Магнитооптический измеритель максимальных значений индукции импульсного магнитного поля Советский патент 1984 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к магнитны измерениям и может быть использован для измерений максимальных значений индукции импульсных магнитных полей для градуировки и поверки тесламетров импульсных полей, для Градуиров гальваномагнитных преобразователей сильных импульсных полях, а также для аттестации и поверки индуктивны мер импульсного магнитного поля. Известно устройство для измерения максимальных значений индукции импульсных магнитных полей, основан ное на эффекте Фарадея, содержащее источник света, поляризатор, измерительный преобразователь Фарадея, анализатор, фотодетектор с нагрузочным резистором и осциллограф в качестве регистрирующего устройства Поляризатор и анализатор могут быт повернуты относительно друг друга на некоторый угол ij , Недостатком этого устройства является больщая погрешность измерений индукции импульсных магнитных Полей, которая в основном определяе ся погрешностью измерения максимальных значений напряжения и погрешно- тью, связанной с нестабильностью светового потока источника. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения максимальных значений индукции импульсного ма нитного ПОЛЯ, содержащее оптически связанные между собой установленные на одной оси источник лиИейно-поля- ризованного света, измерительный преобразователь Фарадея с анализатором, фотодетектор с нагрузочным p.g зистором, индукционную обмотку и регистратор, а также меру магнитной индукции, генератор прямоугольных импульсов,/ выход которого подключен JK фотодетектору через конденсатор .и дифференциальный усилитель. Известное устройство основано на компенсации угла поворота плоскости поляризации линейно-поляризованного срета в измерительном преобразовател Фарадея в импульсном поле углом поворота плоскости поляризации в преобразователе, расположенном в постоянном магнитном поле меры 2j Недостатками известного устройства являются ограниченный диапазон из меряемых индукций импульсных магнитных полей, а также большие габариты и все меры магнитной индукции, входящие в состав устройства. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых значений индукции импульсного поля и уменьшение габаритов устройства. Поставленная цель достигается тем, что в магнитооптический измеритель максимальных значений индукции импульсного магнитного поля, содержащий оптически связанные между собой установленные на одной оси источник линейно-поляризованного света, измерительньй преобразователь Фарадея с первым анализатором, фотодетектор с нагрузочным резистором, генератор питания фотодетектора, индукционную обмотку и первый регистратор, допол-нительно введены оптически связанные между собой установленные на одной оси между источником линейно-поляризованного света и измерительным преобразователем Фарадея электрооптический модулятор с вторым анализатором, последовательно соединенные блок выделения второй полуволны индуцированного сигнала и формирователь прямоугольного импульса, конденсатор, второй регистратор, а также последовательно соединенные генератор постоянного напряжения и ключ, второй контакт которого связан с управляющим входом модулятора, при этом вход блока выделения втброй полуволны индуцированного сигнала подключен к индукционной обмотке, выход формирователя прямоугольного импульса - к управляющему входу ключа, выход генератора постоянного напряжения - к второму регистратору, а выход фотодетектора подключен к генератору питания фотодетектора и, резистору через конденсатор, соединенный с первым регистратором. На фиг. 1 предс,тавлена блок-схема магнитооптического измерителя; на фиг.2 - зависимость интенсивности света 1| на входе фотодетектора от угласт между осями поляризатора и первого анализатора; на фиг.З - форма сигналов индукции В (t), ЭДС Е (t) на концах индукционной обмотки, напряжения Uна выходе блока выделения второй полуволны индуцированного сигнала и напряжения U на выходе формирователя прямоупольного импульса; па фиг.4 -зависимость интенсивносфи света на выходе модулятора 12 от напряжения U, приложенного к модулятору; на фиг.5 - форма кривой, фиксируемая на экране осциллографа в режиме компенсации. Магнитооптический измеритель максимальных значений индукции импульсного. магнитного оля содержит оптически связанные между собой установленные на одной оси источник 1 линейно-поляризованного света, измерительный преобразователь 2 Фарадея с первым анализатором 3, фотодетектор 4 с нагрузочным резистором 5, индукционную обмотку 6 и первый регистратор 7, оптически связанные между собой установленные на одной оси между источником 1 линейно-поляризованного света и измерительным преобразователем 2 Фарадея электрооптический модулятор 8 с вторым анализатором 9, последовательно соединенные блок 10 выделения второй полуволны индуцированного сигнала и формирователь 11 прямоугольного импульса, а Также последовательнЬ соед ненные генератор 12 постоянного напряжения и ключ 13, второй контакт которого связан с управляющим входо модулятора 8, при этом вход блока 1 выделения второй полуволны индуцированного сигнала подключен к индукционной обмотке 6, выход формирователя 11 прямоугольного импульса к управляющему входу ключа 13, а выход генератора 12 постоянного напряжения - к второму регистратору 14, при этом генератор 15 питания фотодетектора подключен к резис тору 5, через конденсатор 16, связанный с первым регистратором 7. Устройство работает следующим образом. Линейно-поляризованный луч света от источника .1 сйета направляют на тодетектор 4 через электрооптически модулятор 8, второй анализатор 9, измеритепьньй преобразователь 2 Фат радея и первый анализатор 3. В отсутствие импульсного магнитного пол и нулевом напряжении на электроопти ческом модуляторе 8 (ключ 13 разомк нут) на нагрузке фотодетектора 4 имеется уровень постоянного напряже ния, обусловленный интенсивностью света 1| на входе фотодетектора 4, который определяется выражением . 1д - интенсивность света на входе модулятора; m,a,b - коэффициенты затухания света соответственно в мог дуляторе 8, втором анализаторе 9 и в. системе преобразователь 2 Фарадея первый анализатор 3 при параллельных осях второ. го 9 и первого 3 анализаторов;л - постоянная составляющая интенсивности света на входе фотодетектора 4 при перпендикулярном направлении осей второго 9 и первого 3 анализаторов (интенсивность засветки) ; - угол между ося второго. 9 ервого 3 анализаторов. Подают измеряемое импульсное пои фиксируют на экране первого ретратора 7 (осциллографа) прираие напряжения &ll, обусловленное ращением интенсивности света д1 входе фотодетектора 4 за счет орота плоскости поляризации св-ета, реобразователе 2 Фарадея на угол V(t) VtB(t), Vf - постоянная Верде и длина преобразователя 2 Фарадея; B(t) - индукция измеряемого импульсного поля (фиг.2) ; Максимальное изменение интенсивти света на входе фотодетектора 4 еделяется выражением ч ( Ig - интенсивность света на входе модулятора; m,a,b - коэффициент затухания света соответственно в модуляторе 8, анализаторе 9, преобразователе 2 Фарадея и анализаторе 3; 1, - постоянная составляющая интенсивности света на входе фотодетектора. Во время действия импульса .магнито поля на индукционной обмотке 6 учают ЭДС, пропорциональную первой изводной индукции поля по време(фиг.За.Н) ЭДС Е (t) подают на д блока 10 выделения второй полуны индуцированного сигнала, на оде блока 10 получают сигнал U (-t) 5 (фиг.ЗЬ), которьй подают на УХОД формирователя 11 прямоугольного импульса. Сформированный прямоугольный импульс (фиг. 32.) подают на управляющий контакт ключа 13 и таким образом замыкают его на время с , равное длительности второй полувол ны E(t). В течение времени ее на управляющий контакт электрооптического модулятора 8 подают импульс напряжения Up от генератора 12 постоян ного напряжения. При этом в момент времени t ,соответствующий максим му индукции измеряемого поля, инте . ... лизатора 9 изменяется согласно зако Поккельса и описывается выражением 5 Uo ч 2 fJ соб - гUQел полуволновое напряжение -интенсивность света на выходе второго анализато ра 9 при полуволновом напряжении на модуляторе 8. В моментi f. интенсивность света на, выходе второго анализатора 9 становится первоначальной 3.KH,,,..:(4) ,5Л Абсолютное значение изменения интенсивности света в момент t . Jo - 1 .а 2 При напряжении - напряжении компенсации осуществляют компенсацию изменения интенсивности света от воздействия импульсного магнитного поля в измерительном преобразователе 2 Фарадея изменением интенсивности света за счет одновременного воздействия на интен с вность света двух эффектов, т.е. эффекта Поккельса в электрооптическ модуляторе 8 и эффекта Фарадея в из мерительном преобразователе 2 в импульсном поле. Для режима компенсации справедливо соотношение 29 (о-Ш,,. Зо 7 IT Un 9, 2 ( отсюда ct,-arccos/- i co5|.Ji I (7) o.S-A/J При напряжении на управляющем контакте модулятора 8,равном напряжению компенсации, т.е. 1) Uj,, на экране первого регистратора 7 (осциллографа)фиксируют кривую (фиг.5 ) S режиме компенсации точка перегиба кривой (фиг5) - точка.К совпадает с нулевым уровнем на экране осциллографа. Измерив значение напряжения Ujпри замкнутом ключе 13 с помощью второго регистратора 14 (вольтметра постоянного тока), вычисляют максимальное значение индукции В по формуле (7). При этом удобно пользоваться графической или табличной зависимостью ( f(U), определяемой при градуировке устройства в постоянном поле. Суммарная погрешность измерений максимального значения индукции импульсного поля с помощью предлагаемого устройства определяется в основном погрешностью его градуировки, погрешностью определения момента компенсации интенсивностей, температурной погрешностью, погрешностью измерения постоянного напряжения Uy, и составляет 2.3%,Применение электрооптического модулятора 8с анализатором 9 на выходе и с системой, обеспечивающей подачу на управляющий контакт модуЛятора 8 прямоугольного импульса напряжения длительностью, равной длительности второй полуволны индуцированного сигнала, позволяет измерять индукцию импульсных магнитных полей в широком динамическом диапазоне - от десятых долей до десяти тесла и в десятки раз снизить вес и габариты устройства.

LJ

«

-н

/

«Ч1

Г

&

зз

gvj

ТгшВс

с

Фиг. г

а .

Нулевой уровень

МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАКСИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ИНДУКЦИИ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащий оптически связанные между собой установленные на одной оси источник линейно-поляризованного света, измерительный преобразователь Фарадея с первым анализатором, фотодетектор с нагрузочным резистором, генератор питания фотодетектора, индукционную обмотку и первый регистратор, о т - личающийс.я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых значений индукции импульсного поля и уменьшения габаритов устройства, в него дополнительно введены оптически связанные между собой установленные наодной оси между источником линейно-поляризованного света и измерительным преобразователем Фарадея электрооптический модулятор с вторым анализатором, последовательно соединенные блок выделения второй полуволны индуцированного сигнала и формирователь прямоугольного импульса, конденсатор, второй регистратор, а также последовательно соединенные генератор постоянного напряжения и ключ., второй to контакт которого связан с управляющим ел входом модулятора, при этом вход блока выделения второй полуволны индуцированного сигнала подключен к индукционной обмотке, выход формирователя прямоугольного импульса к управляющему входу ключа, выход генератора постоянного напряжения к второму регистратору, а выход фотодетектора - к генератору питания фотодетектора и резистору через конденсатор, соединенный с первым ре гистратором. .

Фиг. 5