Результаты и перспективы развития волоконно-оптического измерительного тракта
В процессе написания магистерской диссертации был сделан ряд публикаций и докладов на следующих конференциях:
«Энергетика: эффективность, надёжность, безопасность», город Томск (диплом III степени);
«Электроэнергетика глазами молодёжи», город Екатеринбург;
«Наука, технология, инновация», город Новосибирск, (диплом I степени)
В 2012 году на внутреннем конкурсе инновационных проектов НГТУ получен и освоен грант в размере 150 000 руб.
В 2013 году на 112-м международном салоне изобретений «Конкурс Лепин» проект «Волоконно-оптического измерительного тракта» удостоен диплома (Приложение B) и медали Ассоциации изобретателей и производителей Франции (Рис. 5 .65).
Рис. 5.65Мелаь конкурса Лепин
На сегодняшний день проект размещен в студенческом бизнес инкубаторе НГТУ. В соответствии с 217 федеральным законом совместно с НГТУ образовано малое инновационное предприятие ООО «Сибирские Измерительные Системы», объектами интеллектуальной собственности являются НОУ-ХАУ «Передача аналоговых сигналов по оптоволоконному каналу», а так же получено положительное решение о выдачи патента на полезную модель «Устройство передачи аналоговых сигналов» заявка №2012137007.
На базе ООО «СибИС» планируется провести глубокую модернизацию разработанного образца волоконно-оптического измерительного тракта, в дальнейшем организовать серийное производство и реализацию продуктов созданных на его базе.
Заключение
Разработанная система обладает широкой высоко линейной полосой пропускания до 1 МГц, что позволяет,проводит измерения сигнала как частотой 50 Гц так и высокочастотных сигналов. Использование оптоволокна обеспечивает защиту передаваемого сигнала от наведенных помех. Проведенные в ходе работы исследования амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристики подтвердили заложенные в систему параметры.
К недостаткам волоконно-оптического измерительного тракта можно отнести маленькую амплитуду входного напряжения передатчика равное 0,2 В, что предъявляет повышенные требования к качеству первичного датчика, а так же повышенное требование к качеству оптических элементов системы.
Разработанная система сложнее в использовании, чем стандартный коаксиальный кабель, однако низкая стоимость, защита от помех и перенапряжений делает её привлекательной для применения в измерениях высоковольтных импульсов, а так же в измерениях под высоким потенциалом.
Список литературы
CITATION Шум04 \l 1049 : , [1],
CITATION Хар07 \l 1049 : , [2],
CITATION Дья03 \l 1049 : , [3],
CITATION Изм09 \l 1049 : , [4],
CITATION Зав01 \l 1049 : , [5],
CITATION Дья03 \l 1049 : , [3],
CITATION Бут99 \l 1049 : , [6],
CITATION Лаб09 \l 1049 : , [7],
CITATION Ару12 \l 1049 : , [8],
CITATION Выс11 \l 1049 : , [9],
CITATION Веб13 \l 1049 : , [11],
CITATION Сем13 \l 1049 : , [12],
CITATION Гри06 \l 1049 : , [13],
CITATION ПХо98 \l 1049 : , [14],
CITATION ПХо98 \l 1049 : , [14],
Приложения
Приложение A
%% Расчет амплитудно-частотной характеристики Волоконно-оптического измерительного тракта
clc
clear
close;
%% Считывание сигналов из файлов
Hz=[50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1000 1200 ...
1400 1600 1800 2e3 2.2e3 2.4e3 2.6e3 2.8e3 3e3 3.2e3 3.4e3 3.6e3 ...
3.8e3 4e3 4.2e3 4.4e3 4.6e3 4.8e3 5e3 5.5e3 6e3 6.5e3 7e3 7.5e3 8e3 ...
8.5e3 9e3 9.5e3 10e3 11e3 12e3 13e3 14e3 15e3 16e3 17e3 18e3 19e3 ...
20e3 25e3 30e3 35e3 40e3 45e3 50e3 60e3 70e3 80e3 90e3 100e3 150e3 ...
200e3 250e3 300e3 350e3 400e3 500e3 600e3 700e3 750e3 850e3 900e3 ...
910e3 920e3 930e3 940e3 950e3 960e3 970e3 980e3 990e3 1e6 1.01e6 ...
1.02e6 1.03e6 1.04e6 1.05e6 1.075e6 1.1e6 1.2e6 1.3e6 1.4e6 1.5e6 ];
f_name={'A0000CH2.CSV'; 'A0001CH2.CSV'; 'A0002CH2.CSV'; 'A0003CH2.CSV'; 'A0004CH2.CSV'; ...
'A0005CH2.CSV'; 'A0006CH2.CSV'; 'A0007CH2.CSV'; 'A0008CH2.CSV'; 'A0009CH2.CSV'; ...
'A0010CH2.CSV'; 'A0011CH2.CSV'; 'A0012CH2.CSV'; 'A0013CH2.CSV'; 'A0014CH2.CSV'; ...
'A0015CH2.CSV'; 'A0016CH2.CSV'; 'A0017CH2.CSV'; 'A0018CH2.CSV'; 'A0019CH2.CSV'; ...
'A0020CH2.CSV'; 'A0021CH2.CSV'; 'A0022CH2.CSV'; 'A0023CH2.CSV'; 'A0024CH2.CSV'; ...
'A0025CH2.CSV'; 'A0026CH2.CSV'; 'A0027CH2.CSV'; 'A0028CH2.CSV'; 'A0029CH2.CSV'; ...
'A0030CH2.CSV'; 'A0031CH2.CSV'; 'A0032CH2.CSV'; 'A0033CH2.CSV'; 'A0034CH2.CSV'; ...
'A0035CH2.CSV'; 'A0037CH2.CSV'; 'A0039CH2.CSV'; 'A0038CH2.CSV'; 'A0040CH2.CSV'; ...
'A0041CH2.CSV'; 'A0042CH2.CSV'; 'A0043CH2.CSV'; 'A0044CH2.CSV'; 'A0045CH2.CSV'; ...
'A0046CH2.CSV'; 'A0047CH2.CSV'; 'A0048CH2.CSV'; 'A0049CH2.CSV'; 'A0050CH2.CSV'; ...
'A0051CH2.CSV'; 'A0052CH2.CSV'; 'A0053CH2.CSV'; 'A0054CH2.CSV'; 'A0055CH2.CSV'; ...
'A0056CH2.CSV'; 'A0057CH2.CSV'; 'A0058CH2.CSV'; 'A0059CH2.CSV'; 'A0060CH2.CSV'; ...
'A0061CH2.CSV'; 'A0062CH2.CSV'; 'A0063CH2.CSV'; 'A0064CH2.CSV'; 'A0065CH2.CSV'; ...
'A0066CH2.CSV'; 'A0067CH2.CSV'; 'A0068CH2.CSV'; 'A0069CH2.CSV'; 'A0070CH2.CSV'; ...
'A0071CH2.CSV'; 'A0072CH2.CSV'; 'A0073CH2.CSV'; 'A0074CH2.CSV'; 'A0075CH2.CSV'; ...
'A0076CH2.CSV'; 'A0077CH2.CSV'; 'A0078CH2.CSV'; 'A0079CH2.CSV'; 'A0080CH2.CSV'; ...
'A0081CH2.CSV'; 'A0082CH2.CSV'; 'A0083CH2.CSV'; 'A0084CH2.CSV'; 'A0085CH2.CSV'; ...
'A0086CH2.CSV'; 'A0087CH2.CSV'; 'A0088CH2.CSV'; 'A0089CH2.CSV'; 'A0090CH2.CSV'; ...
'A0091CH2.CSV'; 'A0092CH2.CSV'; 'A0093CH2.CSV'; 'A0094CH2.CSV'; 'A0095CH2.CSV'; ...
'A0096CH2.CSV'; 'A0097CH2.CSV'; 'A0098CH2.CSV'; 'A0099CH2.CSV'; 'A0100CH2.CSV'};
for i=1:length(Hz)
[Y]=textread(f_name{i},'%f,','headerlines',16);
A{i}=Y;
end
%% расчет амплитудно-частотной характеристики
ampl_50=(max(A{1})-min(A{1}))/2; %вычисление амплитуды частоты 50 Гц
for i=1:length(Hz)
ampl_oe(i)=(max(A{i})-min(A{i}))/2/ampl_50;
Adb(i)=10*log10(ampl_oe(i));
end
Hz=Hz/1000;
%% Построение графиков
figure(1);
semilogx(Hz,ampl_oe,'b');
grid on;
hold on;
ylim([0 1.2]);
xlabel('Частота, кГц','fontname','Times NewRoman','FontSize',14);
ylabel('Амплитуда, о.е.','fontname','Times NewRoman','FontSize',14);
figure(2);
semilogx(Hz,Adb,'r');
grid on;
ylim([-2 2]);
xlabel('Частота, кГц','fontname','Times NewRoman','FontSize',14);
ylabel('Относительноеотклонениесигнала, dB','fontname','Times NewRoman','FontSize',14);
ПриложениеB
clc
close;
clear;
%% Считывание сигналов из файлов
Hz=[50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1000 1200 ...
1400 1600 1800 2e3 2.2e3 2.4e3 2.6e3 2.8e3 3e3 3.2e3 3.4e3 3.6e3 ...
3.8e3 4e3 4.2e3 4.4e3 4.6e3 4.8e3 5e3 5.5e3 6e3 6.5e3 7e3 7.5e3 8e3 ...
8.5e3 9e3 9.5e3 10e3 11e3 12e3 13e3 14e3 15e3 16e3 17e3 18e3 19e3 ...
20e3 25e3 30e3 35e3 40e3 45e3 50e3 60e3 70e3 80e3 90e3 100e3 150e3 ...
200e3 250e3 300e3 350e3 400e3 500e3 600e3 700e3 750e3 800e3 850e3 900e3 ...
910e3 920e3 930e3 940e3 950e3 960e3 970e3 980e3 990e3 1e6 1.01e6 ...
1.02e6 1.03e6 1.04e6 1.05e6 1.075e6 1.1e6 1.2e6 1.3e6 1.4e6 1.5e6 ];
f_name1={'A0000ch1.CSV'; 'A0001ch1.CSV'; 'A0002ch1.CSV'; 'A0003ch1.CSV'; 'A0004ch1.CSV'; ...
'A0005ch1.CSV'; 'A0006ch1.CSV'; 'A0007ch1.CSV'; 'A0008ch1.CSV'; 'A0009ch1.CSV'; ...
'A0010ch1.CSV'; 'A0011ch1.CSV'; 'A0012ch1.CSV'; 'A0013ch1.CSV'; 'A0014ch1.CSV'; ...
'A0015ch1.CSV'; 'A0016ch1.CSV'; 'A0017ch1.CSV'; 'A0018ch1.CSV'; 'A0019ch1.CSV'; ...
'A0020ch1.CSV'; 'A0021ch1.CSV'; 'A0022ch1.CSV'; 'A0023ch1.CSV'; 'A0024ch1.CSV'; ...
'A0025ch1.CSV'; 'A0026ch1.CSV'; 'A0027ch1.CSV'; 'A0028ch1.CSV'; 'A0029ch1.CSV'; ...
'A0030ch1.CSV'; 'A0031ch1.CSV'; 'A0032ch1.CSV'; 'A0033ch1.CSV'; 'A0034ch1.CSV'; ...
'A0035ch1.CSV'; 'A0037ch1.CSV'; 'A0039ch1.CSV'; 'A0038ch1.CSV'; 'A0040ch1.CSV'; ...
'A0041ch1.CSV'; 'A0042ch1.CSV'; 'A0043ch1.CSV'; 'A0044ch1.CSV'; 'A0045ch1.CSV'; ...
'A0046ch1.CSV'; 'A0047ch1.CSV'; 'A0048ch1.CSV'; 'A0049ch1.CSV'; 'A0050ch1.CSV'; ...
'A0051ch1.CSV'; 'A0052ch1.CSV'; 'A0053ch1.CSV'; 'A0054ch1.CSV'; 'A0055ch1.CSV'; ...
'A0056ch1.CSV'; 'A0057ch1.CSV'; 'A0058ch1.CSV'; 'A0059ch1.CSV'; 'A0060ch1.CSV'; ...
'A0061ch1.CSV'; 'A0062ch1.CSV'; 'A0063ch1.CSV'; 'A0064ch1.CSV'; 'A0065ch1.CSV'; ...
'A0066ch1.CSV'; 'A0067ch1.CSV'; 'A0068ch1.CSV'; 'A0069ch1.CSV'; 'A0070ch1.CSV'; ...
'A0071ch1.CSV'; 'A0072ch1.CSV'; 'A0073ch1.CSV'; 'A0074ch1.CSV'; 'A0075ch1.CSV'; ...
'A0076ch1.CSV'; 'A0077ch1.CSV'; 'A0078ch1.CSV'; 'A0079ch1.CSV'; 'A0080ch1.CSV'; ...
'A0081ch1.CSV'; 'A0082ch1.CSV'; 'A0083ch1.CSV'; 'A0084ch1.CSV'; 'A0085ch1.CSV'; ...
'A0086ch1.CSV'; 'A0087ch1.CSV'; 'A0088ch1.CSV'; 'A0089ch1.CSV'; 'A0090ch1.CSV'; ...
'A0091ch1.CSV'; 'A0092ch1.CSV'; 'A0093ch1.CSV'; 'A0094ch1.CSV'; 'A0095ch1.CSV'; ...
'A0096ch1.CSV'; 'A0097ch1.CSV'; 'A0098ch1.CSV'; 'A0099ch1.CSV'; 'A0100ch1.CSV'};
f_name2={'A0000CH2.CSV'; 'A0001CH2.CSV'; 'A0002CH2.CSV'; 'A0003CH2.CSV'; 'A0004CH2.CSV'; ...
'A0005CH2.CSV'; 'A0006CH2.CSV'; 'A0007CH2.CSV'; 'A0008CH2.CSV'; 'A0009CH2.CSV'; ...
'A0010CH2.CSV'; 'A0011CH2.CSV'; 'A0012CH2.CSV'; 'A0013CH2.CSV'; 'A0014CH2.CSV'; ...
'A0015CH2.CSV'; 'A0016CH2.CSV'; 'A0017CH2.CSV'; 'A0018CH2.CSV'; 'A0019CH2.CSV'; ...
'A0020CH2.CSV'; 'A0021CH2.CSV'; 'A0022CH2.CSV'; 'A0023CH2.CSV'; 'A0024CH2.CSV'; ...
'A0025CH2.CSV'; 'A0026CH2.CSV'; 'A0027CH2.CSV'; 'A0028CH2.CSV'; 'A0029CH2.CSV'; ...
'A0030CH2.CSV'; 'A0031CH2.CSV'; 'A0032CH2.CSV'; 'A0033CH2.CSV'; 'A0034CH2.CSV'; ...
'A0035CH2.CSV'; 'A0037CH2.CSV'; 'A0039CH2.CSV'; 'A0038CH2.CSV'; 'A0040CH2.CSV'; ...
'A0041CH2.CSV'; 'A0042CH2.CSV'; 'A0043CH2.CSV'; 'A0044CH2.CSV'; 'A0045CH2.CSV'; ...
'A0046CH2.CSV'; 'A0047CH2.CSV'; 'A0048CH2.CSV'; 'A0049CH2.CSV'; 'A0050CH2.CSV'; ...
'A0051CH2.CSV'; 'A0052CH2.CSV'; 'A0053CH2.CSV'; 'A0054CH2.CSV'; 'A0055CH2.CSV'; ...
'A0056CH2.CSV'; 'A0057CH2.CSV'; 'A0058CH2.CSV'; 'A0059CH2.CSV'; 'A0060CH2.CSV'; ...
'A0061CH2.CSV'; 'A0062CH2.CSV'; 'A0063CH2.CSV'; 'A0064CH2.CSV'; 'A0065CH2.CSV'; ...
'A0066CH2.CSV'; 'A0067CH2.CSV'; 'A0068CH2.CSV'; 'A0069CH2.CSV'; 'A0070CH2.CSV'; ...
'A0071CH2.CSV'; 'A0072CH2.CSV'; 'A0073CH2.CSV'; 'A0074CH2.CSV'; 'A0075CH2.CSV'; ...
'A0076CH2.CSV'; 'A0077CH2.CSV'; 'A0078CH2.CSV'; 'A0079CH2.CSV'; 'A0080CH2.CSV'; ...
'A0081CH2.CSV'; 'A0082CH2.CSV'; 'A0083CH2.CSV'; 'A0084CH2.CSV'; 'A0085CH2.CSV'; ...
'A0086CH2.CSV'; 'A0087CH2.CSV'; 'A0088CH2.CSV'; 'A0089CH2.CSV'; 'A0090CH2.CSV'; ...
'A0091CH2.CSV'; 'A0092CH2.CSV'; 'A0093CH2.CSV'; 'A0094CH2.CSV'; 'A0095CH2.CSV'; ...
'A0096CH2.CSV'; 'A0097CH2.CSV'; 'A0098CH2.CSV'; 'A0099CH2.CSV'; 'A0100CH2.CSV'};
matlabpool(4);
parfor k=1:length(Hz)
[A]=textread(f_name1{k},'%f,','headerlines',16);
ch1{k}=A;
[B]=textread(f_name2{k},'%f,','headerlines',16);
ch2{k}=B;
end
%% выделение одного периода
Sp(1:10)=4e-8; %шаг дескритизации
Sp(11)=8e-9; %шаг дескритизации
Sp(12:19)=4e-9; %шаг дескритизации
Sp(20:100)=2e-9; %шаг дескритизации
parfor i=1:length(Hz)
per(i)=1/Hz(i);
per_k=per(i)/Sp(i);
ch1_p{i}=ch1{i}(1:per_k);
ch2_p{i}=ch2{i}(1:per_k);
end
%% шагфильтра
s(1:10)=100;
s(11:35)=95;
s(36:40)=90;
s(41:50)=85;
s(51:55)=80;
s(56:60)=75;
s(61:65)=70;
s(66:70)=65;
s(71:75)=50;
s(76:85)=40;
s(86:90)=35;
s(91:100)=30;
%% Расчет
parfor j=1:100
ch1_ch=ch1_p{j};
ch2_ch=ch2_p{j};
[a,b]=cheby1(1,s(j),0.6,'low'); % расчетфильтра
ch1_f=filter(a,b,ch1_ch); %удалениешума
ch2_f=filter(a,b,ch2_ch); %удалениешума
ch1_m=max(ch1_f); %нахождение максиммма
ch2_m=max(ch2_f); %нахождение максиммма
ch1_x=find(ch1_f==ch1_m); %нахождение координаты Х
ch2_x=find(ch2_f==ch2_m); %нахождение координаты Х
del_x(j)=(ch2_x-ch1_x)*Sp(j); %смещение в делениях
del_proc(j)=del_x(j)*100/per(j); %смещение в процентах
end
matlabpool close;
semilogx(Hz,del_proc);
grid on;
Приложение B
