Датчик магнитного поля Советский патент 1992 года по МПК G01R33/32 

сл

с

Изобретение относится к оптической магнитометрии и предназначено для использования в устройствах измерения магнитного поля высоковольтных линий зредачи электроэнергии, системах магнитной фокусировки. Цель изобретения - pjtc- ширение функциональных возможностей путем измерения пространственного распределения магнитного поля вдоль оси катушки при стационарном положении датчика - достигается тем, что витки световода выполнены с изменяющимся вдоль оси катушки радиусом. Устройство содержит катушку одномодового волоконного световода, каркас. Устройство с использованием датчика содержит источник широкополосного оптического излучения, линзу, моно- хроматор, блок перестройки, поляризатор, обьектив, датчик магнитного поля, поляризационный анализатор, фотоприемник, блок регистрации сигнала. 2 ил.

Изобретение относится к оптической магнитометрии и предназначено для использования в устройствах измерения магнитного поля высоковольтных линий передачи электроэнергии, системах магнитной фокусировки и т.п.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем измерения пространственного распределения магнитного поля вдоль оси датчика при его стационарном положении.

На фиг.1 схематически показана конструкция датчика: на фиг.2 - структурно-Функциональная схема одного из возможных вариантов устройства измерения магнитного поля с использованием датчика.

Датчик магнитного поля (фиг.1) выполнен в виде катушки одномодового волоконного световода 1 с изменяющимся вдоль ее оси радиусом витков (намотанной на каркас 2. например, конической формы). Минимальный RI и максимальный R2 радиусы витков таковы, что AI RI А2 R2 1 г , где г - радиус световода; k - числовой коэффициент, зависящий от материала световода; Ai и А2 - граничные длины волн спектрального диапазона в пределах области магнитооптической чувствительности материала световода.

Устройство измерения магнитного поля (фиг.2) содержит последовательно оптически соединенные источник 3 широкополосного оптического излучения, линзу 4, монохроматор 5 с блоком Ь перестройки, поляризатор 7, объектив 8. датчик 9 магнитного поля, поляризационный анализатор 10 и фотоприемник 11. электрическим выходом соединенный с блоком 12 регистрации сигнала, который соединен также с блоком 6 перестройки момохроматора 5. Возможен вариант устройства, в котором отсутствует монохрома гор. 3 на выходе поляризацуонсл

СХ)

ю ю

о

Horo анализатора 10 установлен оптический спектроанализатор.

Устройство работает следующим образом.

Широкополосное излучение источника 3 с помощью линзы 4 вводят в монохрома- тор 5. Монохроматическое излучение с длиной волны А , выбранной в диапазоне длин волн Ai-A2 , пропускают через поляризатор 7 и с помощью объектива 8 вводят в световод 1 датчика 9. Под воздействием магнитного поля вследствие эффекта Фара- деп состояние поляризации оптического излучения, распространяющегося в световоде, изменяется. При этом наиболее эффективно магнитооптическое вэуаимодей- ствие Д/1Я данной длины волны происходит при прохождении оптического излучения по виткам световода, радиус R которых равен или близок значению, определяемому выражением А k Г . Излучение с выхода световода 1 проходит через поляризаицон- ный анализатор 10, поступает на фотоприемник 11, сигнал с которого регистрируется блоком 12. Изменение состояния поляризации излучения на выходе световода, а следовательно, изменение интенсивности излучения, поступающего на фотоприемник, пропорционально напряженности магнитного поля на том участке, где находятся витки катушки указанного радиуса. При изменении длины волны излучения, вводимого в cвeтoвo.эффeктивнoe магнитооптическое взаимодействие происходит при прохождении излучения по другим виткам световода. Таким образом, изменяя длину волны излучения в диапазоне Ai -Я2 и регистрируя при этом блоком 12 величину сигнала на выходе фотоприемника 11. получают зависимость Н(Д.), где Н - напряженность магнитного поля, воздействующего на датчик 9, а по ней восстанавливают пространственное распределение напряженности вдоль его оси. Информация об искомом распределении регистрируется последовательно во времени со скоростью перестройки монохроматора 5 блоком 6.В упомянутом выше варианте устройст- . ва. включающем спектроанализатор, а не

монохроматор. в световод вводят щироко полосное излучение источника 3 и с помощью спектроанализатора регистрируют отклик сигнала, связанный с магнитным воздействием, на различных участках спектра в диапазоне Ai - А2 (последовательно или параллелцно во времени).

Пространственное разрешение характеризуется числом разрешимых состояний

Эксперимент показал, что для типично- го одмомодового, изначально изотропного световода с кварцевой основой минимальный и максимальный радиусы намотки могут составлять соответственно RI 3,4 мм, R2 4.4 мм. В этом случае перекрывается оптический диапазон 700 - 520 мкм. При N 400 общая длина катуШки с г 0,1 мм составляет 80 мм, а г) 7 .

Таким образом, данный датчик в отличие от прототипа позволяет измерять про- странственное распределение магнитного поля вдоль его оси при Стационарном положении.

30

Формула изобретения

Датчик магнитного поля. выполненный в виде катушки одномодового волоконного световода, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воз5 можностей путем измерения пространственного распределения магнитного поля пе оси катушки при стационарном положении датчика, витки световода выполнены с изменяющимся вдоль оси катущки радиусом, при

0 этом минимальный и максимальный радиусы витков определяются из соотношения

AiRi A2R2 ,

где г-радиус световода;

Ri,R2 - минимальный и максимальный радиусы витков катущки соответственно:

К - числовой коэффициент, зависящий от материала световода; .

AI . А2 - граничные длины волн спектрального диапазона в пределах области магнитооптической чувствительности материала световода.

7 В

Редактор Т.Лошкарева

Составитель Л.Устинова Техред М.Моргентал

«M

Фиг.1

12

Фиг. 2

Корректор Н.Король