izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-9-28-34izmertech-1944Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSИспользование волоконно-оптического датчика для регистрации импульсного тока плазменного разрядаUsing a fiber optic sensor for registration of pulsed plasma discharge currenthttps://orcid.org/0000-0003-2638-966XБедринА. Г.BedrinA. G.

Александр Геннадьевич Бедрин

Сосновый Бор, Ленинградская обл.

Alexander G. Bedrin

Sosnovy Bor, Leningrad Region

46@niioep.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5666-0169ЖилинА. Н.ZhylinA. N.

Александр Николаевич Жилин

Сосновый Бор, Ленинградская обл.

Alexander N. Zhylin

Sosnovy Bor, Leningrad Region

46@niioep.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8743-5407ЛовчийИ. Л.LovchyI. L.

Игорь Леонидович Ловчий

Сосновый Бор, Ленинградская обл.

Igor L. Lovchy

Sosnovy Bor, Leningrad Region

lovchy@niioep.ruНаучно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроенияРоссияScientific Research Institute for Optoelectronic Instrument EngineeringRussian Federation202114082023092834Copyright © Бедрин А.Г., Жилин А.Н., Ловчий И.Л., 20232023Бедрин А.Г., Жилин А.Н., Ловчий И.Л.Bedrin A.G., Zhylin A.N., Lovchy I.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izmt.ru/jour/article/view/1944

Рассмотрена проблема повышения точности регистрации формы импульса быстро изменяющегося тока мощного плазменного излучателя в условиях мощных электромагнитных наводок. Для регистрации сильноточных импульсных разрядов предложено использовать поляриметрический волоконно-оптический датчик тока на основе световода типа Spun. С использованием указанного датчика тока реализована методика регистрации сильноточных импульсных разрядов плазменного излучателя в режиме временнóго профилирования импульса тока двух высоковольтных ёмкостных накопителей с общей энергией до 1800 кДж. Описаны разрядная камера, схемы питания и формирования плазменного разряда. Приведены конструкция и принцип работы макетного образца двухпроходного поляриметрического волоконно-оптического датчика со световодом типа Spun и фарадеевским компенсатором взаимной оптической анизотропии. Представлены общая схема измерений токов, схема калибровки датчика и описан опыт использования макетного образца датчика для измерения мощных импульсных токов. Обсуждены особенности предварительной калибровки датчика. Результаты измерения тока оптическим и традиционными методами регистрации на основе пояса Роговского и датчиков Холла сравнены между собой и отмечено заметное увеличение точности воспроизведения формы импульса тока оптическим методом регистрации. Рассмотрены возможные варианты модернизации волоконно-оптического датчика для расширения диапазона регистрации тока.

The problem of increasing the accuracy of recording the pulse shape of a rapidly changing current of a powerful plasma emitter under conditions of powerful electromagnetic interference is considered. To register high-current pulsed discharges, it is proposed to use a polarimetric fiber-optic current sensor based on a Spun-type fiber. Using the indicated current sensor, a technique for recording high-current pulsed discharges of a plasma emitter in the mode of time profiling of the current pulse of two high-voltage capacitive storage devices with a total energy of up to 1800 kJ is realized. The discharge chamber, power supply circuits, and the formation of a plasma discharge are described. The design and principle of operation of a prototype of a two-pass polarimetric fi beroptic sensor with a Spun-type fiber and a Faraday compensator of mutual optical anisotropy are presented. The general scheme of current measurements, the sensor calibration scheme is presented, and the experience of using a prototype sensor for measuring high-power pulse currents is described. The features of the preliminary calibration of the sensor are discussed. The results of measuring the current by optical and traditional recording methods based on the Rogowski coil and Hall sensors are compared with each other, and a noticeable increase in the accuracy of reproducing the current pulse shape by the optical recording method is noted. Possible options for upgrading a fiber-optic sensor to expand the range of current recording are considered.

магнитоплазменный разрядпояс Роговскогодатчик Холлаполяриметрический волоконнооптический датчик токасветовод типа Spunmagnetoplasma dischargeRogowski coilHall sensorpolarimetric fiber optic current sensorspun fiberReferencesКамруков А. С., Козлов Н. П., Протасов Ю. С. Плазмодинамические источники сплошного спектра // Доклады АН СССР. 1978. Т. 239. № 4. С. 831–834.Kamrukov A. S., Kozlov N. P., Protasov Yu. S., DAN SSSR, 1978, vol. 239, no. 4, рp. 831–834. (In Russ.)Бедрин А. Г., Жилин А. Н. Стенд моделирования светового излучения высокотемпературного источника // Труды IX Международного симпозиума по радиационной плазмодинамике, декабрь 2012 г., Звенигород, Москва, НИЦ «Инженер», 2012, с. 150–155.Bedrin A. G., Zhylin A. N., Proceeding of 9th International Symposium on Radiation Plasma Dynamics, December 2012, Zvenigorod, Moscow, Scientifi c and Publishing Center “Injener”, 2012, pp. 150–155.Ловчий И. Л. Численное моделирование и исследование поляриметрического датчика тока со световодом типа spun // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 12. С. 25–33.Lovchii I. L., Journal of Optical Technology, 2010, vol. 77, no. 12, pp. 755–761. https://doi.org/10.1364/JOT.77.000755Шваб А. Измерения на высоком напряжении. Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1983. 264 с.Schwab Adolf J., Hochspannungsmesstechnik Meßgeräte und Meßverfahren. Zweite, neubearbeitete und erweiterte Auflage, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, NewYork, 1981.Willsch M., Menke P., Bosselmann T., Magneto-optic current transformers for applications in power industry, Proceeding of 2nd Congress of Optical Sensor Technology OPTO 1996, Germany, Leipzig, 25–27 September, 1996.Willsch M., Menke P., Bosselmann T., Magneto-optic current transformers for applications in power industry, Proceeding of 2nd Congress of Optical Sensor Technology OPTO 1996, Germany, Leipzig, 25–27 September, 1996.Nguyen T. X., Ely J. J., Szatkowski G. N., Proc. SPIE 9480, Fiber Optic Sensors and Applications XII, 94800X, 13 May 2015. https://doi.org/10.1117/12.2179195Nguyen T. X., Ely J. J., Szatkowski G. N., Proc. SPIE 9480, Fiber Optic Sensors and Applications XII, 94800X, 13 May 2015. https://doi.org/10.1117/12.2179195Gusarov A., Leysen W., Wuilpart M., Megret P., Fusion Engineering and Design, 2018, vol. 136, Part A, pp. 477–480. http://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2018.03.001Gusarov A., Leysen W., Wuilpart M., Megret P., Fusion Engineering and Design, 2018, vol. 136, Part A, pp. 477–480. http://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2018.03.001Bohnert K., Philippe G., Hubert B., Guggenbach P., Highly accurate fi ber-optic DC current sensor for the electrowinning industry, IEEE Trans. Ind. Appl. Mag., 2005, vol. 43, pp. 180–187.Bohnert K., Philippe G., Hubert B., Guggenbach P., Highly accurate fi ber-optic DC current sensor for the electrowinning industry, IEEE Trans. Ind. Appl. Mag., 2005, vol. 43, pp. 180–187.Starostin N. I., Ryabko M. V., Chamorovskii Y. K., Gubin V. P., Sazonov A. I., Morshnev S. K., Korotkov N. M., Key Engineering Materials, 2010, vol. 437, pp. 314–318. https://doi.org/10.4028/www.scientifi c.net/KEM.437.314Starostin N. I., Ryabko M. V., Chamorovskii Y. K., Gubin V. P., Sazonov A. I., Morshnev S. K., Korotkov N. M., Key Engineering Materials, 2010, vol. 437, pp. 314–318. https://doi.org/10.4028/www.scientifi c.net/KEM.437.314

The authors declare that there are no conflicts of interest present.