Волоконно-оптичний сенсор концентрації кисню на основі магніто-індукційного ефекту

Abstract

У даній магістерській кваліфікаційній роботі описані етапи розробки та розрахунку волоконно-оптичного сенсора концентрації кисню на основі магніто-індукційного ефекту. Проведено аналіз публікацій, присвячених теоретичним і експериментальним дослідженням волоконно-оптичних сенсорів фізичних величин і конструкціям сенсорів індукції магнітного поля як базової конструкції для створення волоконно-оптичного сенсора концентрації кисню на основі магніто-індукційного ефекту. Аналіз показує, що розробка волоконно-оптичного сенсора концентрації кисню на основі магніто-індукційного ефекту з частотним виходом є перспективним напрямком у розвитку апаратних засобів вимірювання концентрації кисню. В роботі розглянуто теорію волоконно-оптичного сенсора концентрації кисню на основі магніто-індукційного ефекту. Розроблено математичну модель для визначення залежності активної та реактивної складових імпедансу магніточутливого біполярного транзистора з двома колекторами від дії магнітного поля. На основі математичної моделі отримано значення чутливості активної та реактивної складової імпедансу магніточутливого біполярного транзистора з двома колекторами. Отримано аналітичні вирази для функції перетворення та чутливості радіовимірювального перетворювача концентрації кисню на основі магніто-індукційного ефекту від магнітного поля та зміни концентрації кисню. На основі комп’ютерного моделювання отримано графічні залежності функції перетворення та чутливості. Найбільша чутливість радіовимірювального перетворювача концентрації кисню на основі магніто-індукційного ефекту від концентрації кисню лежить у діапазоні від 0 до 42 % концентрації кисню і становить 74…223 Гц/%. Розроблено волоконно-оптичний сенсор концентрації кисню на основі магніто-індукційного ефекту, який дозволить проводити вимірювання індукції магнітного поля з подальшим перетворенням в концентрацію кисню в вимірювальній камері.

This master's thesis describes the stages of development and calculation of fiber-optic oxygen concentration sensor based on the magnetic induction effect. An analysis of publications devoted to theoretical and experimental studies of fiber-optic sensors of physical quantities and designs of magnetic field induction sensors as a basic design for creating a fiber-optic oxygen concentration sensor based on the magneto-induction effect. The analysis shows that the development of a fiber-optic oxygen concentration sensor based on the magnetic induction effect with frequency output is a promising direction in the development of hardware for measuring oxygen concentration. The theory of the fiber-optic oxygen concentration sensor based on the magnetic-induction effect is considered in the work. A mathematical model has been developed to determine the dependence of the active and reactive impedance components of a magnetically sensitive bipolar transistor with two collectors on the action of a magnetic field. Based on the mathematical model, the sensitivity values of the active and reactive impedance components of a magnetically sensitive bipolar transistor with two collectors are obtained. Analytical expressions for the conversion function and sensitivity of the radio-measuring transducer of oxygen concentration based on the magnetic-induction effect of the magnetic field and the change of oxygen concentration are obtained. Graphical dependences of the transformation function and sensitivity are obtained on the basis of computer modeling. The highest sensitivity of the radio-measuring transducer of oxygen concentration based on the magnetic induction effect of oxygen concentration is in the range from 0 to 42% of the oxygen concentration and is 74… 223 Hz /%. A fiber-optic oxygen concentration sensor based on the magnetic-induction effect has been developed, which will allow measuring the induction of the magnetic field with subsequent conversion into oxygen concentration in the measuring chamber.