Казанские ученые создали устройство для точного измерения напряжения
Ученые Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н.Туполева — КАИ (КНИТУ-КАИ) сконструировали устройство для измерения напряжения переменного электрического поля с высокой точностью. Его применение поможет контролировать параметры электрической сети и предотвращать аварии.
В основу волоконно-оптического измерителя напряжения, запатентованного казанскими исследователями, положены принципы оптики. Устройство выполнено с использованием оптического датчика на основе волоконной брэгговской решетки, представляющей собой периодическую структуру в сердцевине оптического волокна, которая избирательно отражает только узкую полосу спектра, пропуская остальную.
«Изобретение относится к технике оптикоэлектронных измерений, в частности, к способам и устройствам для измерения напряжения переменных электрических полей с помощью волоконно-оптических чувствительных элементов — брэгговских структур. У подобных датчиков существует зависимость смещения по длине волны их спектральной характеристики в зависимости от напряжения приложенного переменного электрического поля», — пояснил один из авторов разработки, заведующий кафедрой радиофотоники и микроволновых технологий КНИТУ-КАИ Артем Кузнецов.
Согласно предлагаемой схеме, широкополосное (некогерентное) оптическое излучение поступает в одно из двух устройств оптической развязки и далее направляется на волоконную брэгговскую структуру. Она расположена в измерительной камере в зоне, где электрическое поле практически отсутствует. Эта структура испытывает только температурное воздействие и формирует отраженный спектр, который используется одновременно как зондирующее излучение и как эталон для температурной компенсации.
Отраженный от нее спектр возвращается через первое устройство оптической развязки и подается на второе устройство оптической развязки, откуда через второй оптический световод направляется на чувствительный элемент на основе волоконной брэгговской решетки. Чувствительный элемент размещен в той же измерительной камере, но так, чтобы находиться под действием ненулевой составляющей измеряемого электрического поля. Переменное электрическое поле вызывает изменение оптических характеристик решетки, что приводит к сдвигу центральной длины волны отраженного от нее сигнала относительно невозмущенного состояния.
Устройство обеспечивает высокую точность измерения электрических величин при одновременной стабильности показаний в широком диапазоне температур. Подобные измерители, по словам ученых, позволяют добиться большей надежности, безопасности и эффективности энергетической инфраструктуры, например, стабильной эксплуатации электротехнических приборов и предотвращения аварий, контроля параметров сети и расчета показателей качества электроэнергии.
Напомним, что 2022–2031 годы в Российской Федерации объявлены Десятилетием науки и технологий. Это было установлено Указом Президента Российской Федерации от 25.04.2022 г. №231.
Основные задачи проведения Десятилетия науки и технологий - это привлечение талантливой молодёжи в сферу исследований и разработок, содействие вовлечению исследователей и разработчиков в решение важнейших задач развития общества и страны и повышение доступности информации о достижениях и перспективах российской науки для граждан Российской Федерации.