Живлення по волоконно-оптичному провіднику датчиків системи моніторингу роботи шахти

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.289775

Ключові слова:

джерело живлення, оптичне волокно, фотовольтаїка, фотоефект, світлова хвиля, передача енергії

Анотація

У статті описана система передачі електроенергії по волоконно-оптичному кабелю, яка дозволяє живити датчики та інші електронні пристрої наднизької потужності, розташовані в місцях гірничих виробок, до яких обов'язковою вимогою є пожежна безпека. Розроблена система дозволить замінити застосування мідних провідників. Результатом цих досліджень є розроблений лабораторний стенд, що дозволяє вимірювати параметри струму та напруги в гілці фотоприймача. Використано метод еквівалентного генератора, а також відомі закони схеми з двома виділеними вузлами для активної двополюсної мережі. При аналізі літератури, наявних наукових досягнень і відкриттів у галузі досліджень сформована власна концепція дослідження, відмінна від закордонних аналогів. В ході експерименту дослідження проводились, коли фотоприймач знаходився в короткому замиканні, режимі холостого ходу та підключений до високоомного навантаження. На основі отриманих результатів побудовано вольт-амперні характеристики (ВАХ) та гістограми з використанням джерела випромінювання (лазера) потужністю 10 та 30 мВт. Наведено параметри та технічні характеристики опроміненого кристала кремнію та джерела випромінювання. Отримана електрична потужність була визначена за допомогою відомих законів електротехніки, включаючи закон Ома. Для обробки експериментальних даних використано квадратичну інтерполяцію функції, результати середньоквадратичної апроксимації та проведено регресійний аналіз. Розраховано абсолютну та відносну похибки. Коефіцієнт Стьюдента визначено з довірчим інтервалом 0,95. За результатами дослідження визначено ефективність системи електропередачі

Біографії авторів

Ali Mekhtiyev, S.Seifullin Kazakh Agro Technical Research University

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Department of Electrical Equipment Operation

Pavel Dunayev, S.Seifullin Kazakh Agro Technical Research University

PhD, Acting Associate Professor, Head of Department

Department of Radio Engineering, Electronics and Telecommunications

Yelena Neshina, Saginov Technical University

Candidate of Technical Sciences, Head of Department

Department of Power Systems

Aliya Alkina, Saginov Technical University

Master of Technical Sciences, Senior Lecturer

Department of Power Systems

Raushan Aimagambetova, Republic State Enterprise on the Right of Economical Jurisdiction «Kazakhstan Institute of Standardization and Metrology» of the Committee of Technical Regulation and Metrology of the Ministry of Trade and Integration of the Republic of Kazakhstan

Master of Technical Sciences, Chief Specialist

Department of Strategic Development and Science

Gabit Mukhambetov, Republic State Enterprise on the Right of Economical Jurisdiction «Kazakhstan Institute of Standardization and Metrology» of the Committee of Technical Regulation and Metrology of the Ministry of Trade and Integration of the Republic of Kazakhstan

Doctor of Economic Sciences

General Director

Lalita Kirichenko, Astana IT University

Doctoral Student

Research and Innovation Center "Industry 4.0"

Ilyas Kazambayev, Astana IT University

Doctoral Student

Research and Innovation Center "Industry 4.0"

Посилання

  1. Fafard, S., Masson, D., Werthen, J.-G., Liu, J., Wu, T.-C., Hundsberger, C. et al. (2021). Power and Spectral Range Characteristics for Optical Power Converters. Energies, 14 (15), 4395. doi: https://doi.org/10.3390/en14154395
  2. Helmers, H., Armbruster, C., von Ravenstein, M., Derix, D., Schoner, C. (2020). 6-W Optical Power Link With Integrated Optical Data Transmission. IEEE Transactions on Power Electronics, 35 (8), 7904–7909. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2020.2967475
  3. Haid, M., Armbruster, C., Derix, D., Schöner, C., Helmers, H. (2019). 5 W Optical Power Link with Generic Voltage Output and Modulated Data Signal. 1st Optical Wireless and Fiber Power Transmission Conference. Yokohama. Available at: https://www.researchgate.net/publication/332671391_5_W_Optical_Power_Link_with_Generic_Voltage_Output_and_Modulated_Data_Signal
  4. Wilkins, M. M., Ishigaki, M., Provost, P.-O., Masson, D., Fafard, S., Valdivia, C. E. et al. (2019). Ripple-Free Boost-Mode Power Supply Using Photonic Power Conversion. IEEE Transactions on Power Electronics, 34 (2), 1054–1064. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2018.2843158
  5. Fafard, S., York, M. C. A., Proulx, F., Valdivia, C. E., Wilkins, M. M., Arès, R. et al. (2016). Ultrahigh efficiencies in vertical epitaxial heterostructure architectures. Applied Physics Letters, 108 (7). doi: https://doi.org/10.1063/1.4941240
  6. Beattie, M. N., Valdivia, C. E., Wilkins, M. M., Zamiri, M., Kaller, K. L. C., Tam, M. C. et al. (2021). High current density tunnel diodes for multi-junction photovoltaic devices on InP substrates. Applied Physics Letters, 118 (6). doi: https://doi.org/10.1063/5.0036053
  7. Wagner, L., Reichmuth, S. K., Philipps, S. P., Oliva, E., Bett, A. W., Helmers, H. (2020). Integrated series/parallel connection for photovoltaic laser power converters with optimized current matching. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 29 (2), 172–180. doi: https://doi.org/10.1002/pip.3353
  8. Komuro, Y., Honda, S., Kurooka, K., Warigaya, R., Tanaka, F., Uchida, S. (2021). A 43.0% efficient GaInP photonic power converter with a distributed Bragg reflector under high-power 638 nm laser irradiation of 17 W cm−2. Applied Physics Express, 14 (5), 052002. doi: https://doi.org/10.35848/1882-0786/abf31c
  9. Panchak, A., Khvostikov, V., Pokrovskiy, P. (2021). AlGaAs gradient waveguides for vertical p/n junction GaAs laser power converters. Optics & Laser Technology, 136, 106735. doi: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106735
  10. Zhao, Y., Li, S., Ren, H., Li, S., Han, P. (2021). Energy band adjustment of 808 nm GaAs laser power converters via gradient doping. Journal of Semiconductors, 42 (3), 032701. doi: https://doi.org/10.1088/1674-4926/42/3/032701
  11. Nouri, N., Valdivia, C. E., Beattie, M. N., Zamiri, M. S., Krich, J. J., Hinzer, K. (2021). Ultrathin monochromatic photonic power converters with nanostructured back mirror for light trapping of 1310-nm laser illumination. Physics, Simulation, and Photonic Engineering of Photovoltaic Devices X. doi: https://doi.org/10.1117/12.2584689
  12. Ishigaki, M., Fafard, S., Masson, D. P., Wilkins, M. M., Valdivia, C. E., Hinzer, K. (2017). A new optically-isolated power converter for 12 V gate drive power supplies applied to high voltage and high speed switching devices. 2017 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). doi: https://doi.org/10.1109/apec.2017.7931022
  13. Fafard, S., York, M. C. A., Proulx, F., Wilkins, M., Valdivia, C. E., Bajcsy, M. et al. (2016). Ultra-efficient N-junction photovoltaic cells with VOC > 14V at high optical input powers. 2016 IEEE 43rd Photovoltaic Specialists Conference (PVSC). doi: https://doi.org/10.1109/pvsc.2016.7750065
  14. Fafard, S., Proulx, F., York, M. C. A., Richard, L. S., Provost, P. O., Arès, R. et al. (2016). High-photovoltage GaAs vertical epitaxial monolithic heterostructures with 20 thin p/n junctions and a conversion efficiency of 60%. Applied Physics Letters, 109 (13). doi: https://doi.org/10.1063/1.4964120
  15. Helmers, H., Lopez, E., Höhn, O., Lackner, D., Schön, J., Schauerte, M. et al. (2021). 68.9% Efficient GaAs‐Based Photonic Power Conversion Enabled by Photon Recycling and Optical Resonance. Physica Status Solidi (RRL) – Rapid Research Letters, 15 (7). doi: https://doi.org/10.1002/pssr.202100113
  16. Umezawa, T., Dat, P. T., Kashima, K., Kanno, A., Yamamoto, N., Kawanishi, T. (2018). 100-GHz Radio and Power Over Fiber Transmission Through Multicore Fiber Using Optical-to-Radio Converter. Journal of Lightwave Technology, 36 (2), 617–623. doi: https://doi.org/10.1109/jlt.2017.2731991
  17. Fakidis, J., Videv, S., Helmers, H., Haas, H. (2018). 0.5-Gb/s OFDM-Based Laser Data and Power Transfer Using a GaAs Photovoltaic Cell. IEEE Photonics Technology Letters, 30 (9), 841–844. doi: https://doi.org/10.1109/lpt.2018.2815273
  18. Yamagata, Y., Yamada, Y., Kaifuchi, Y., Nogawa, R., Morohashi, R., Yamaguchi, M. (2015). Performance and reliability of high power, high brightness 8xx-9xx nm semiconductor laser diodes. 2015 IEEE High Power Diode Lasers and Systems Conference (HPD). doi: https://doi.org/10.1109/hpd.2015.7439668
  19. Mekhtiyev, А. D., Kovtun, A. A., Yugay, V. V., Neshina, E. G., Aimagambetova, R. Z. Alkina, A. D. (2021). Research of mechanical stress at tension of quartz optical fiber (QOF). Metalurgija, 60 (1-2), 121–124. Available at: https://hrcak.srce.hr/246106
  20. Mekhtiyev, А. D., Soldatov, A. I., Neshina, Y. G., Alkina, A. D., Madi, P. Sh. (2021). The working roof rock massif displacement control system. Series of geology and technical sciences, 5 (449), 68–76. doi: https://doi.org/10.32014/2021.2518-170x.100
  21. Budashko, V., Shevchenko, V. (2021). Solving a task of coordinated control over a ship automated electric power system under a changing load. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (2 (110)), 54–70. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.229033
  22. Shareef, I. R., Hussein, H. K. (2021). Implementation of artificial neural network to achieve speed control and power saving of a belt conveyor system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (2 (110)), 44–53. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.224137
  23. Tranzistory otechestvennye bol'shoy moschnosti nizkochastotnye KT 800-819. Available at: http://electronic.com.ua/spravochniki/Tranzistorq_otehestvennqe/Tranzistorq_otehestvennqe_bol%60woy_moschnosti_nizkohastotnqe_KT_800-819.htm
  24. Yurchenko, A. V., Mekhtiev, A. D., Al'kina, A. D. (2017). Puti povysheniya effektivnosti solnechnyh elektrostancij. Karaganda: Izd-vo KarGTU, 181.
  25. Al-Abdaly, N. M., Al-Taai, S. R., Imran, H., Ibrahim, M. (2021). Development of prediction model of steel fiber-reinforced concrete compressive strength using random forest algorithm combined with hyperparameter tuning and k-fold cross-validation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (7 (113)), 59–65. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.242986
  26. Gubarevych, O., Goolak, S., Daki, O., Yakusevych, Y. (2021). Determining an additional diagnostic parameter for improving the accuracy of assessment of the condition of stator windings in an induction motor. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (113)), 21–29. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239509
  27. Chenchevoi, V., Kuznetsov, V., Kuznetsov, V., Chencheva, O., Zachepa, I., Chornyi, O. et al. (2021). Development of mathematical models of energy conversion processes in an induction motor supplied from an autonomous induction generator with parametric non-symmetry. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (112)), 67–82. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239146
Живлення по волоконно-оптичному провіднику датчиків системи моніторингу роботи шахти

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-10-31

Як цитувати

Mekhtiyev, A., Dunayev, P., Neshina, Y., Alkina, A., Aimagambetova, R., Mukhambetov, G., Kirichenko, L., & Kazambayev, I. (2023). Живлення по волоконно-оптичному провіднику датчиків системи моніторингу роботи шахти. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(5 (125), 15–23. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.289775

Номер

Том 5 № 5 (125) (2023): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Ali Mekhtiyev, Pavel Dunayev, Yelena Neshina, Aliya Alkina, Raushan Aimagambetova, Gabit Mukhambetov, Lalita Kirichenko, Ilyas Kazambayev

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.