Для системы мониторинга удаленных датчиков необходимо энергоснабжение. На пожаро- и взрывоопасных производствах, где используются измерительные элементы угарного газа, активно применяют передачу энергии через оптоволокно (технология PoF). Основные преимущества — отсутствие металлических проводов, меньшие габариты и масса «силового» кабеля, кроме того оптоволокно с полиамидным покрытием выдерживает температуры до 400°С. Быстрая и низкоэнергозатратная передача данных к компьютеру обеспечивает оперативную реакцию на утечку угарного газа и предотвращает опасные для жизни инциденты. Ученые Пермского Политеха разработали новую оптоволоконную систему энергоснабжения и прототип мониторинга на ее основе. Это повысит качество передачи данных из датчиков и предотвратит серьезные последствия в случае возникновения ЧС на производстве.
Статья опубликована в журнале «JOURNAL OF INSTRUMENT ENGINEERING» № 1, 2024 год. Исследования выполнены при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FSNM-2023-0005).
Ученые Пермского Политеха установили, что у готовых PoF-платформ малой мощности есть недостатки: низкий КПД, сложность для модернизации и главное — нет возможности встроить в модуль передачи важный элемент. К нему относится система регулировки мощности лазерного диода с системой охлаждения для отвода тепла от самых горячих элементов.
Политехники изучили фотоэлектрический преобразователь и установили оптимальные сопротивления, при которых система электропитания работает в режиме отдачи максимальной мощности. Это позволит оптимизировать ее КПД при работе с разной нагрузкой.
На основе разработанной системы энергоснабжения по оптоволокну средней мощности изготовили прототип системы мониторинга. В нем использовался фотоэлектрический преобразователь. Несколько таких устройств изучали в непрерывном и импульсном режимах, с разными вариантами энергоснабжения: каждого устройства по отдельной схеме электропитания и всех вместе по одной схеме.
— Анализ электропотребления показал, что наиболее существенные потери энергии происходят в системах охлаждения преобразователей. Так, целесообразно изготавливать систему охлаждения лазерного диода с использованием элементов Пельтье и вентилятора, а систему охлаждения фотоэлектрического преобразователя — с радиатором и вентилятором или системой тепловых трубок. Для экономии энергии лучше применять вентиляторы с регулируемой скоростью вращения лопастей и изготовить систему терморегуляции с управлением через компьютер, — рассказывает Виктор Криштоп, доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Общей физики» ПНИПУ.
Результаты исследования ученых Пермского Политеха позволят ввести в эксплуатацию новый, более эффективный и надежный метод мониторинга удаленных датчиков на предприятиях. Это снизит риски несвоевременного реагирования на экстренные ситуации в рабочем процессе и уменьшит последствия чрезвычайных происшествий.