутизна зависимости и~Д1), причём своего максимума она достигает при максимальных значениях измеряемого тока /.

Дифференцированием выражения (5) по току получена важнейшая характеристика - чувствительность МОПТ

5 = -У-а-Л-

~2яггг{2Кодн-ИйМ1)

^Лгк^ -МомЦ

Построена зависимость чувствительности МОПТ Л" от протекающего по проводнику тока / при различных значениях входящих в выражение (8) параметров (рисунок 3).

-00 300

в) г)

Рисунок 3 - Зависимость чувствительности ^ МОПТ от измеряемого тока при различных значениях: а) взаимного положения осей поляризатора и анализатора Ф/м; б) толщины пленки МАЭ И; в) постоянной Верде К; г) взаимного положения проводника с током и МОПТ г

Из анализа полученных зависимостей следует вывод: расстояние между проводником с электрическим током и МОПТ не влияет на его чувствительность; зависимость чувствительности МОПТ от материала МАЭ линейная, что даёт возможность использовать в качестве МАЭ различные оптические материалы.

Установлено, что основными источниками случайной погрешности измерения МОПТ являются шумы источников и приёмников излучения.

Критерием качества МОПТ служит отношение С/Ш, определяемое по формуле

С А~ (л \ • о , 20ПА

— =-(1- р)зт2(р¥к~---т—О? (у)

где в = 0,5 + 0,5соз2ФПАсо52<ррЬ + (А' - 0,5)пп2Фпл^п2(ррк,

Ш=Шпр/Шии ~ соотношение между шумами приёмника и источника излучения;

А'^/Бо - относительная площадь доменов, намагниченных против

направления распространения света; 5д - общая площадь доменной структуры. Отношение С/Ш зависит от угла скрещивания поляризатора и анализатора, магнитных, оптических и геометрических параметров МАЭ (рисунок 4).

а) б) в)

Рисунок 4 - Зависимость функции сигнал/шум от параметра 2(ррк и: а) угла скрещивания поляризатора и анализатора ФПА; б) фактора деполяризации р\ в) площади доменной структуры А'

На рисунке 4,а определён оптимальный угол ФПА для МАЭ с известными параметрами 2(р?И при Ш = 0,05, А' =0,05. Для МАЭ с большими значениями 2(руЬ наблюдается большая крутизна кривых в области экстремума, что требует точной настройки МАЭ на Фпл■ На рисунке 4,6, зная параметр 2(ргк и определив экспериментально р, можно найти соответствующее отношение С/Ш. На рисунке 4,в представлена зависимость отношения С/Ш от относительной площади наблюдаемой доменной структуры А' при Ш = 0,05.

Для увеличения отношения С/Ш предложен способ оптической фильтрации, заключающийся в ослаблении или исключении нежелательных составляющих спектра излучения с помощью оптических фильтров, имеющих определенную спектральную характеристику пропускания.

В этом случае выражение (10) принимает вид

А,

_c=i

ш

рс(Я) ■ р(Х) ■ г(Я) ■ /Г (1 - /?)sin 20nAsin2<pFhd&

'"1

Ш ¡к(Л)-Г(Л)-р(Я)х

х~[л (l - j?)sin 2Фпл sin 2<pFh + р + (\- р) cos 2{ФШ + (pFh)\ii,

где Л/, Яг - пределы спектральной чувствительности фотоприёмника; ад = -4,215+13,473A-2,842¿J - коэффициент пропускания МАЭ; Г(2) = -2,212-2,815А - чувствительность фотоприёмника; 3/7435-КГ16 _1_

- спектральная плотность светового

р(Я) =

Я

ехр

1,44-КГ Я-Т

излучения.

Установлено влияние на отношение С/Ш магнитных параметров МАЭ (рисунок 5). Зависимость С/Ш от параметров А', р, к является практически линейной.

6,2 0,4 0,6 0,8 lfl 1,2 °'7§,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,101,12 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0.Í

а) б) в)

Рисунок 5- Зависимость функции сигнал/шум от: а) параметра 2(р/,Ь; б) фактора деполяризации р\ в) площади доменной структуры А

При проектировании МОПТ для определения оптимальных характеристик его элементов необходимо свести отношение С/Ш к минимуму.

В четвёртой главе проведено экспериментальное исследование МОПТ, разработана методика проектирования и произведён выбор элементов ИИС с МОПТ.

Автором разработан опытный образец МОПТ и осуществлено его экспериментальное исследование. Проведены прямые многократные измерения с последующей обработкой результатов измерений. На рисунке 6 приведены экспериментальная и расчётная зависимости ивых =/(О- На основании анализа полученных результатов, максимальное расхождение теоретических и экспериментальных данных составило 9%, что соответствует правильности теоретических предположений.

ивых, мкВ

», мА

Рисунок 6 - Расчётная (1) и экспериментальная (2) зависимости напряжения на выходе усилителя иеьа от величины измеряемого тока /

Установлена чувствительность МОПТ по электрическому току.- 5 = 0,011 мкВ/мА. Из экспериментального метода определения погрешностей МОПТ выбран метод нормирования погрешности.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты работы.

В приложении приведены акты внедрения результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведена сопоставительная оценка существующих методов и средств контроля электрического тока для ИИС управления технологическими процессами. Сделан вывод о необходимости разработки и исследования МОПТ для ИИС, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели.

2. Выявлены принципы построения МОГГГ, дана их классификация по типу чувствительного элемента и методам преобразования, используемым в них. Предложены новые структуры ИИС контроля электрического тока и МОПТ, обладающие высокой точностью и расширенными функциональными возможностями. Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на полезные модели №89717 и №90570.

3. Рассмотрены различные методы расчёта оптической системы МОПТ. В обобщённой матрице МАЭ учтены состояния поляризаций в зависимости от коэффициентов пропускания поляризатора и анализатора, от величины угла фарадеевского вращения, пропорционального напряжённости магнитного поля, и слоистая структура МАЭ. Рассмотрены преобразования вектора Джонса при повороте плоскости поляризации в координатной и полярной системах и определено состояние оптической системы.

4. Разработана математическая модель МОПТ в виде аналитической зависимости интенсивности оптического излучения на выходе анализатора от величины электрического тока г, интенсивности излучения /о источника света, удельного фарадеевского вращения <рг, взаимного положения оптических осей поляризатора и анализатора Фпл, намагниченности насыщения М5, длины оптического пути И в магнитооптической ячейке, взаимного положения МОПТ и проводника с током г. В результате моделирования установлен характер влияния на интенсивность светового луча параметров МОПТ.

5. Исследованы основные характеристики МОПТ. Получены аналитические выражения статической характеристики в виде зависимости напряжения на выходе усилителя от измеряемого тока и параметров МОПТ и чувствительности - степени изменения выходного напряжения по току. Построены и проанализированы полученные кривые и даны рекомендации по методам улучшения основных характеристик.

6. Установлено, что основными источниками случайной погрешности МОПТ являются шумы источников и приёмников излучения. Определено, что критерием качества МОПТ служит соотношение С/Ш, зависящее от угла скрещивания осей поляризатора и анализатора, магнитных, оптических и геометрических параметров МАЭ. Построены и проанализированы зависимости отношения С/Ш от этих параметров, что позволило выявить влияние последних на отношение С/Ш и дать рекомендации по методам увеличения отношения С/Ш.

7. Разработан, изготовлен опытный образец МОПТ и проведены его экспериментальные исследования. На основании анализа расчётной и экспериментальной характеристик £/=/[;) сделан вывод о хорошем согласовании теории и эксперимента (максимальная погрешность составила

9%). По результатам статистической обработки прямых измерений определены номинальная характеристика преобразования и границы доверительного интервала с доверительной вероятностью i*=0,98 для числа измерений п-10.

8. Разработаны основы проектирования МОПТ, представленные в виде блок-схемы основных этапов проектирования. Произведен расчёт и выбор основных элементов структурной схемы МОПТ.

9. Результаты диссертационной работы внедрены на ОАО КумАПП в информационно-измерительной и управляющей системе технологического процесса изготовления стеклопластиковых изделий и на ЗАО «Энергоконтракт» - «Завод стендового оборудования». Результаты диссертации используются в учебном процессе на кафедре ИИТ УГАТУ при изучении дисциплин «Датчики физических величин», «Измерительные преобразователи и электроды».

По теме диссертации опубликованы следующие работы

В изданиях из перечня ВАК

1. Математическая модель магнитооптического преобразователя для автоматизированных технологических процессов / М.А. Ураксеев, H.A. Авдонина // Вестник УГАТУ: науч. журн. Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та, 2009. Т. 13. №1(31). С. 36-38.

2. Волоконно-оптические датчики для автоматизированных технологических процессов и производств / М.А. Ураксеев, H.A. Авдонина II Приборы и системы: управление, контроль, диагностика, 2009. №4. С. 29-34.

3. Информационно-измерительные системы экологического назначения с магнитооптическим преобразователем / М.А. Ураксеев, H.A. Авдонина // Экологические системы и приборы, 2009. №6. С. 18-20.

4. Проектирование магнитооптической измерительной системы / М.А. Ураксеев, H.A. Авдонина // Приборы и системы: управление, контроль, диагностика, 2010. №6. С. 34-42.

5. Структурные схемы магнитооптических информационно-измерительных систем экологического назначения / М.А. Ураксеев, H.A. Авдонина // Экологические системы и приборы, 2010. №1. С. 12-16.

Патенты на полезные модели

6. Патент № 89717 RU МПК, G01R29/00. Информационно-измерительная система контроля электрического тока и магнитного поля / Ураксеев М.А., Авдонина H.A.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО УГАТУ. № 2009133632/22; заявл. 07.09.2009; опубл. 10.12.2009. Бюл. № 1. 2 е.: ил.

7. Патент № 90570 RU МПК, G01R29/00. Магнитооптическая измерительная система контроля электрического тока и напряжённости магнитного поля / Ураксеев М.А., Авдонина Н.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО УГАТУ. № 2009133633/22; заявл. 07.09.2009; опубл. 10.12.2009. Бюл. № 34.2 е.: ил.

В других изданиях

8. Информационно-измерительные системы с оптическими преобразователями электрического тока и магнитного поля / Ураксеев М.А., Авдонина Н.А. // Инновации и перспективы сервиса: сб. науч. ст. Уфимск. гос. академия экономики и сервиса. Уфа, 2007. С. 48-53.

9. Интеллектуальные информационно-измерительные системы контроля электрических и магнитных величин / Ураксеев М.А., Авдонина Н.А. // Инновации и перспективы сервиса: сб. науч. ст. Уфимск. гос. академия экономики и сервиса. Уфа, 2007. С. 55-58.

10. Информационные технологии в производстве современной авиационной техники / Ураксеев М.А., Авдонина Н.А. // Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2007»: материалы Всероссийской научной конференции. Астрахань: Издат. дом «Астраханский университет», 2007. С. 147-149.

11. Волоконно-оптические датчики: состояние, проблемы, перспективы / Ураксеев МА., Авдонина Н.А. // Технология, автоматизация, оборудование и экология промышленных предприятий: материалы региональной научно-практической конференции: ебнаучн. ст. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008. С. 132-135.

12. Новый подход к проблемам технического перевооружения машиностроительных предприятий / Авдонина Н.А. // Современные проблемы машиностроения: Труды IV Международной научно-технической конференции. Томск: Издательство ТПУ, 2008. С. 58-62.

13. Информационно-измерительные системы с магнитооптическими преобразователями / Ураксеев М.А., Авдонина Н.А. // Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2008»: материалы Всероссийской научной конференции. Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2008. С. 137-138.

14. Информационно-измерительные системы: назначение, виды, основные компоненты / Ураксеев М.А., Авдонина Н.А. // «АСТИНТЕХ-2008»: материалы Всероссийской научной конференции. Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2008. С. 146-147.

15. Магнитооптические преобразователи электрического тока и магнитного поля для информационно-измерительных систем / Ураксеев М.А., Авдонина Н.А. //

Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2009. №2. С. 26-32.

16. Магнитооптические преобразователи информационно-измерительных систем контроля электрического тока и магнитного поля / Ураксеев М.А., Авдонина H.A. // Каспийский инновационный форум: материалы форума. Астрахань: Издат. дом «Астраханский университет», 2009. С. 177-179.

17. Эффект Фарадея в оптических волокнах / Ураксеев М.А., Авдонина H.A. // Мавлютовские чтения: всероссийская молодежная научная конференция: сб. тр. в 5 т. Том 2 / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. Уфа: УГАТУ, 2009. С. 94-95.

18. Оптические преобразователи электрического тока / Ураксеев М.А., Авдонина H.A. // Мавлютовские чтения: всероссийская молодежная научная конференция: сб. тр. в 5 т. Том 2 / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. Уфа: УГАТУ, 2009. С. 81-83.

19. Информационно-измерительные системы контроля тока и магнитного поля с магнитооптическими преобразователями / Ураксеев М.А., Авдонина H.A. // Мавлютовские чтения: всероссийская молодежная научная конференция: сб. тр. в 5 т. Том 2 / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. Уфа: УГАТУ, 2009. С. 90-91.

20. Информационно-измерительная система с оптическими преобразователями электрического тока и мапштного поля / Ураксеев М.А., Авдонина H.A. // Королевские чтения: всероссийская молодежная научная конференция / Самарск. гос. аэрокосмич. ун-т им. Академика С.П. Королева. Самара: СГАУ, 2009. С. 26-32.

21. Использование волоконно-оптических датчиков электрического тока и магнитного поля в производственных процессах / Ураксеев М.А., Авдонина H.A. // Энергоэффективность и знергобезопасность на предприятиях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства: всероссийский научно-практический семинар / УГНТУ, филиал в г. Салават. Уфа: Гилем, 2010. С. 21-26.

АВДОНИНА Надежда Алексеевна

МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

Специальность:

.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в промышленности и медицине)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать 24.05.2011. Формат 60x801/1 Бумага офисная. Печать плоская. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,0 Уч. - изд. л. 1,0. ТиражЮО экз. Заказ № 171.

ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И КЛАССИ- ' ФИКАЦИЯ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.

1.1. Термины и определения, используемые в области ИИС.

1.2. Структурные схемы ИИС.

1.3. Сопоставительная оценка методов и средств измерения электрического тока. 18.

1.3.1. Магнитооптические эффекты.

1.4. Классификация и принципы построения МОПТ. 1.4.1. Ячейка Фарадея в материале световода.

1.4.2. МОПТ с разделением поляризованного светового сигнала на две пары взаимно ортогональных составляющих.

1.4.3. МОПТ с волоконным световодом из п чувствительных элементов в виде дуг. 32.

1.4.4. Использование двух источников светового излучения.

1.4.5. МОПТ с магнитооптическим материалом в У-образном материале световода.

1.4.6. МОПТ с магнитоактивным элементом внутри соленоида.

1.4.7. МОПТ с использованием двулучепреломляющего анализатора для измерения постоянных токов.

1.4.8. МОПТ с оптически активным кристаллом.

1.4.9. Многократное отражение светового сигнала.

1.5. Способы улучшения эксплуатационных характеристик МОПТ на эффекте Фарадея.

Выводы по главе 1. 50.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МОПТ.

2.1. Основные статические магнитные параметры.

2.2. Зависимость светового излучения от магнитных и электрических параметров МАЭ.

2.3. Интенсивность света, прошедшего через оптическую систему

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С МАГНИТООПТИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.

3.1. Определение оптимальных параметров, характеризующих чувствительность МАЭ.

3.2. Преобразование входной физической величины в процессе ее • регистрации в МОПТ.

3.3. Характеристики измерительной системы. 90 ■

3.3.1. Статическая характеристика преобразования МОПТ.

3.3.2. Чувствительность МОПТ.

3.3.3. Порог чувствительности.

3.3.4. Нелинейность системы.

3.3.5. Помехи, возникающие в ИИС.

3.4. Классификация погрешностей.

3.4.1. Систематические погрешности.103

3.4.2. Случайные погрешности.

3.4.3. Суммирование погрешностей.

3.4.4. Шумы магнитооптических систем.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ МОПТ. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ

ИИС С МОПТ.

4.1. Методика и результаты проведения эксперимента.

4.2. Экспериментальное определение номинальной характеристики и погрешностей МОПТ. Нормирование погрешностей МОПТ.

4.3. Проектирование магнитооптической измерительной системы.

4.4. Разработка структурной схемы ИС.

4.5. Расчет и выбор основных элементов структурной схемы ИС.

4.5.1. Лазерный диод.

4.5.2. Поляризатор, анализатор.

4.5.3. Материал для МОЯФ.

4.5.4. Фотоприемник.

4.5.5. Усилитель.

4.5.6. Аналого-цифровой преобразователь. •

4.5.7. Микроконтроллер.

4.5.8.Буквенно-цифровой индикатор.

Выводы по главе 4.

Актуальность темы. Перевод России на рельсы рыночной экономики требует создания современных и конкурентных технологий, средств контроля параметров, характеризующих их, и эффективных систем управления, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели.

Решение этих проблем диктует необходимость широкого внедрения информационно-измерительных систем (ИИС), в которых информация о контролируемых физических величинах получается с помощью первичных измерительных преобразователей, от характеристик которых зависит качество любой ИИС.

При этом наиболее широко используемой входной физической величиной является электрический ток, измерение и контроль которого необходимы в электроэнергетике, машиностроении, металлургии, авиационной, нефтехимической и др. отраслях промышленности. Это особенно важно в авиастроении, где в целях повышения качества выпускаемой продукции, уменьшения массы, улучшения летноэксплуатационных характеристик различных модификаций летательных аппаратов на смену традиционным конструкционным материалам для их изготовления пришли различные композитные материалы. Технологический процесс их изготовления связан с контролем и управлением величиной электрического тока в автоклавах и термоустановках, поэтому предприятия могут экономить дорогую электроэнергию и, контролируя ее фактический расход, с большей точностью управлять производственными процессами.

В современной практике в ИИС используется множество измерительных преобразователей тока, основанных на различных принципах действия. Однако они не отвечают в полной мере возросшим требованиям в отношении точности, надежности, быстродействия, возможности измерения тока без разрыва электрической цепи, простоты конструкции, массогабаритных показателей.

В этом плане перспективными представляются работы по созданию волоконно-оптических преобразователей тока, основанных на магнитооптическом эффекте Фарадея и обеспечивающих широкий диапазон преобразования и обладающих высокими технико-экономическими показателями [87,88,89,90,91].

Вопросами теории, расчета и конструирования магнитооптических устройств и систем посвящены труды отечественных и зарубежных ученых: Бусурина В.И., Буркова В.Д., Рандошкина В.В., Червоненкиса А .Я., Берикашвили В.Ш., Мировицкого Д.И., Котова В.А., Звездина А.К., Сизова Ф.Ф., Уханова Ю.И., Носова Ю.Р., Гонда С., Сэко Д., Окоси Т., Окамото М., Нисихара X., Акира С., Кимихара К., Wolfe Е., Street D.V. (Lord Relley), Donald J. Sterling, Lipson H., Fraden Jacob, R. G. Jacson, Brindley K., Rozensher Winter и др. [92,93,94,95,96,97,98,99,100,101,102].

Однако в этих работах отсутствуют принципы построения магнитооптических преобразователей электрического тока (МОПТ). В них не в полной мере проведены исследования, посвященные разработке математических моделей МОПТ, улучшению их основных и точностных характеристик, методике проведения экспериментов и разработке основ проектирования.

Эти исследования необходимы для создания новых ИИС с МОПТ, обладающих улучшенными характеристиками и их использования в системах управления производственными процессами. Поэтому тема диссертационной работы, посвященная вопросам проведения исследований по моделированию магнитооптических преобразователей тока и исследованию их основных характеристик с целью создания научной базы для проектирования и разработки новых МОПТ, обладающих улучшенными показателями качества, является актуальной.

Основание для выполнения работы. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ

Уфимского государственного авиационного технического университета и по гранту программы «У.М.Н.И.К.».

Цель диссертации. Разработка и исследование информационноизмерительной системы с магнитооптическим преобразователем электрического тока на эффекте Фарадея, обладающей высокой надежностью, точностью, быстродействием и улучшенными массогабаритными показателями.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи:

1. Проведение сопоставительного анализа современных методов и средств преобразования электрического тока для ИИС управления технологическими процессами и выявление наиболее перспективных из них. Разработка принципов построения МОПТ и анализ их использования в ИИС контроля электрического тока.

2. Разработка математической модели МОПТ и выявление методов увеличения интенсивности светового излучения на входе фотоприемного элемента МОПТ.

3. Исследование основных характеристик МОПТ и выработка рекомендаций по их улучшению для использования в ИИС.

4. Исследование источников погрешностей и разработка методов повышения точности МОПТ для ИИС.

5. Разработка основ проектирования МОПТ с улучшенными техническими характеристиками для ИИС, создание лабораторного образца МОПТ, проведение его экспериментального исследования и обработка результатов эксперимента.

• Методы исследований. Представленные в диссертационной работе научные положения обоснованы теоретическими и экспериментальными исследованиями с применением теоретических основ электротехники, электроники, теории доменной структуры магнетиков, теории магнитных цепей, волновой и геометрической оптики, законов поляризационного 8 излучения и др. При выполнении исследований широко использовались программные пакеты Microsoft Office, Sigma Plot, Компас, Visual Basic и др.

На защиту выносятся:

1. Принципы построения МОПТ на эффекте Фарадея, сформулированные на основе сопоставительной оценки преобразователей электрического тока.

2. Математическая модель МОПТ, описывающая основные закономерности процессов функционирования преобразователя.

3. Результаты исследований основных характеристик МОПТ и методы их улучшения для обеспечения высокой эффективности ИИС контроля электрического тока.

4. Методика проектирования МОПТ, результаты экспериментальных исследований, оценка погрешности и разработка методов повышения точности МОПТ с чувствительным элементом, выполненным на основе эпитаксиальной пленки феррит-граната.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Обобщены, классифицированы и проанализированы принципы построения магнитооптических преобразователей электрического тока. Систематизированы способы улучшения эксплуатационных характеристик МОПТ на эффекте Фарадея.

2. Впервые разработана математическая модель МОПТ в виде аналитической зависимости интенсивности светового луча на входе фотоприемного устройства от величины измеряемого тока и параметров элементов оптической системы.

3. Разработаны способы улучшения основных характеристик МОПТ на эффекте Фарадея, обеспечивающие эффективность функционирования ИИС.

4. Разработана методика проектирования МОПТ и произведен расчет и выбор основных элементов ИИС. 9

Практическая ценность и внедрение результатов работы:

1. Проанализированы принципы построения МОПТ для ИИС контроля электрического тока. •

2. Разработаны оригинальные конструкции МОПТ, защищенные патентами на полезную модель №89717 и №90570, обладающие высокой надежностью, точностью и повышенной чувствительностью к измеряемому электрическому току с целью обеспечения увеличения эффективности функционирования ИИС.

3. Даны рекомендации по методам улучшения основных и точностных характеристик ИИС.

4. Проведен комплекс экспериментальных исследований для практического использования МОПТ для ИИС ■

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на: Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности АСТИНТЕХ» (г. Астрахань, 2007, 2008, 2009 гг.); , IV — ой Международной научно-технической конференции «Инновации и перспективы сервиса» (г. Уфа, 2007; работа отмечена грамотой конференции); Региональной научнопрактической конференции «Технология, автоматизация, оборудование и экология промышленных предприятий» (г. Уфа, 2008); Международной научно-практической конференции «Электронная культура. Преодоление информационного неравенства» (г. Астрахань, 2008); IV Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (г. Томск, 2008); Всероссийской молодежной научной конференции «Мавлютовские чтения» (г. Уфа, 2008, 2009); Конференции молодых ученых и инноваторов «Инно-Каспий» (г. Астрахань, 2009); Всероссийской молодежной научной конференция «X Королевские чтения» (г. Самара); 2009); Всероссийском научно-практическом семинаре «Энергоэффективность и энергобезопасность на предприятиях промышленности и жилищно-коммунального'хозяйства» (г. Салават, 2010).

10

Основные результаты диссертационной работы внедрены в производственные процессы на ОАО «КумАПП», (г. Кумертау); на Филиале ЗАО «Энергоконтракт» — «Заводе стендового оборудования и оснастки» (г. Кумертау); в учебный процесс в Филиале ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет в г. Кумертау.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 печатные работы, в том числе 2 патента на полезную модель, 5 статей в ведущих научных журналах и изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Основная часть диссертации изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка и 14 таблиц.

Выводы по главе 4

1. Проведено экспериментальное исследование статической характеристики МОПТ на эффекте Фарадея. Установлено, что расчетная зависимость выходного напряжения от измеряемого тока ивых =/(і) имеет практически линейный характер и максимум степени нелинейности статической характеристики при этом составляет етах ~ 0,0003%.

2. Выполнен ряд измерений, по результатам которых построена экспериментальная зависимость ивых = /(0- На основании анализа расчетных и экспериментальных данных можно сделать вывод о хорошем согласовании теории и эксперимента. Максимальная погрешность составила 9,5%.

3. Оценена экспериментальная чувствительность МОПТ: мВ

8=0,012--.

А "

4. Проведено экспериментальное определение погрешности измерений. По результатам статистической обработки результатов прямых измерений определены номинальная характеристика преобразования и границы доверительного интервала с заданной доверительной вероятностью Р=0,99.

5. Согласно ГОСТ 8.401-80 установлены приведенная погрешность гк 7,087-10"2 ,

МОПТ — = л 2 = 1,6668 % и класс точности 1,5. у0 4,252-10 2

6. Приведена методика расчета и выбора основных элементов магнитооптической ИС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Показана перспективность ИИС с ВОПМП для управления технологическими процессами, что приводит к повышению эффективности ИИС. В результате анализа систематизированы принципы построения. ВОПМП, позволяющие создавать ИИС, повышенной безопасности.

2. Предложено новое техническое решение по созданию информационно-измерительного устройства контроля электрического тока и магнитного поля (патент на полезную модель №62712), обладающее высокой точностью измерения для ИИС.

3. В результате исследования физических процессов, происходящих в чувствительном элементе ВОПМП, была получена аналитическая зависимость интенсивности светового излучения от напряженности внешнего магнитного поля, расстояния до проводника, ослабляющих свойств и параметров материала ОВ.

4. В результате моделирования выявлено, что наибольшее влияние на величину интенсивности излучения оказывают такие параметры оптического волокна, как числовая апертура (АЫ) и число витков (N). Установлено, что чувствительность ВОПМП увеличивается с ростом числовой апертуры и напряженности магнитного поля.

5. Исследованы источники погрешностей ВОПМП для ИИС, что позволило увеличить эффективность ИИС. Показано, что наиболее существенной из них является неоднородность среды ОВ. Она имеет наименьшую величину А^я.=0,02° при ф1ш.= 1,36° , а ОВ должно работать в одномодовом режиме, так как наличие пространственных мод сильно деполяризует излучение. Выявлено, что часть погрешностей может быть снижена в процессе сборки ВОПМП точными настройками элементов конструкции. Многие погрешности носят систематический характер, поэтому могут быть учтены.

6. Создан экспериментальный образец ВОПМП и проведены опытные исследования, на основе которых установлена правильность основных теоретических положений. Максимальное расхождение теоретических и экспериментальных данных не превысило 12%, что свидетельствует об адекватности математической модели реальному объекту. Установлен диапазон контроля напряженности магнитного поля Н=0,5-500 А/м при чувствительности 8= 0,000012 (Вхм)/А. По результатам статистической обработки прямых измерений определены номинальная характеристика преобразования и границы доверительного интервала с доверительной вероятностью Р=0,9 для числа измерений N=10.

7. Разработан программный продукт для ЭВМ, позволяющий сократить временные затраты на проектирование ВОПМП в ИИС.

8. Разработан программный продукт для ЭВМ, позволяющий рассчитать экономическую эффективность инвестиций от внедрения ВОПМП, для искро-, взрывобезопасной ИИС.

1. Бузановский Б.А. Структурные схемы информационно-измерительныхсистем экологического назначения Текст.: / Б. А. Бузановский //

2. Экологические системы и приборы. 2008. №1.

3. Электротехника для качественного электроснабжения на выставке «ЭлектроТехноЭкспо, 2007» //Еженедельник «Снабженец». — декабрь 2007 г. -№48(596).

4. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: структуры и алгоритмы, системотехническое проектирование Текст.: М.П. Цапенко. -2-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 790 с.

5. Информационно-измерительная техника и электроника Текст.: учебник / под ред. Г.Г. Раннева. М.: Изд. центр «Академия», 2006. 790 с.

6. Карандеев К.Б. Измерительные информационные системы и автоматика // Вестник АН СССР.1961. №10.

7. ГОСТ Р 8.596-2002. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения.

8. Темников Ф.Е., Харченко P.P. Электрические измерения неэлектрическихвеличин. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1968. *

9. Метрология и радиоизмерения: Учеб. пособие для студ. высш. учеб.заведений / Б.В. Дворяшин. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 304 с.

10. Гармаш В.Г., Егоров Ф.А., Коломиец Л.Н. и др. Возможности, задачи иперспективы волоконно-оптических измерительных систем в современном приборостроении // Фотон-экспресс. 2005. №6. •

11. Волоконная оптика в приборостроении / Под ред. М.М. Бутусова. Л.: Машиностроение, 1989.

12. Бусурин В.И., Красюк Б.А. Оптические системы связи и датчики. М.: Радио и связь, 1990.

13. Корнеев Г.И., Красюк Б.А. Оптические системы связи и датчики. М.: Радио и связь, 1990.

14. Евтихиев Н.Н., Засовин Э.А., Мировицкий Д.И. // Волоконно-оптические преобразователи в системах передачи данных. Итоги науки и техники. Сер. Связь, Т. 8. Оптическая связь. М.:ВИНИТИ,1991.

15. Берикашвили В.Ш., Евтихиев Н.Н., Мировицкий Д.И. Оптоволоконная система контроля атмосферы на основе вынужденного комбинационного рассеяния // Приборы и системы управления, 1997, №3.

16. Евтихиев Н.Н., Засовин Э.А., Мировицкий Д.И. Интегрально-оптические и оптоэлектронные схемы // Сб. Радиоэлектроника: Состояние и тенденции развития. Т. 2, М.:Изд. НИИЭИ, 1995.

17. Авт. св. 1755347. Волоконно-оптическое устройство управления фазированной антенной решеткой. Изобретение 1996, №30.

18. Мировицкий Д.И., Козлова Н.Д. Волоконно-оптические датчики // Сб. Радиотехника. Тенденции и развитие, НИИЭИМ, 1990, №11.18. -Мировицкий Д.И. Мультиплексированные системы волоконно-оптических физических величин // Измерительная техника, 1992, №1.

19. Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики. JL: Энергоатомиздат, 1992.

20. Световодные датчики / Б.А. Красюк, О.Г. Семенов, А.Г. Шереметьев и др. -М.: Машиностроение, 1990. — 256 с.: ил.

21. Optical Fiber Sensor Technolodgy / Giallorenzi T.G., Buccaro J.A.,Dandridge A. et al. // IEEE Trancactions on Microwave Theory and Techniques. Vol. MTT-30. N. 4. 1992. P. 472-511.

22. Патент № 2281516 RU. МПК G01R15/24. Опубл. 10.08.2006. БИ № 22. / Ловчий И. Л. и др. Способ измерения переменного электрического тока и устройство для его осуществления.

23. Патент № 2321000 RU. МПК G01R15/24. Опубл. 27.03.2007. БИ № 9. / Вицинский С.А. и др. Волоконно-оптический трансформатор тока.

24. Клаасен К.Б. Основы- измерений. Электронные методы и приборы визмерительной технике. М.: Пост маркет, 2000. 352 с.153

25. Белотелов В.И., Пятаков А.П., Еремин С.А., Мусаев Г.Г., Звездин А.К., Новый нелинейный интенсивный эффект Керра в полярной геометрии // Физика твердого тела. — 2000. — Т. 42. №10. — с. 1826 - 1832.

26. Конюхов Н.Е., Плюют А.А., Марков П.И. Оптоэлектронные контрольно' измерительные устройства. М.: Энергоатомиздат, 1985.-152 с.

27. Ураксеев М.А., Марченко Д.А. Магнитооптические датчики. Датчики и системы. 1999. №12. — с. 33 36.

28. Massey G. A., Erikson D. С. and Kadlec R. A. Electromagnetic field components: Their measurement using linear electrooptic and magnetooptic effect // J. Appl. Opt.-1985.-Vol. 14. -P. 2712.

29. Патент США №5416860, Int. Cl. G01R 19/00. Method and apparatus for optically measuring electric current and/or magnetic field with temperature compensation / Yen-Zen Lee, Chu-Pei; K. Roger Lee, Tainan, both of Taiwan,

30. Prov. of China. №296600; Заявл. 29.08.1994; Опубл. 16.05.1995. .

31. Abbe F., Fagot H., Smigelski P. Use of Endoscope for Optical Fiber Holography // Progress in Holographic Applications. Proc. SPIE. Vol. 600, P. 199 203.

32. Von, Lindeichem Т., Ahrens T. A New Holographic Interferometer with Monomod Fiber for Integrated Optic Applications. // Progress in Holographic Applications. Proc. SPIE. Vol. 600, P. 106 — 114.

33. Nemoto S., Tetsusaki K. Energy Transmission Capacity of Fibers Determinated by Temperature Rise. //Appl. Optics. Vol. 20. N. 8. 1981. P. 1407-1412.

34. Harmer A. L. Optical Fiber Sensor Market. // First Intern. Conf. Opt. Fiber Sensors, 26 — 28 April 1983. Venue. P. 53 — 56.

35. A Competitive Assessment of the US Fibers Optic Industry / Office of Telecommunication US Department of Commerce // Fiber and Integr. Optics. Vol.5. N. 4. 1996. P. 329 409.

36. Патент № 2262709 RU. МПК G01R15/24. Опубл. 20.10.2005. Бюл. № 29. / Казачков Ю.П1 и др. Волоконно-оптическое устройство для измерения импульсных токов.

37. Ramprasad В. S., Radhaday T. S. Specie-Based Fiber-Optic Current Sensor. // Optics Technology. Vol. 16. N. 3. 1984. P. 156 159.

38. Патент ЕПВ №657740, Int. Cl. 6G01R 15/24. Method and apparatus for magneto-optical measuring electric current / Meier, Markus; Dr, ABB RESEARCH LTD. №94118299.0; Заявл. 21.11.1994; Опубл. 14.06.1995.

39. Патент № 2161315 RU. МПК G01R33/032. Опубл. 27.12.2000. Бюл. № 29. /

40. ЗАО «Нефтегазкомплектсервис». Датчик магнитного поля.

41. Патент № 2161316 RU. МПК G01R33/032. Опубл. 27.12.2000. Бюл. № 29. / ’ ЗАО «Нефтегазкомплектсервис». Датчик магнитного поля.

42. Патент № 2177625 RU. МПК G01R33/032. Опубл. 27.12.2001. Бюл. № 10. / ЗАО «Нефтегазкомплектсервис». Датчик магнитного поля.

43. Патент № 2255345 RU. МПК G01R33/032. Опубл. 27.06.2005. Бюл. № 17. / ЗАО «Центр ВОСПИ». Волоконно-оптический датчик магнитного поля.

44. Авт. св. SU №847248, МКИ G02F1/09. Магнитооптический преобразователь. Жучков А. Г., Мочалов В. Д.

45. Патент № 2035048 RU МПК G01R33/032, G01N21/41. Опубл. 10.05.1995. Бюл. № 26. / Варнавский В.А. и др. Оптоэлектронный измерительпостоянных магнитных полей и токов.

46. Патент № 2259571 RU МПК G01R33/032, G01N21/41. Опубл. 27.08.2005. Бюл. № 24. / ЗАО «Центр ВОСПИ». Волоконно-оптический датчик магнитного поля.

47. Патент № 2092832 RU МПК G01N27/90. Опубл. 10.10.1997. Бюл. № 18. / Рандошкин В.В. Способ визуализации дефектов, устройство для его осуществления и преобразователь магнитного поля

48. Дерюгин И.А. и др. Фотоэлектрический поляриметр инфракрасного диапазона. // Оптика и спектроскопия. -1980.-Т. 28.- №2.

49. Тронько В.Д. и др. Метод регистрации угла поворота плоскости поляризации света. // Оптика и спектроскопия. 1981. — Т. 30. - №3.

50. Сивухин Д.В. Общий курс физики: Учебное пособие: Для вузов. В 5 т. Т. IV.

51. Оптика. — 3-е изд. стер. — М.: ФИЗМАТЛИТ. 2006. — 792 с.155

52. Авт. св. SU №705406, МКИ G02F1/09. Магнитооптический компенсатор. ' Александров К.С., Анистратов А.Т., Безносиков Б.В. Галанов Е.К.,1. Эдельман И.С.

53. Патент № 2035049 RU МПК G01R33/032, G01N21/41. Опубл. 05.10.1995.

54. Бюл. № 42. / Варнавский В.А., Лебедев С.В., Толокнов Н.А.

55. Магнитооптический измеритель постоянных магнитных полей и токов.

56. Патент № 14683 RU МПК G02F1/09 Опубл. 10.08.2000. / Ураксеев М.А., Марченко Д.А. Оптический датчик тока.

57. Патент Германии №4342409, Cl. G01R 19/00. //РЖ «Изобретения стран мира». 1997. №3.

58. Авт. св. SU №673957, МКИ G02F1/09: Магнитооптический компенсатор. Александров К.С., Анистратов А.Т., Безносиков Б.В. Галанов Е.К., Эдельман И.С.

59. Рандошкин В.В., Червоненкис А.Я. Прикладная магнитооптика: — М.: Энергоатомиздат. 1990.-320 с.: ил.

60. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма: Пер. с японск. М.: Мир. Т. 1.: магнитные свойства вещества, 1997. Т. 2.: магнитные характеристики ипрактическое применение, 1997. ,

61. Малоземов А, Слонзуски Дж. Доменные стенки в материалах с ' цилиндрическими магнитными доменами: Пер. с англ. М.: Мир, 1982.

62. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс, для инженеров и научных работников / Под ред. Э. Удда. Москва: Техносфера, 2008. — 520 с.

63. Эшенфельдер А. Физика и техника цилиндрических магнитных доменов: Пер. с англ. М.: Мир, 1983.

64. Методы и средства измерений магнитных характеристик пленок /

65. Червинский М.М., Глаголев С.Ф., Архангельский В.Б. Л.:• Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, -1990. 208 с.: ил.

66. Takeuchi Н. The Faraday effect of bismuth substituted rare-earth iron garnets //

67. Japan. J. Appl. Phys. 1985. Vol.l4.P. 1903 1910/

68. Белов К.П., Зайцева M.A. Ферриты. Пер с англ. М.: Мир, 1962. - 504 с.156

69. Мукимов К.М., Очилов О.О., Халмуратов М.Г. Температурные и полевые зависимости фотоиндуцированного изменения намагниченности в иттриевом феррите-гранате // Физика твердого тела. — 1997. — Т.39. — №7.-С. 1263 -1266.

70. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник / Н.Н. Акимов, Е. П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок. Минск: Беларусь, 1994. -591 с.

71. Туричин А.М., Новицкий П.В. и др. Электрические измерения неэлектрических величин. — JL: Энергия, 1975. —576 с.

72. Deeter M.N. Domain effects in Faraday effect sensors based on iron garnets // J. Appl. Opt. 1995. -Vol.34.-P. 655.

73. Соколов A.B. Оптические свойства металлов. — М: Физматгиз, 1961.

74. Носков М.М. Оптические и магнитооптические свойства металлов. — Свердловск: Изд-во УНЦ АН СССР, 1983.

75. Аззам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет / Пер. с англ. — М: Мир, 1981.

76. Hartmann U., Mende Н. The stray-field-unduced birefringence of ferroflui,ds applied to the study of magnetic domains // J. Magn. Magn. Mat. 1994. - Vol.41.-N. 2.

77. Пекар С.И.Кристаллооптика и добавочные световые волны. Киев: Наукова Думка, 1982.

78. ГроотС.Р., Сатторп Л.Г. Электродинамика. -М.: Наука, 19821.

79. Келих С. Молекулярная нелинейная оптика. М.: Наука, 1981.

80. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.

81. Кринчик Г.С. Физика магнитных явлений. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982.,

82. Смоленский Г.А., Писарев Р.В., Синий И.Г. УФН, 1975. -Т. 116. - С. 231.

83. Сиротин Ю.С., Шаскольская М.П. Основы кристаллофизики. М.: Наука, 1995. С. 663.

84. Элементы и устройства на цилиндрических магнитных доменах / А.М. Балбашов, Р.В. Лисовский, В.К. Раев и др., Под ред. Н.Н. Евстихеева, В.Н. Наумова. М.: Радио и связь, 1987.

85. Звездин А.К., Котов В.А. Магнитооптика тонких пленок. — М.: Наука, 1988. -192 с.

86. Кооу С., Enz U. Domains structure theory // J. Appl. Phys. 1960. - №1 - Vol.15.-P.7-12.

87. Zvezdin A.K., Kotov V.A. Modem magnetooptic and magnetooptical materials. -London: Institute of Physics Publishing, 1997. — P. 386.

88. Патент № 2255345 Российская Федерация. МПК7, G01R33/032. Волоконнооптический датчик магнитного поля. Текст.: / ЗАО «Центр ВОСПИ»; заявитель и патентообладатель ЗАО «Центр ВОСПИ». № 2004105983/28; заявл. 02.03.2004; опубл. 27.06.2005, Бюл. № 18 - 5 с.

89. Аксененко М.Д., Микроэлектронные фотоприемные устройства. .Текст. /

90. М.Д. Аксененко, М.Л. Бараночников, О.В. Смолин М.: Энергоатомиздат, 1984.-208 с. >

91. Бриндли К. Измерительные преобразователи Тескт.: Справочное пособие: Пер с анг. / К. Бриндли. — М.: Энергатомиздат, 1991.- 144 с.

92. Карась В.И. Быстродействие пары фотодиод операционный усилитель Текст.: В.И. Карась, П.А. Торпачев // Измерительная техника. - 1991. -№11.-С. 37-39.

93. Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник Текст.: / В.П. Берзан, Б.Ю. Геликман, М.Н. Гураевский и др.: Под ред. Г.С. Кучинского. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 656 с.

94. Основы измерений. Датчики и электронные приборы: Учебное пособие / К. Клаасен — 3-е изд. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2008 -352 с.

95. Ленц Дж. Э. Обзор магнитных датчиков // ТИИЭР. — 1990. — Т.78. №6. -С.87 -99.

96. Балабанов Д.Е., Никитов С.А. Исследование магнитных полей рассеяния малых линейных размеров магнитооптическими методами // Физика твердого тела. — 2000. — Т.42. №5. - С. 862 - 865.

97. Day G.W. at al. Faraday effect sensors for magnetic field and electric current // Fiber Optic and Laser Sensors XII, SPIE 2148. 1994. — P. 42.

98. Day G.W. at al. Limits to the precision of electro-optic and magneto-optic sensors. -NBS Tech. Note 1307, 1987.

99. Day G.W., Deeter M.N., Rose A.H. Faraday effect sensors: review of recent progress // Advances in Optical Fibre Sensors, SPIE PM07. 1992. -P. 11.

100. Патент № 5844710 CILIA, МКИ2 G02F 1/09. Faraday rotator and optical deviceemploying the same / Nobuhiro Fukushima (JP). — № 803378; Заявл. 20.02.1997; Опубл. 1.12.1998. .

101. Патент Германии № 9523977. Измерительная катушка со стабильным двойным лучепреломлением // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1996.-№15.

102. Патент № 5463316 США, МКИ2 G01R 33/02. Magnetooptic sensor head / Kazushi Shirai, Toshihiro Shinbo (JP). № 70684; Заявл. 2.06.1993; Опубл. 31.10.1995.

103. Патент Японии № 6019383. Оптический,измеритель тока // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1996. - №23.

104. Патент № 5568049 США, МКИ2 G01R 33/032. Fiber optic Faraday flux transformer sensor and system / Frank Bucholtz (US). — № 140389; Заявл. 22.10.1993; Опубл. 22.10.1996.

105. Патент Германии № 9626452. Способ и устройство для измерения магнитного поля с использованием эффекта Фарадея и компенсацией изменений интенсивности // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1997.-№17.

106. Патент Великобритании № 2269009. Магнитооптический измеритель крутящего момента с температурной компенсацией // Реферативный журнал

107. Изобретения стран мира». 1995. - № 22. .159

108. Патент Великобритании № 434210. Способ магнитооптического измерения и магнитооптическое токоизмерительное устройство // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1997. — №3.

109. Патент № 5736737 США, МКИ2 ТКШ 5/16. Concatenated magneto-optic field sensors / Jay W. Dawson, Trevor W. (US). № 561810; Заявл. 22.11.1995; Опубл. 7.04.1998.

110. Патент США № 5568049. Система и оптоволоконный измерительный преобразователь потока на эффекте Фарадея // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1997. -№19.

111. Патент Швейцарии № 0684612. Оптический датчик электрического тока // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». — 1996. — №8.

112. Баюков А.В., Гитцевич А.Б., Зайцев А.А. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1987:106; Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника. М.: Высшая школа,2001.

113. Гусев B.F., Гусев IO.M. Электроника и микропроцессорная техника. М.:1. Высшая школа, 1991. .

114. Никитин! П.И1, Савчук А.И. Эффект Фарадея в полумагнитных полупроводниках // Успехи физических наук, том 160, выи. 11,1990.

115. Волоконно-оптические датчики магнитного поля и электрического тока на основе эффекта Фарадея в кристаллах Bi12Ge02o и Bii2Si02o / В.Т.Потапов, -Т.В; Потапов, А.В. Кухта, М.Е.Удалов, А.М. Мамедов // Спецвыпуск «ФОТОН-ЭКСПРЕСС»-НАУКА. 2005. №6.

116. Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника. М.: Высшая школа,2001.111. http://www.chipinfo.ru112. http://www.rics.ru

117. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980. — 512 сгр. с ил.

118. Темников Ф.Е., Афонин BJL, Дмитриев В.И. Теоретические основы информационной техники. М.: Энергия, 1979.

119. Смирнов Н.В., Дудин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М.: Наука, 1965.

120. Вентцель Е.С., Овчаров ЛЛ. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М.: Наука, 1991.

121. Ишанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронныхприборов. Л.: Машиностроение, 1986. 175 с. /

122. Кондратенков Г.С. Обработка информации когерентными оптическими системами. М.: Советское радио, 1972. 208 с.

123. Лихтер А.М., Козлов А.А. Структурная и параметрическая оптимизациямагнитооптической установки с дифференциальной измерительной схемой и оптической фильтрацией // Естественные науки: Журналфундаментальных и прикладных исследований. Астрахань: Изд-во

124. Астраханского гос. пед. ун-та, 2000. №2.

125. Зарипов М.Ф. Преобразователи с распределенными параметрами для автоматики и информационно-измерительной техники. М.: Энергия, 1969.

126. Сергеев А.Г. Метрология: Учебник. М.: Логос, 2005. - 272 с.: ил.

127. Раскатов А.И. Задачник по электротехнике и электрооборудованию. — М.: Высшая школа, 1964. 56 с.

128. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учеб. пособие для студентов приборостроительных специальностей вузов. — Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1991. -622 с.

129. Кайдалов С.А. Фоточувствительные приборы и их применение: Справочник. М.: Радио и связь, 1995. - 120 с.

130. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л., Смолин О.В. Микроэлектронные фотоприемные устройства.— М.: Энергоатомиздат, 1984.— 208 с.

131. Конюхов Н.Е., Плют А.А., Марков П.И. Оптоэлектронные контрольноизмерительные устройства. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 152 с.

132. Современные кремниевые фотодиоды. Справочный листок. // Радио. —2002. -№2. -С. 47-50.

133. Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики: Учебн. В 2 т. / Под ред. Ю.И. Дика. 5-е изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 576 с.

134. Гусев В.Г., Мирина Т.В., Мирин Н.В. Оптические и оптоэлектронные устройства для биологии и медицины (в вопросах и ответах) 2-е изд., стереотип. / Уфимск. гос. авиацион. техн. ун-т. -Уфа: УГАТУ, 2010. 270 с.131.

135. Emerald P. «Nonnlntrusive» HallEfFect CurrenttSensing Techniques Provide Safe, Reliable Detection and Protection for Power Electronics. Application Inn formation STP9881. Allegro MicroSyss terns.