Устройство для измерения напряженности магнитного поля Советский патент 1987 года по МПК G01R33/32 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности предназначено для измерения напряженности или индукции магнитного поля.

Цель изобретения - зшрощение конструкции с одновременным уменьшением размеров устройства, что достигается наличием ячейки на нематических жидких кристаллах НЖК в магниточув- ствительном датчике

На фиг. I изображен воспринимающий узел предлагаемого устройства и его разрез А-А; на фиг. 2 - схема измерения в режиме отражения света.

Воспринимаюп1ий узел 1 работает в режиме отражения света и содержит концевой участок 2 световолокна, прикрепленного к ячейке компаундом 3, с которого снято оптическое покрытие 4, а его сердцевина 5 окружена слоем 6 НЖК, который находится в цилиндрическом капилляре 7, торцы которого закрыты прокладками 8 с уплотнением 9, капилляр покрыт светонепрони- 25 реориентация молекул НЖК по всему

цаемым слоем 10. Сердцевина 5 расположена в капилляре 7 эксцентрично, а на,ее торце нанесено светоотражающее покрытие 11.

объему ячейки. Так как выполняется условие Hg const, осуществляется пороговый эффект переориентации. При неодинаковом расстоянии между опорны- Устройство (фиг. 2) содержит вое- 30 ми плоскостями в различных участках принимающий узел I, световоды 2, ис- ячейки переориентация полем начинает- точник 12 света, фотодетектор 13, во- ся в областях с большими зазорами, а локонный разветвитель 14, усилитель 15 с ростом величины магнитного поля и регистратор 16. Воспринимающий область переориентации возрастает, узел 1 служит для изменения интенсив- gg охватывая участки все с меньшими заности света, поступающего в фотодетектор, в зависимости от величины и направления магнитного поля, световолокна 2 предназначены для световой коммуникации между узлом 1 и электронным блоком, оптическое покрытие 4 служит для коллимирования с света в пределах апертурного угла при прохождении его по световолокну, сердцевина 5 является проводником света, слой 6 НЖК является активным элементом, изменяющим интенсивность проходящего по сердцевине 5 света в зависимости от величины магнитного поля, капилляр 7 служит емкостью для ячейки НЖК, а внутренняя его поверхность является опорной для молекул немати- ка. Прокладки 8 задают геометрию расзорами. Следовательно, эффект локального управления полем ориентацией молекул НЖК расширяет динамический диапазон измеряемых значений магнитного

40 поля.

Толщина жидкокристаллического слоя в оптических ячейках может составлять 5-100 мкм и более, диаметр сердцевины световолокна варьируется у различ45 ных типов волокна в пределах 1100 мкм, а диаметр световолокна в оптической оболочке составляет у различных типов волокна 10-1000 мкм. . Ввиду того, что в предлагаемом устgQ ройстве применяется безэлектродный тип ячейки, минимальная толщина слоя жидкого кристалла может быть принята равной Ьд,,„ 0-5 мкм, максимальную толщину с целью расширения динамичесgQ ройстве применяется безэлектродный тип ячейки, минимальная толщина слоя жидкого кристалла может быть принята равной Ьд,,„ 0-5 мкм, максимальную толщину с целью расширения динамичесположения сердцевины 5 и капилляра 7,

узел уплотнения 9 является герметизи- ggкого диапазона измеряемых напряженрующим объем ячейки элементом,ностей магнитного- поля целесообразно

слой 10 - экраном от внешнего света,принять равной ,,- 100-150 мкм, а

а также поглотителем внутреннего рас-световолокно дпя ячейки по технологисеянного света, светоотражающее по-ческим причинам формирования структукрытие 11 улучшает эффективность собирания света при работе устройства в режиме отражения. Источник 12 света предназначен для генерации зондирующего света, фотодетектор 13 - для регистрации световых потоков, развет- витель 14 - для ответвления света, идущего из узла 1 на фотоприемник 13,

усилитель 15 - для усиления электрического сигнала, поступающего по рабочему каналу, до уровня, необходимого для работы регистратора 16.

На фиг. 1 (А-А) представлена геометрическая конфигурация узла 1. Не- одинаковьш по толщине слой НЖК между о°порными поверхностями, а именно текущий размер Ь между стенками капилляра 7 и волокном 2, задат по той

причине, что для равной толщины слоя имеется ктирическая напряженность магнитного поля Нд, при которой в зависимости от расстояния мелду опорны ми поверхностями ячейки наступает пезорами. Следовательно, эффект локального управления полем ориентацией молекул НЖК расширяет динамический диапазон измеряемых значений магнитного

поля.

Толщина жидкокристаллического слоя в оптических ячейках может составлять 5-100 мкм и более, диаметр сердцевины световолокна варьируется у различных типов волокна в пределах 1100 мкм, а диаметр световолокна в оптической оболочке составляет у различных типов волокна 10-1000 мкм. . Ввиду того, что в предлагаемом устройстве применяется безэлектродный тип ячейки, минимальная толщина слоя жидкого кристалла может быть принята равной Ьд,,„ 0-5 мкм, максимальную толщину с целью расширения динамичесры НЖК целесообразно взять с максимальным диаметром сердцевины, т.е. .принять d 100 мкм.

В качестве рабочего вещества жид- кокристаллической ячейки НЖК целесообразно взять, например, нематик - п-диацетоксибензальдазин, который имеет способность к спонтанной гомео тропной ориентации.

Конструктивны элементом жидкокристаллической ячейки и ее внешней опорной поверхностью может служить цилиндрический капилляр с внутренним диаметром (Ьд,иц+Ь„акс ) мкм, толщи- ной стенок 100-200 мкм и длиной 5- 15 мм. Материалом капилляра могут быть кварц, силикатное стекло или нереагирующий с веществом жидкого кристалла металл. Диэлектрическая прокладка, определяющая толщину слоя жидкокристаллического вещества, може быть выполнена из слюды, тефлона, полиэтилена и так далее, для герметизации ячейки используется эпоксидная смола.

Выбор типа волокна определяется условием п i п i п соответственно показатели преломления жидкого кристалла (нематика) при гомеотропной и планарной ориентациях директора, п. - показатель преломления сердцевины световолокна. В таком случае свет, распространяющийся от источника по световолокну, удержива- ется при Н О также и в пределах воспринимающего узла, вследствие сохранения условия полного внутреннего отражения на границе раздела сердцевина - нематик, так как, п. п,. При Н э О происходит переход от гомеотропной к планарной ориентации директора нематика, и каналирование света

в сердцевине в пределах воспринимающего узла частично или полностью нарушается вследствие невыполнения условия полного внутреннего отражения света, так как ,,. Следовательно, интенсивность света, приходящего на регистрирующий фотодетектор, в случае проходящего или отраженного пучка обратно пропорциональна величине магнитного поля. Так как максимальное воздействие на молекулы нематика имеет составляющая магнитного поля, ориентированная параллельно оси воспринимающего участка сердцевины, очевидно, что детектор характеризуется направленной чувствительностью к измеряемому магнитному полю.

Формула изобретения

Устройство для измерения напряжен- йости магнитного поля, содержащее установленный у концевой части оптического световолокна воспринимающий узел, источник света, светоприемник, усилитель и регистратор, отличающее ся тем, что, с целью повьшения надежности устройства и уменьшения его габаритов, в него введен оптический разветвитель, первый вход которого подключен к источнику света, второй вход - к воспринимающему узлу, а выход - к последовательно соединенным светоприемнику, усилителю и регистратору, при этом воспринимающий узел вьтолнен в виде безэлектродной жидкокристаллической ячейки, состоящей из цилиндрического капилляра, покрытого светоотражающим слоем, внутрь которого помещен участок световолокна с удаленной оптической оболочкой, расположенный эксцентрично относительно оси капилляра..

фиг. 2

Редактор И.Горная

Составитель В.Шульгин Техред А.Кравчук

Заказ 5118/45 Тираж 729Подписное

ВНИИПй Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А.Тяско

Изобретение позволяет упростить конструкцию и уменьшить габариты устройства для измерения напряженности или индукции магнитного поля, что достигается использованием в нем ячейки на нематических жидких кристаллах. Устройство содержит воспринимающий узел 1, работающий в режиме отражения света и имеющий концевой участок из световода 2, который прикреплен к ячейке компаундом 3, с которого снято оптическое покрытие 4, а его сердцевина 5 окружена слоем 6 нематического жидкого кристалла, размещенного в цилиндрическом капилляре 7. Торцы капилляра закрыты прокладками 8 с уплотнением 9. Капилляр покрыт светонепроницаемым слоем 10. Серцевина 5 расположена в капилляре эксцентрично, а на ее торцах нанесено светоотражающее покрытие. Сердцевина 5 является проводником света, а слой 6 - активным элементом, изменяющим интенсивность света, проходящего по сердцевине, в зависимости от величины магнитного поля. В качестве рабочего вещества ячейки использован нематик - п-днацетоксибензальдазин, которьш способен к спонтанной гомео- тропной ориентации. 2 ил. (Л со 4 vj О СЛ ел