Устройство для измерения напряженности импульсного электрического поля Советский патент 1989 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения напряженности импульсного электрического поля

Целью изобретения является повышение чувствительности.

На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства для измерения напряженности импульсного электрического поля.

Устройство для измерения напряженности импульсного электрического поля содержит источник 1 оптического излучения, первую волоконную оптическую линию 2 связи, измерительный зонд 3, вторую волоконно оптическую линию 4 связи, фотоприемник 5, регистра- .тор 6, оптическое волокно 7, диэлектрическую оболочку 8, защитный диэлектрический корпус 9, накидную гайку 10.

Устройство для измерения напряженности импульсного электрического поля работает следующим образом.

В основу работы положена амплитудная модуляция оптического излучения, проходящего через измерительный зонд 3, за счет потерь на микроизгибах, дифракция оптического излучения на ультразвуке и уменьшения числовой апертуры световода при воздействии упругих деформаций, вызвай- ных в обладающем обратным пьезоэлектрическим эффектом материале оптичес кого волокна 7 изменением напряженности измеряемого импульсного электрического поля.

Упругая деформация материала опти ческого волокна 7 линейно связана с исследуемым электрическим полем

г d

Е,

(1)

где г - упругая деформация обладающего пьезоэлектрическим эффектом материала оптического волокна 7;

пьезоэлектрический модуль, характеризующий величину деформации;

напряженность исследуемого импульсного электрического поля. Главную роль играют потери на

микроизгибйх, которые описываются

следующей зависимостью

d Е Гп, К,

.-4

-./г

(2)

где Г„ fi. - а 4 потери оптического излучения на микроизгибах; постоянная; радиус линии 2; радиус диэлектрической оболочки 8;

относительная разность показателей преломления, равная

П,

(3)

где п, - показатель преломления материала оптического волокна 7;

п показатель преломления материала диэлектрической оболочки 8 оJ

В результате изменений а, а и Л при воздействии упругих деформаций возрастают потери оптического излу- чения, т.ео уменьшается его амплитуда .

Возникшие в материале оптического волокна 7 упругие колебания вызывают амплитудную модуляцию проходящего через измерительный зонд 3 оптического излучения за счет дифракции на ультразвуке.

Сила дифрагированного оптического излучения изменяется по закону

. 35

(А)

0

5

0

5

где Tj

т„ сила дифрагированного оптического излучения; сила излучения на входе измерительного зонда 3; постоянная, равная 3,14; длина волны оптического излучения;

длина измерительного зон- да 3; . акустооптическое количеств во материала оптического волокна 7;

мощность упругих колебаний, возникших в материале оптического волокна 7; площадь поперечного сечения оптического волокна 7. Из выражения (4) видно, что сила дифрагированного оптического излучения, а значит и потери этого излучения, зависят от мощности упругих колебаний (при условии постоянства остальных составляющих формулы (4),

1о М ft

1 М Р S которая зависит от напряженности измеряемого импульсного электрического поля.

Кроме того, потери оптического излучения возникают за счет уменьшения числовой апертуры NA измерительного зонда 3 при воздействии упругих колебаний, возникающих в материале оптического волокна 7, которая равна

NA sin0 in - n|

(5)

где Q - предельный угол падения оптического излучения на торцовую поверхность оптического волокна, соответствующую максимальному углу полного внутреннего отражения; п - показатель преломления материала оптического волокна; п„ - показатель преломления ма- . териала диэлектрической

оболочки 8.

Из формулы (5) видно, что при изменении коэффициентов преломления п, и Hj под воздействием упругих колебаний в измерительном зонде 3 уменьшается числовая апертура, а значит возрастают потери оптического излучения.

Формула изобретения

Устройство для измерения напряженности импульсного электрического поля, содержащее последовательно включенные источник оптического излучения, первую волоконно-оптическую

линию связи, измерительный зонд,

оптическое волокно которого выполнено из материала, обладающего обратным пьезоэлектрическим эффектом, вторую волоконно-оптическую линию

связи, фотоприекник и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, с внешней стороны оптического волокна расположена диэлектрическая оболочка, причем показатель преломления материала диэлектрической оболочки йыбран меньшим показателя преломления оптического волокна.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение чувствительности. Устр-во содержит источник 1 оптического излучения, две волоконно-оптические линии 2,4 связи, измерительный зонд 3, фотоприемник 5, регистратор 6, оптическое волокно (ОВ) 7, защитный диэлектрический корпус 9, накидную гайку 10. С целью повышения чувствительности с внешней стороны ОВ 7 расположена диэлектрическая оболочка 8, показатель преломления которой выбран меньше показателя преломления ОВ 7.В основу работы положена амплитудная модуляция оптического излучения, проходящего через зонд 3, за счет потерь на микроизгибах, дифракции оптического излучения на ультразвуке и уменьшения числовой апертуры световода, при воздействии упругих деформаций, вызванных в обладающем обратным пьезоэлектрическим эффектом материале ОВ 7 изменением напряженности измеряемого импульсного электрического поля. 1 ил.