научная статья по теме ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР Энергетика

Текст научной статьи на тему «ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР»

ЛИТЕРАТУРА

1. Мурашкина Т. И, Пивкин А. Г., Коломиец Л. Н. и др. Ради-ационно-стойкий волоконно-оптический датчик разности давления для первого контура атомных реакторов // Междунар. симп. "Надежность и качество—2014". В 2 т. / Под ред. Н. К. Юркова. — Пенза: Изд-во Пенз. ГУ, 2014. — Т. 2. —С. 71—74.

2. Положительное решение от 1.12.2014 по заявке на изобретение № 2013102403/28 (003277) от 17.01.2013 Дифференциальный волоконно-оптический датчик разности давления / Т. И. Мурашкина, А. Г. Пивкин, Л. Н. Коломиец и др.

3. Мещеряков В. А, Мурашкина Т. И., Бадеева Е. А, Пивкин А. Г. Волоконно-оптические датчики аттенюаторного типа для летательных аппаратов // Датчики и системы. — 2003. — № 4. — С. 11—14.

4. Пивкин А. Г., Мурашкина Т. И. Волоконно-оптические датчики давления аттенюаторного типа для ракетной техники: Монография. — Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. — 150 с.

5. Пат. № 2308677 РФ, МПК6 001 В 11/00. Волоконно-оптический преобразователь перемещения / А. Г. Пивкин, Т. И. Мурашкина, Т. Ю. Крупкина / Бюл. —2007. — № 29.

УДК 531.768.666.223.9

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР FIBER-OPTICAL ACCELEROMETER

Дмитриев Алексей Викторович

канд. техн. наук, доцент Юрин Александр Игоревич канд. техн. наук, доцент E-mail: ayurin@hse.ru Злодеев Герман Юрьевич аспирант

E-mail: gzlodeev@hse.ru

Московский институт электроники и математики Национального исследовательского университета "Высшая школа экономики", Москва

Аннотация: Рассмотрен пример построения акселерометра на основе волоконно-оптических преобразователей перемещения прямого типа с внешней модуляцией. Приведено описание опытного образца волоконно-оптического акселерометра и результаты его экспериментального исследования. Ключевые слова: волоконно-оптический датчик, акселерометр, световод.

ВВЕДЕНИЕ

В работе [1] были рассмотрены принципы построения низкочастотных акселерометров на основе волоконно-оптических преобразователей перемещения (ВОПП) с внешней модуляцией. Была рассмотрена конструкция датчика виброускорений, использующая ВОПП рефлектометрического типа, когда модуляция интенсивности светового потока, распространяющегося от источника излучения к фотоприемнику по каналу, содержащему волоконные световоды, осуществляется изменением пространственного положения отражающей поверхности инерционного элемента.

Наличие отражающей поверхности является наиболее существенным недостатком датчиков

Dmitriev Alexey V.

Ph. D. (Tech.), Associate Professor

Yurin Aleksandr I.

Ph. D. (Tech.), Associate Professor

E-mail: ayurin@hse.ru

Zlodeev German Yu.

Postgraduate

E-mail: gzlodeev@hse.ru

Moscow Institute of electronics and mathematics of National research University "Higher school of Economics", Moscow

Abstract: An example of the construction of acceleration sensors based on fiber-optical displacement transducers with external modulation. Designed the prototype of fiber-optical accelerometer and tested according to the elaborated methodology.

Keywords: fiber optic sensor, accelerometer, optical fiber.

данного типа, поскольку под воздействием различных внешних факторов возможно значительное изменение коэффициента отражения поверхности, что приводит к возрастанию неопределенности измерений. Кроме того, приведенные в [1] результаты экспериментальных исследований макета акселерометра на основе ВОПП рефлекто-метрического типа выявили и другие недостатки датчиков такого вида.

АКСЕЛЕРОМЕТР НА ОСНОВЕ ВОПП ПРЯМОГО ТИПА

В статье изложены результаты разработки конструкции и исследования макета датчика виброускорений на основе ВОПП прямого типа, принцип работы которого поясняет рис. 1.

Рис. 1. Схема построения ВОПП прямого типа

I(x), отн. ед. 1

0,8

0,6

0,4

0,2

\

N N N V

\ \ \ \ \\

ч—2

\ Ч «ч

0,2

0,4

0,6

0,8 1

X, мм

Рис. 2. Статические характеристики ВОПП для разных значений 20:

1 — 2 = 0,5 мм; 2 — 2 = 1,0 мм

Поток излучения передается от источника излучения ИИ по передающему Т и приемному Я волоконно-оптическим каналам (ВОК) и попадает на фотоприемник ФП. При этом модуляция интенсивности потока происходит за счет изменения взаимного расположения торцов передающего и приемного ВОК, что приводит к измерению величины тока фотоприемника 1(х). Такие преобразователи потенциально обладают более высокой чувствительностью в сравнении с ВОПП рефлектометрического типа.

На рис. 2 приведены статические характеристики ВОПП прямого типа, рассчитанные на основе математической модели, подробно рассмотренной в [2].

Варьируя параметром 2) (расстоянием между плоскостями торцов передающего и приемного ВОК) можно в широких пределах изменять чувствительность и рабочий диапазон перемещений преобразователя, что позволяет с помощью подобных преобразователей реализовывать акселерометры для различных частотных диапазонов. При выборе рабочего диапазона необходимо учитывать, что при применении ВОПП прямого типа в

датчиках виброускорений имеют место угловые перемещения у, что приводит к увеличению нелинейности рабочего участка функции преобразования ВОПП.

КОНСТРУКЦИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА

Разработанная конструкция волоконно-оптического акселерометра (ВОА) схематично представлена на рис. 3.

В качестве ВОК в преобразователе применены одиночные волоконно-оптические жгуты (ВОЖ) с торцом круглой формы радиусом 0,5 мм, сформированные из кварцевых волокон с диаметрами сердцевины и оболочки 22 и 25 мкм соответственно и эффективной числовой апертурой Aq = 0,56. Основным элементом ВОА является цилиндрическая инерционная масса 1, внутри которой закреплен приемный ВОЖ.

Упругий элемент 2 представляет собой тонкую перемычку между инерционной массой и цилиндром 3, который закреплен в корпусе акселерометра 4. Формирование упругого элемента проводилось методом электроискровой резки, позволяющей достичь высокой точности изготовления. Выходной торец передающего ВОЖ крепится внутри втулки 5 с внешней резьбой.

Согласно разработанной методике [2] для расчетного диапазона перемещений 250 мкм были определены оптимальные параметры: расстояние между торцами 0,75 мм и смещение между геометрическими осями ВОЖ 0,35 мм. Сдвиг осей достигается соответствующим расположением втулки с передающим жгутом в корпусе акселерометра.

Особенностью разработанной конструкции является расположение приемного ВОЖ внутри упругого элемента, что позволяет исключить влияние на него различных внешних факторов, в частности, случайных изгибов, ударов, перепадов температуры и т. д. После установки рабочего за-

Рис. 3. Схема волоконно-оптического акселерометра на основе ВОПП прямого типа

0

34

Sensors & Systems • № 3.2015

зора между торцами ВОЖ цилиндр 3 жестко закрепляется в корпусе 4 с помощью клея. Для настройки зазора в корпусе предусмотрено специальное окно.

Были изготовлены лабораторные образцы акселерометров, испытания которых проводились по разработанной методике, представленной в [1]. В результате получены следующие значения технических и метрологических характеристик.

Основные технические характеристики ВОА

Собственная резонансная частота, кГц ..............5... 6

Рабочий диапазон частот, Гц..............................10...1000

Рабочий диапазон ускорений, м/с ....................5...1000

Неравномерность АЧХ, %, не более....................12

Нелинейность АХ, %, не более ..........................5

Коэффициент преобразования, мВ-с/м............0,01...0,02

Динамический диапазон, дБ ..............................36

Диапазон рабочих температур, °С......................—60...+100

Дополнительная температурная

погрешность, %/°С............................................0,15

Масса, г..............................................................25

Полученные результаты показывают, что акселерометр, построенный на основе ВОП перемещений прямого типа, имеет более широкий частотный диапазон, чем волоконно-оптический акселерометр на основе ВОПП рефлектометри-ческого типа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дмитриев А. В., Юрин А. И, Красивская М. И. Волоконно-оптический датчик виброускорений // Приборы. — 2014. — № 2. — С. 7—9.

2. Дмитриев А. В, Красивская М. И., Юрин А. И. Исследование волоконно-оптических датчиков с внешней модуляцией // Датчики и системы. — 2013. — № 5. — С. 34—37.

УДК 681.586'36:681.128

ТЕРМОИНЕРЦИОННЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ОЦЕНКИ ДОСТОВЕРНОСТИ ПОКАЗАНИЙ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ УРОВНЕМЕРОВ НА АЭС

THERMAL-INERTIAL DETECTOR TO READINGS VERIFICATION OF HYDROSTATIC LEVEL SENSORS

Калашников Александр Александрович

инженер 1 категории

E-mail: alexander_ak1987@mail.ru

Московский филиал "Центратомтехэнерго" АО "Атомтехэнерго", Москва

Аннотация: Рассмотрена проблема оценки достоверности показаний традиционно применяемых на АЭС гидростатических уровнемеров без их демонтажа. Предлагается способ, который основан на встраивании внутрь резервуара термоинерционного уровнемера, обладающего высокой точностью и возможностью его использования в качестве эталонного средства.

Ключевые слова: АЭС, АСУТП, измерение уровня в сосудах под давлением, термоинерционный принцип измерения уровня.

Kalashnikov A. A.

First Rank Engineer

E-mail: alexander_ak1987@mail.ru

Atomtechenergo Corporation, Moscow

Abstract: This paper is devoted to the readings verification of hydrostatic level sensors are used traditionally in nuclear power plants. Method is proposed here based on high accuracy thermal-inertial detectors are embedded into the technological vessel to obtain reference means.

Keywords: NPP, APCS, level measurement into pressure vessel, thermal-inertial method of level measurement.

ВВЕДЕНИЕ

С развитием программно-технических комплексов, входящих в структуру измерительных каналов, расширяются возможности вторичной обработки информационных сигналов и, как

следствие, расширяются возможности проведения корректировочных процедур [1].

Вопрос о правильности проведения корректировочных процедур и достоверности показаний измерительных каналов яв-

ляется ключевым при вводе в эксплуатацию вновь проектируемых и строящихся АЭС.

В частности, для измерительных каналов уровня в закрытых технологических е

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Энергетика»